Все о минерале кварц.

Казалось бы, не стоит синтезировать кварц только из-за его декоративных свойств, однако синтез кварца для поделочных целей широко распространен, и некоторые его искусственные разновидности трудно отличить от их природных аналогов. Дело в том, что техническая ценность кварца способствовала развитию его промышленного синтеза в широких масштабах. Мы уже упоминали, что если к монокристаллу кварца приложить давление в соответствующем направлении, то на кристалле возникает электрический заряд, а если к вырезанной из кварца пластинке приложить переменное напряжение, эта пластинка начнет вибрировать заранее заданным образом. Однако большая часть природных кристаллов кварца не соответствует требованиям, предъявляемым промышленностью, поскольку в них часто развиты двойникование и другие несовершенства (это портит пьезоэлектрические свойства кварца). В период второй мировой войны природного кварца оказалось недостаточно, чтобы удовлетворить растушую потребность его быстро развивающегося промышленного применения, поэтому жизненно необходимыми стали работы по получению синтетического материала. К концу войны из природных кристаллов изготовлялись кварцевые пластинки общей стоимостью 1 млн. долл. и дальнейшее снабжение промышленности сырьем становилось затруднительным. Хотя кварц является широко распространенным минералом, найти пригодные для разработки месторождения подходящего для технических целей сырья нелегко.

Если взять пластинку, вырезанную таким образом, что ее широкие плоские поверхности перпендикулярны любой из электрических осей, например Х3, то механические напряжения, приложенные вдоль оси У,, вызовут электрические заряды на плоских поверхностях пластинки. И наоборот, если эту поверхность зарядить электрически, можно обнаружить в пластинке механическое напряжение вдоль оси У.

Пластинка, вырезанная из кварцевой заготовки в направлении, называется срезом Кюри. Если поместить пластинку между двумя металлическими электродами, прижатыми к ее плоскостям, и приложить к электродам переменное электрическое напряжение, кристалл начнет испытывать механические колебания. В случае совпадения частоты переменного напряжения с собственным периодом механических колебаний кварцевой пластинки (этот период зависит от ее размеров) амплитуда колебаний резко возрастает. Этим пользуются при изготовлении электрических устройств для точного задания частоты колебаний в том или ином устройстве.

Именно этот принцип используется в кварцевых часах, что и привело к столь бурному развитию работ по синтезу кварца. Сдвойникованные кристаллы непригодны для пьезоэлектрических целей, поэтому возникает необходимость в получении несдвойникованного материала искусственным путем.

Если кристалл кварца сжимать в одном из направлений, показанных на рис. 2.9, то на ребрах призмы или на концах перпендикуляра к плоскости, проходящей через эти ребра, появляются электрические заряды; при этом если на одном из ребер возникает положительный заряд, то на противоположном — отрицательный. Если в том же направлении растягивать кристалл, то также появляются электрические заряды, но их полярность будет обратной по отношению к наблюдавшейся при сжатии. Направления X называют электрическими осями, а направления механическими. Возникновение электрического заряда под действием механических напряжений называется пьезоэлектрическим эффектом, который был открыт супругами Кюри в 1880 г.

Пьезоэлектрические свойства кварца позволяют использовать его в качестве резонатора. Три оси-Х1, Х2 и Х3-проходящие через углы поперечного сечения призмы, являются электрическими осями, а оси, перпендикулярные к граням призмы и обозначенные как У1, У2 и У3 — механическими.