E DIN EN 60758:2013-06

Synthetischer Quarzkristall -

Festlegungen und Leitfaden für die Anwendung (IEC 49/1041/CD:2013)

Diese Norm gilt für synthetische Quarzeinkristalle für die Herstellung von piezoelektrischen Elementen zur Frequenzstabilisierung und -selektion.
In Abschnitt 3 werden die Begriffe eingeführt, weitere Abschnitte enthalten die Spezifikation für synthetischen Quarzkristall , "wie gezüchtet“, die Spezifikation für vorbearbeiteten synthetischen Quarzkristall und die Prüfung von synthetischen Quarzkristallen und vorbearbeiteten synthetischen Quarzkristallen.
Dieser Leitfaden ist auf allgemeinen Wunsch der Anwender und Hersteller erarbeitet worden, um synthetischen Quarzkristall mit allen seinen Vorzügen so gut wie möglich anzuwenden. Dieser Leitfaden hat nicht die Aufgabe, die angewendeten Techniken der Herstellung von Schwingquarzen aus Quarzkristallen zu erläu¬tern, noch zu versuchen, sämtliche Eigenschaften von synthetischem Quarzkristall zu beschreiben.
Synthetische Quarzkristalle werden nach dem Verfahren des hydrothermischen Temperaturgradienten gezüchtet. Bei Raumtemperatur wird eine Druckkammer (Autoklav) teilweise mit einer alkalischen Zuchtlösung gefüllt. In den oberen Teil werden Kristallkeime eingebracht und nährende Quarzbruchstücke auf dem Boden des Autoklavs, der dann verschlossen und erhitzt wird. Die Temperatur im oberen Teil wird niedriger gehalten als im unteren Teil. Dadurch wird das gelöste Nährmaterial mithilfe der Konvektionsströme transportiert und auf den Kristallkeimen abgelagert.
Die Formen, Maße und physikalischen Eigenschaften der gezüchteten Kristalle hängen von der Orientierung, den Maßen der Kristallkeime und den Wachstumsbedingungen ab. Durch eine gute Kontrolle der Wachstumsbedingungen werden einheitliche Formen und Maße sowie die Homogenität der Qualität gesichert.
Synthetische Quarzkristalle „wie gezüchtet“ werden von charakteristischen Wachstumsflächen umgeben. Dargestellt wird die übliche Form eines gezüchteten Kristalls mit einem Z-Schnitt-Kristallkeim mit kleinem X-Maß. Kristalle mit anderen Formen entstehen, wenn der Z-Schnitt-Kristallkeim andere Proportionen aufweist oder wenn Kristallkeime mit anderen Schnitten verwendet werden.
Die Größe synthetischer Quarzkristalle ist durch die drei Nennmaße X, Y (oder Y') und Z (oder Z') festgelegt. Diese Maße liegen in den Richtungen der X-, Y- (oder Y'-) bzw. Z- (oder Z'-)Achsen. Diese Maße werden so gewählt, dass eine wirtschaftliche Ausbeute sowohl bei der Züchtung als auch bei der Fertigung der Quarzbauelemente erreicht werden kann, wobei jedoch betont werden muss, dass die Maße Gegenstand der Vereinbarung zwischen Hersteller und Anwender sind.
Der informative Anhang A behandelt häufig angewendete Stichproben Verfahren. Das Zählen im gesamten Volumen ist ein Verfahren bei dem sowohl von Herstellern als auch Anwendern dann angewendet, wenn bei Quarzkristallen die Kontrolle der Konzentration der Einschlüsse von größter Wichtigkeit ist. Jeder Kristall wird mit dem Verfahren des Auszählens der Einschlüsse geprüft, ausgenommen, wenn das gesamte nutzbare Volumen des Kristalls untersucht wird. Wenn das Maß des Kristalls in X-Richtung größer ist als der Schärfentiefenbereich des Mikroskops, ist bei dem Absuchen und Ausmessen darauf zu achten, dass keine Einschlüsse übersehen werden, indem die Brennebene im notwendigen Bereich verstellt wird. Die Anzahl der Einschlüsse wird für jeden Größenbereich im gesamten nutzbaren und zu berechnenden Volumen des Kristalls protokolliert.
