本發(fā)明屬于壓電水晶制造，尤其涉及一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法。

背景技術(shù)：

1、壓電水晶(piezoquartz)，即壓電石英，是指具有壓電效應(yīng)的水晶單晶。作為壓電水晶工業(yè)原料的晶體中，不允許有道芬雙晶、巴西雙晶、節(jié)瘤、裂隙、綿、包裹體(固體、氣體、液體)等影響壓電效應(yīng)的缺陷存在。用這種單晶片制成高精度、高比值的壓電水晶元件(如諧振器、濾波器等)，具有最高的頻率穩(wěn)定性。目前使用的壓電水晶分為天然水晶和人造水晶，但天然水晶中難免存在雜志，影響了壓電水晶的性能，而人造水晶生長目前一般采用水熱溫差法，在密封的高壓釜內(nèi)進行。為了制造出無色透明、不含雜質(zhì)、裂隙等缺陷，并滿足一定幾何尺寸要求的人造水晶單晶，對于水晶的生長方法要求較高。目前的工藝使用天然石英石作為培養(yǎng)體，如果石英石中含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會在晶體生長過程中傳播，導(dǎo)致整個晶體的質(zhì)量下降，影響水晶的生長速度，石英石的純度會影響晶體生長的速率，高純度的石英石可以促進更均勻的生長速率，并且高純度的石英石有助于生長出更大尺寸的晶體，因為雜質(zhì)的減少也減少了晶體生長過程中可能發(fā)生的問題，如晶體破裂或生長中斷。

2、授權(quán)公告號為cn101275273b的中國發(fā)明專利公開了一種壓電水晶的制造方法，將顆粒狀天然石英石作為培養(yǎng)體，但該發(fā)明僅將天然石英石簡單清洗，未提及對天然石英石的具體清洗過程。公開號為cn103938271a的中國發(fā)明專利公開了一種壓電水晶的生長方法，該發(fā)明用洗衣粉除去天然石英石表面雜質(zhì)去除，然后將清洗后的石英石投入高壓釜中生長壓電水晶，洗衣粉的主要成分為陰離子表面活性劑，易在洗滌物體表面形成吸附膜殘留在物體上，影響雜質(zhì)的去除，且陰離子表面活性劑還容易與鈣、鎂等離子結(jié)合從而影響清洗效果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，該方法通過特殊的清洗和生長步驟，有效去除天然石英石中的雜質(zhì)，提高晶體生長的速率和質(zhì)量，從而獲得具有高頻率穩(wěn)定性和低內(nèi)部缺陷的壓電水晶單晶。

2、為了實現(xiàn)上述目的，采用了如下技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，包括如下步驟：

3、s1、將端烯丙基聚醚和二甘醇酐混合，通入氮氣，加熱到50-60℃再加入羥丙基封端聚二甲基硅氧烷和三環(huán)己基膦，攪拌均勻，最后加入二烯丙基異氰脲酸酯和醋酸鈀，得到含硅的gemini型表面活性劑；

4、s2、將天然石英石分選后，用去離子水清洗除去表面雜質(zhì)，然后將分選后的天然石英石放入料槽中，將料槽浸入鹽酸溶液中，再加入所述含硅的gemini型表面活性劑，通過超聲裝置對鹽酸溶液超聲處理，10-20min后將料槽取出，迅速將料槽浸入室溫的去離子水中急冷，再次重復(fù)超聲和急冷過程，將得到的石英料破碎、篩分，選取直徑為1.5-3cm的石英粉碎料作為培養(yǎng)體，放入高壓釜下部；

5、s3、向高壓釜內(nèi)裝入高純水，將壓電水晶沿c方向切割得到z軸籽晶，將z軸籽晶置于氫氟酸溶液中浸泡4-5h，然后用去離子水清洗，再進行切割，打孔，將籽晶懸掛在籽晶架上，再將籽晶架裝入高壓釜中，籽晶架上設(shè)置隔離板，隔離板上設(shè)置對流孔，然后密封高壓釜；

6、s4、啟動高壓釜，分別對高壓釜的上部和下部進行程序控溫，保溫保壓50-55天后得到壓電水晶。

7、進一步地，所述端烯丙基聚醚、二甘醇酐、羥丙基封端聚二甲基硅氧烷、三環(huán)己基膦、二烯丙基異氰脲酸酯、醋酸鈀的投料質(zhì)量比為80-120：10-15：120-150：1-5：20-30：1-5。

