Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ПРИМЕНЕНИЕ ИОНИЗАЦИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА КВАРЦЕВЫХ СТЕКОЛ

Лаврентьев В.В., Идрисов И.М.

Метод ионизационной спектрометрии [1] может найти свое применение не только при исследовании высокомолекулярных органических соединений, каковыми являются полимеры, но и для исследования неорганических полимеров, например неорганического кварцевого стекла, применяемого в прецизионных кварцевых резонаторах. Толщина кварцевых пластин в данных резонаторах составляет от 20 до 60 мкм, что сравнимо с толщиной полимерных пленок и покрытий.

Известно [2], что структурная неоднородность кварца проявляется в виде дискретных значений уровней прочности. Этим уровням адекватно соответствует набор длин микродефектов. Как будет показано ниже, между механической и электрической прочностью, а также между уровнями механической и электрической прочности существует определенная корреляция, обусловленная однотипным влиянием дефектов на эти параметры. Так как с дефектностью материала связана и величина напряжения возникновения ионизационных процессов, можно предположить, что дискретным значениям механической прочности будут также однозначно соответствовать дискретные уровни напряжения начала ионизационных процессов.

Были проведены исследования на дисковых пластинах искусственного кристалла кварца (неорганическое стекло) толщиной 40 мкм и диаметром 6 мм. В связи с тем, что метод ионизационной спектрометрии можно применять для очень малых объемов исследуемого вещества, столь небольшая площадь образцов не имела принципиального значения. Статистические данные измерений напряжения Uип проводились по методике, описанной в [3]. По полученным данным строились вариационные диаграммы в виде зависимостей Uип = f (n) и кривые распределения напряжения в виде зависимости плотности вероятности ρ(Uип) от величины Uип. На вариационной диаграмме распределения Uип каждая площадка соответствует дискретному уровню напряжения, а их количество (5) соответствует максимумам на кривой распределения прочности.

Объяснением дискретности электрических свойств стекол может служить концепция о микронеоднородности их структуры. Возникновение микронеоднородностей объясняется процессами микрорасслоения в расплавах стекол.

Электронно-микроскопическими исследованиями [3] обнаружены упорядоченные структурные образования с линейными размерами от 1,5 до 20 нм. Эти упорядоченные области представляют собой кристаллические зародыши и кристаллиты. В исследуемом монокристалле кварца по данным рентгеновской дифракции, размер упорядоченных областей достигает 22 нм. Границы упорядоченных областей являются слабыми местами структуры, а кристаллиты - прочными. Под дефектами структуры стекла понимают различные несовершенства его реальной структуры. К ним относятся примеси, микропустоты, разрывы цепей, микронеоднородности и т.д. Типичными дефектами структуры стекла являются субмикротрещины и микротрещины. Многие микротрещины и мубмикротрещины, как правило, настолько малы, что их трудно обнаружить визуальными методами исследований.

Метод ионизационной релаксационной спектрометрии, которым измеряют напряжение возникновения ионизационных процессов, позволяет судить о дефектности твердых тел. Чем больше концентрация микродефектов, тем больше вероятность возникновения ионизационных процессов и тем меньше значение напряжения, при котором начинают происходить эти процессы. Таким образом, дефектность материала должна быть однозначно связана не только с прочностными свойствами, но и с величиной напряжения ионизации. Полученные в работе данные подтверждают эти выводы.

Таким образом, микронеоднородность строения кварцевого стекла приводит к дискретному распределению размеров микродефектов, что в свою очередь вызывает дискретное распределение электрофизических характеристик. Это в свою очередь ведет к тому, что при дальнейшей эксплуатации кварцевых резонаторов, изготовленных с использованием кварцевых пластин, происходит необъяснимое на первый взгляд изменение температурной стабильности частоты, добротности, емкости и индуктивности изделий, изготовленных из «абсолютно» одинакового кварцевого стела. Применяя метод ионизационной релаксационной спектрометрии можно на ранних этапах изготовления резонатора путем неразрушающего контроля Uип кварцевых пластин значительно снизить количество сверхдорогостоящих бракованных изделий.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.с. 1013836 СССР, МКИ G 01N 27/62. Способ определения релаксационных переходов в полимерных материалах /В.В. Лаврентьев (СССР). //Открытия. Изобретения. - 1983. - № 15.

2. Цой Б., Лаврентьев В.В. Основы создания материалов со сверхвысокими физическими характеристиками. - М.: Энергоатомиздат, - 2004. - 400 с.

3. Карташов Э.М., Цой Б., Шевелев В.В. Структурно-статистическая кинетика разрушения полимеров. - М.: Химия, 2002. - 736 с.


Библиографическая ссылка

Лаврентьев В.В., Идрисов И.М. ПРИМЕНЕНИЕ ИОНИЗАЦИОННОЙ СПЕКТРОМЕТРИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА КВАРЦЕВЫХ СТЕКОЛ // Современные проблемы науки и образования. – 2006. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=523 (дата обращения: 02.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074