E mejo esse invidiato che compatito

TECNOLOGIE ELETTRONICHE

… studiare, studiare ed ancora studiare, è il solo modo di capire quanto possa essere grande sia la propria ignoranza!

I QUARZI PIEZOELETTRICI - Fasi di Lavorazione

Fasi di lavorazione di un Cristallo Piezoelettrico

Il quarzo, uno dei minerali cristallini più comuni, si trova in natura in molte varietà, diverse per dimensioni, colore e forma. Ciò' nonostante, e' difficile che la sua struttura e purezza siano tali da per- -mettere la realizzazione di "quarzi piezoelettrici ". I prodotti più' pregiati per tale scopo provengono dal Brasile . E' tecnica assai recente la produzione di quarzo sintetico, materiale assai costoso che però controbilancia il suo costo con il minore spreco di materia prima, poichè e' fornito generalmente in blocchi già orientati e privi di difetti.

I cristalli sono classificati a seconda della grossezza del pezzo, della sua purezza e della parte percentuale che si presuppone poter completamente utilizzare; sono infatti frequenti, inclu- -sioni, fratture e geminazioni. Questo ultimo difetto, quasi sempre riscontrabile nei cristalli naturali deriva da una crescita irregolare ed è caratterizzato dalla presenza di zone cristalline contigue,nelle quali alcuni assi omonimi, pur risultando paralleli, hanno sensi discordi. La geminazione si distingue in due forme: elettrica ed ottica. La prima deriva dalla formazione contemporanea di due cristalli, ambedue destri o sinistri, di cui uno risulta ruotato rispetto all'altro di 180°, intorno all'asse ottico od a quello meccanico: la geminazione ottica consiste invece nella, compenetrazione di due cristalli di mano contraria. Da un esame a prima vista, senza l'aiuto di strumenti. possono essere localizzate le inclusioni e le fratture macroscopiche; talvolta è possibile vedere anche le geminazioni, osservando eventuali linee divisorie presenti sulle sfaccettature esterne del cristallo o le irregolari sfac- -cettature della piramide; si tratta tuttavia di una possibilità assai rara, poiché difficilmente si trovano cristalli interi e perche' la geminazione,spesso, non appare evidente.

Mentre con sistemi ottici di illuminazione a luce normale concentrata, possono essere messe in risalto le fratture e le inclusioni, un esame a luce polarizzata, monocromatica ed a raggi paralleli all'asse Z, conse- -nte l'osservazione delle geminazioni ottiche. In tali condizioni, infatti, l'immagine del quarzo appare segnata da un insieme di frange le quali, in presenza di geminazione ottica, risultano interrotte da figure triangolari, come mostra la figura a lato

Per evitare riflessioni sulle superfici questo esame ottico deve essere effettuato tenendo im- -merso il cristallo in un liquido il cui indice di rifrazione sia vicino a quello del quarzo. L' apparecchio usato per queste osservazioni prende il nome di "Ispettoscopio". La geminazione elettrica può' essere localizzata attaccando con acido fluoridrico sezioni del cristallo.

Questo metodo individua anche. In maniera altrettanto evidente, le geminazioni ottiche. L'acido attacca infatti la superficie della sezione in modo diverso a seconda dell'orientamento degli assi e della "mano" delle diverse zone cristalline che la costituiscono. Nella figura a sinistra e' mostrata una lamina affetta da geminazioni elet- -triche ed ottiche, rese evidenti dall'attacco acido

Mentre, in genere, le linee di separazione fra zone geminate elettricamente risultano piuttosto estese, le geminazioni ottiche sono di sviluppo molto limitato ed assai disseminate, si' da impedire, di solito, l'utilizzazione separata dei due gemelli.

Localizzazione degli, assi ed orientamento dei semilavorati Come già' si e' osservato, i cristalli non sono mai completi; per tale ragione la determinazione degli assi e' un procedimento laborioso che deve essere fatto attraverso successive appros- -simazioni. Solo se il blocco da esaminare presenta alcune facce naturali ben formate, gli assi possono essere determinati con buona approssimazione attraverso una osservazione diretta. In caso contrario, l'ispettoscoplo può essere utile a tale scopo. Introducendo infatti il quarzo in questo apparecchio, quando la direzione dell'asse Z viene a coincidere con quella dei raggi polarizzati, si manifesta, per un fenomeno di birifrangenza assiale, una figura d'interferenza caratterizzata da frange luminose concentriche.