Der informative Anhang B beschreibt das numerisches Beispiel. Wird zum Zählen der Einschlüsse in sechs Bereichen über die gesamte Höhe eines Kristallbarrens mit einem X-Maß von 2,0 cm ein Stereo-Mikroskop mit einer 30 fachen Vergrößerung und einem Sichtfeld mit 0,6 cm Durchmesser und 0,1 cm Schärfentiefe benutzt. Die Anzahl der Einschlüsse ist in einer Tabelle angegeben.
Der informative Anhang C enthält ein Beispiel für die Auswahl von Bezugsmustern, der Informative Anhang D Erläuterungen zu Messschiebern mit Messspitzen.
Der informative Anhang E beschreibt die Kompensation des Infrarot-Absorptionswertes Alpha. Es ist bekannt, dass sich bei der Messung von Alpha-Werten in verschiedenen Laboratorien mit den in der vorliegenden Norm empfohlenen Verfahren und mit gleichen Messeinrichtungen Messabweichungen zwischen den Laboratorien ergeben, die über die Grenzwerte der Messunsicherheit hinausgehen, die zur Sicherung der Einhaltung der Anforderungen an den Alpha-Wert nach dieser Norm gefordert werden. Zur Lösung dieses Problems und zur Sicherung einer Korrelation zwischen den Laboratorien wurde ein Ringversuch mit fünf Prüflingen mit einem großen Bereich von a-Werten in zwanzig Laboratorien durchgeführt. Es wurde ein Verfahren zur Ermittlung von Korrekturtermen auf der Basis der Differenzen zwischen den einzelnen Ergebnissen und den Mittelwerten der Laboratorien bei konstanten Wellenzahlen und Prüflingen aufgestellt. Die in diesem Anhang beschriebenen Verfahren können zukünftig zur Ermittlung von Korrekturtermen angewendet werden. Beim Ringversuch wurden Gitter-Infrarot-Spektrometer mit dispersiver Anordnung und FT-IR-Spektrometer benutzt, damit der Prozess für Einrichtungen mit jedem Messverfahren angewendet werden kann.
Der informative Anhang F erläutert die Unterschiede zwischen IEC-Norm und IEEE-Norm beim orthogonalen Achsensystem für Quarz. Die IEEE-Norm wurde 1978 als überarbeitete IEEE-Norm 176-1946 und nach nochmaliger Überarbeitung 1987 als IEEE-Norm 176-1987 herausgegeben. Der wesentliche Änderungspunkt war dabei die +X-Richtung im orthogonalen Kristallachsensystem. Diese unterscheidet sich von der gegenwärtigen IEC 60758.
Anhang G erläutert die Übereinstimmung der mit dem dispersiven Infrarotspektrometer und mit dem Fourier-Transform-Infrarotspektrometer ermittelten Alpha-Werte. Zur Bestimmung des Infrarot-Absorptionskoeffizienten (Alpha-Wert) wurde in der Vergangenheit hauptsächlich das dispersive Infrarotspektrometer als Messeinrichtung eingesetzt. Das dispersive Infrarotspektrometer aber, das für das Messverfahren nach Anhang E verwendet wurde, ist seit einem Jahrzehnt im Allgemeinen auf dem Markt nicht mehr erhältlich. Zur Messung der Infrarotabsorption von Materialien steht heute das Fourier-Transform-Infrarotspektrometer (FT IR Spektrometer) zur Verfügung.
Gegenüber der vorherigen Ausgabe enthält diese Ausgabe die folgenden wesentlichen technischen Änderungen:
- Neuordnung und Überarbeitung der Begriffe;
- Streichung des Infrarot-Absorptionskoeffizienten bei der Wellenzahl 3 410 1/cm als Normwert;
- Hinzufügung der Erläuterung zur Messung des Alpha-Wertes mit dem FT-IR-Spektrometer in Anhang G.
Zuständig ist das DKE/K 642 "Piezoelektrische Bauteile zur Frequenzstabilisierung und -selektion" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE.

Gegenüber DIN EN 60758:2009-05 wurden folgende Änderungen vorgenommen:
a) Alle Abschnitte wurden unter Berücksichtigung des gesamten Inhalts der vorherigen Ausgabe entsprechend den aktuellen Anforderungen an Form und Gestaltung überbearbeitet.
b) Neuordnung und Bearbeitung der Begriffe.
c) Hinzufügung der Erläuterung zur Messung des Alpha-Wertes mit dem FT-IR-Spektrometer in Anhang G.