8、進一步地，所述鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-20％。

9、進一步地，所述含硅的gemini型表面活性劑的用量為鹽酸溶液質(zhì)量的1％-5％。

10、進一步地，所述超聲處理的功率20-35w/l，溫度為60-80℃。

11、進一步地，所述氫氟酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-30％。

12、進一步地，所述高純水的填充度為75％-85％。

13、進一步地，所述隔離板上對流孔的孔徑為15-30mm，所述隔離板的開孔率為4％-8％。

14、進一步地，所述高壓釜的壓力為140-160mpa。

15、進一步地，所述高壓釜的上部以4℃/min升溫至100-110℃，保溫4h，然后以4℃/min升溫至230-250℃，保溫20h，再以4℃/min升溫至320-340℃，保溫至生長結(jié)束；

16、進一步地，所述高壓釜的上部以4℃/min升溫至120-130℃，保溫4h，然后以4℃/min升溫至260-270℃，保溫20h，再以4℃/min升溫至340-360℃，保溫至生長結(jié)束。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、(1)本發(fā)明制備了含硅的gemini型表面活性劑，gemini表面活性劑相較于傳統(tǒng)的洗衣粉類表面活性劑，具有更低的臨界膠束濃度，能更有效地降低表面張力，清洗效果更好，本發(fā)明將其與鹽酸溶液一起使用，并通過超聲波處理對天然石英石清洗，超聲處理使石英石和鹽酸溶液之間產(chǎn)生攪動加速了石英石與酸之間的化學(xué)反應(yīng)速度，從而快速除去天然石英石中的雜質(zhì)；

19、(2)本發(fā)明制得的含硅的gemini型表面活性劑具有較好的水溶性和耐鹽性，其含有的有機硅和異氰脲酸酯有耐酸和耐溫的性質(zhì)，不會受到清洗環(huán)境和溫度變化的影響而降低清洗效果；

20、(3)本發(fā)明通過先加熱再用去離子水急冷，使石英石在溫度驟變時產(chǎn)生裂紋，從而使其包裹的雜質(zhì)充分暴露，為后續(xù)的清洗步驟提供了更多的接觸面積，配合gemini型表面活性劑、鹽酸溶液和超聲處理，實現(xiàn)了更深層次的雜質(zhì)去除，并且還能促進天然石英石后續(xù)的破碎和篩分；

21、(4)本發(fā)明的方法不僅提高了壓電水晶的生長速率，縮短了生產(chǎn)周期，而且通過精確控制生長條件，實現(xiàn)了對壓電水晶晶體質(zhì)量的優(yōu)化，所得到的壓電水晶具有更高的q值、更低的內(nèi)部缺陷和腐蝕隧道密度，制得的壓電水晶具有高品質(zhì)高純度的優(yōu)點，滿足了高精度電子元件制造的嚴(yán)格要求。

技術(shù)特征：

1.一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述端烯丙基聚醚、二甘醇酐、羥丙基封端聚二甲基硅氧烷、三環(huán)己基膦、二烯丙基異氰脲酸酯、醋酸鈀的投料質(zhì)量比為80-120：10-15：120-150：1-5：20-30：1-5。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述鹽酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％-20％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述含硅的gemini型表面活性劑的用量為鹽酸溶液質(zhì)量的1％-5％。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述超聲處理的功率20-35w/l，溫度為60-80℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述氫氟酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％-30％。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述高純水的填充度為75％-85％。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述隔離板上對流孔的孔徑為15-30mm，所述隔離板的開孔率為4％-8％。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述高壓釜的壓力為140-160mpa。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，其特征在于：所述高壓釜的上部以4℃/min升溫至100-110℃，保溫4h，然后以4℃/min升溫至230-250℃，保溫20h，再以4℃/min升溫至320-340℃，保溫至生長結(jié)束；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高品質(zhì)高純度壓電水晶的快速生長方法，屬于壓電水晶制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明制備了含硅的Gemini型表面活性劑，清洗效果好，與鹽酸溶液一起使用，通過超聲波處理對天然石英石清洗，加速了石英石與酸之間的化學(xué)反應(yīng)速度，快速除去天然石英石中的雜質(zhì)。含硅的Gemini型表面活性劑具有較好的水溶性和耐鹽性，有機硅和異氰脲酸酯有耐酸和耐溫的性質(zhì)。本發(fā)明先加熱再用去離子水急冷，使石英石在溫度驟變時產(chǎn)生裂紋，使其包裹的雜質(zhì)充分暴露，實現(xiàn)了更深層次的雜質(zhì)去除，促進天然石英石后續(xù)的破碎和篩分。本發(fā)明提高了壓電水晶的生長速率，縮短了生產(chǎn)周期，得到的壓電水晶具有更高的Q值、更低的內(nèi)部缺陷和腐蝕隧道密度，具有高品質(zhì)高純度的優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：李東偉,李林旺,任冰,馬增建
受保護的技術(shù)使用者：山東晶湖科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/11