Sucessivamentè, senza perdere l'orientamento, viene praticata sul cristallo una spianatura parallela all'asse Z. La sezione cosi' ottenuta serve da riferimento e piano d'appoggio per l'impiego del "conoscoplo", che permette una determinazione più' ac- -curata. Questo apparecchio e' sostanzialmente un ispettoscopio. provvisto di un

sistema ottico convergente,che consente di osservare l'immagine delle frange di interferenza, mostrate nella figura a sinistra, su un plano reale o virtuale provvisto di reticolo. Il conoscopio permette inoltre di stabilire la mano del cristallo. Ruotando infatti il secondo filtro polarizzatore in senso anti-orarlo, gli anelli della figura d'interferenza si contraggono o si allargano a seconda che il cristallo sia destro o sinistro.

Un metodo assai semplice ed accurato per determinare gli assi X, valido anche per pezzi informi, consiste nel tagliare una sottile fetta secondo una sezione Z, ed osservare le incrinature che si ottengono, immergendo la lamina, preve- -ntivamente scaldata, in acqua fredda. Come indica la figura a destra, la maggior parte delle fenditure risulta parallela agli assi X. Un altro sistema comunemente usato e' quello di osservare un blocco, provvisto di facce z, con uno speciale apparecchio denominati "pin hole oriascope".

In linea schematica, questo strumento è costituito da una sorgente luminosa ordinaria, molto intensa e puntiforme, che illumina il quarzo attraverso una delle facce Z, preventivamente attaccata da una soluzione di acido fluoridrico.

In tali condizioni, i raggi luminosi, rifratti dalle superfici attac- -cate dall'acido, danno luogo sulla faccia Z di uscita, ad una figura più o meno triangolare, che opportunamente interpre- -tata, permette di individuare e tracciare, per mezzo di una mascherina, non solo gli assi X, ma anche le linee di separa- -zione tra le diverse zone geminate. Il goniometro a raggi X, è molto impiegato nella fabbricazione dei quarzi, poichè consente di determinare l'orientamento delle

lamine con un'approssimazione superiore al minuto primo. Quando un fascio di raggi X, monocromatici e paralleli, incide sulla superficie di un cristallo, dà origine un fenomeno di diffrazione, dovuto all'eccitazione che i raggi provocano sugli atomi del reticolo cristallino.

Come indica la figura a destra, se l'angolo θ che il fascio incidente forma con i piani atomici di riferi- -mento, verifica la relazione di Bragg: n λ = 2 d sen θ dove n è un numero intero, λ la lunghezza d'onda dei raggi impiegati e d la distanza tra i due successivi piani atomici, il fenomeno si manifesta come se fosse originato da un effetto di riflessione dovuto ad alcuni piani reticolari paralleli. In linea schematica, il goniometro a raggi X, comprende un generatori di raggi Roentgen, opportunamente schermato, tale da garantire la formazione di un sottile fascio di raggi paralleli ed un rivelatore a camera di ionizzazione.

Lo strumento e' inoltre munito di una piattaforma girevole provvista di un plano di riferimento per l'ap- -poggio del cristallo ed un cerchio graduato per la valutazione degli spostamenti angolari. Come mostra la figura a sinistra, il goniometro a raggi X, preventivamente azzerato per collimazione diretta, e' essenzialmente un misuratore dell'angolo di Bragg.

E' pero' da osservare che tale misura e' valida solo se, come avviene ad esempio nel taglio X, i plani atomici diffrangenti risultano paralleli alla faccia di appoggio del cristallo.

E' altresì evidente che l'esame di una faccia di taglio diverso, determina un differente orientamento dei plani atomici rispetto al piano di riferimento dell'apparecchio. In questi casi il goniometro indicherà' di conseguenza un angolo diverso da quello di Bragg. Lo scostamento da tale valore, evidenziato nella sottostante tabella, permetterà d'individuare il tipo di taglio e la sua precisione.

Denominazione del taglio

Direzione della nor- male alla faccia di taglio

Piano di diffrazione

Direzione della nor- male al piano di diffrazione

Angolo di diffrazione ΔA

Angoli di Bragg A

-90°, 90

0 1 0

90°, 90°

0°

10°26'

-90°, 54°45'

0 1 1

90°, 51°47'

2°58'

13°20

-90°, 139°

0 2 3 o 0 1 1

90°, 139°44' o 128°13'

0°44' o 10°47'

34°5' o 13°20'

--90°, 52°

0 1 1 o 0 2 3

90°, 51°47' o 40°16'

0°13' o 11°44'

13°20' o 34°5'

-90°, 143°

0 2 3

90°, 139°44'

3°16'

34°5'

-90°, 23°30'

0 1 4

90°, 17°37'

5°53'

36°46'

-90°, 147°

0 1 2 o 0 2 3

90°, 147°35' o 139°44

0°35'

19°45'

-90°, 39°

0 2 3 o 0 1 2

90°, 40°16' o 32°25'

1°16' o 6°35'

34°5' o 19°45'

-90°, 0°

0 0 1

90°, 0°

0°

25°20'

-90°, 0°90'

1 1 0

0°, 90°

0°

18°17

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