一种压电式力传感器XY晶组加工方法技术

一种压电式力传感器XY晶组加工方法，采用步骤：S1：用恒温功率控温仪控温，培养体分别选用优质天然石英石、二次熔炼和三次熔炼石英晶体，籽晶选用优质人工晶体；S2：采用氢氟化氨溶液对籽晶腐蚀；S3:将导电且不予生长液发生反应的金属片的两端固定籽晶，籽晶片Z方向用金属片阻挡，置于长晶环境高压釜中生长区中，并将籽晶片和金属片固定在一起，悬挂在籽晶架上，石英晶体沿着Z向没有铜片阻挡的方向，单向生长；S4；将石英晶体与外部约束固定好，再悬挂在籽晶架上，放入生厂区生长；S5：晶体生长周期结束时，切断电源自然降温温度降低到70°C后，将高压釜打开取出晶体。本发明专利技术能短时间大量获得晶组，一致性较好，晶组厚度方向无加工过程，力学性能提高。

【技术实现步骤摘要】
一种压电式力传感器XY晶组加工方法
本专利技术涉及晶组加工方法，尤其涉及一种压电式力传感器XY晶组加工方法。
技术介绍
压电式力传感器是一种基于压电效应，利用压电晶体（一般为石英），对作用于其上的力、载荷、力矩进行测量的装置。压电式力传感器主要由晶组构成，晶组由双片X或Y切晶片“对装”构成，用XY晶组进行法向载荷检测。X切晶组由两片晶片与一个电极构成，传统的加工、装配过程为，先加工晶片和电极，对晶片进行清洗、烘干，然后对电极进行研磨、清洗、烘干，最后将电极晶片压紧，同时进行防水处理，形成晶组。这种方式存在一定缺点，第一是手工装配存在误差；第二是晶片加工过程中的微损伤对晶片的力学性能产生影响，最终影响传感器的可靠性。人造石英普遍采用水热生长法进行长晶，具体流程如下：用恒温功率控温仪控温，培养体分别选用优质天然石英石、二次熔炼和三次熔炼石英晶体，籽晶选用优质人工晶体。籽晶腐蚀由传统的氢氟酸改为氢氟化氨溶液。助溶剂是浓度1.2～1.5mol/L的高纯NaOH。生长区温度控制在330～340°C，溶解区与生长区的温差根据测温点的位置不同可为30～50°C。晶体生长速率控制在0.4～0.6mm/d，恒温时间可根据尺寸要求，维持在35～55d。升温过程遵照一定的程序，晶体生长周期结束时，切断电源自然降温温度降低到70°C后，将釜打开取出晶体。为了保持生长体系的纯度，高压釜内表面、籽晶架和料筐，经过彻底清洗并镀膜，籽晶和原料也按照设定工艺严格处理。传统工艺中，籽晶片Z方向一边用铁片阻挡，并将籽晶片和铁片通过钢丝固定在一起，悬挂在籽晶架上，石英沿着Z向单向生长，铁片的作用是阻止双向生长，如图2所示，晶体只能向箭头所示方向生长，而此时得到的晶片即为XY切。传统晶体生长过程最终得到的是金属片与一定厚度的Z向晶片，所得到的结构与晶组之间还缺少另一侧晶片。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术针对法向载荷检测所需的XY晶组，提出一种新的加工方法，技术方案如下：一种压电式力传感器XY晶组加工方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：用恒温功率控温仪控温，培养体分别选用优质天然石英石、二次熔炼和三次熔炼石英晶体，籽晶选用优质人工晶体；S2：采用氢氟化氨溶液对籽晶腐蚀；S3:将导电且不予生长液发生反应的金属片的两端固定籽晶，籽晶片Z方向用金属片阻挡，置于长晶环境高压釜中生长区中，并将籽晶片和金属片固定在一起，悬挂在籽晶架上，石英晶体沿着Z向没有铜片阻挡的方向，单向生长；S4；将石英晶体与外部约束固定好，再悬挂在籽晶架上，放入生厂区生长；S5：晶体生长周期结束时，切断电源自然降温温度降低到70°C后，将高压釜打开取出晶体。步骤S2中腐蚀过程中采用的助溶剂是浓度1.2～1.5mol/L的高纯NaOH。步骤S3中生长区温度控制在330～340°C，溶解区与生长区的温差根据测温点的位置不同可为30～50°C。晶体生长速率控制在0.4～0.6mm/d，由于生长速度在特定温度和压力下为恒定值，因此，恒温时间维持在35～55d。步骤S4中外部约束体侧部开有通孔。步骤S4中外部约束体采用耐高温、与生长液不发生反应的金属材料制成。晶片厚度由生长时间控制，可通过施加外部约束进行控制。在通过生长时间控制时，计算高温斧中晶体生长速度，精确控制生长时间。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.短时间内大量获得晶组，一次长晶过程可获得200-300个晶组；2.晶组的一致性较好，利用进一步封装多向载荷传感器；3.晶组厚度方向无加工过程，预期其力学性能指标将大幅提高；4.力学性能提高，小尺寸大量程传感器将成为可能。附图说明图1为晶组构成示意图；图2为籽晶固定情况及长晶方向示意图；图3为利用长晶过程得到晶组示意图；图4为约束状态下生长示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图3所示，将铜片的两端均固定籽晶（Z向），置于长晶环境中，晶体沿着铜电极的两端生长，随着生长结束，最终将得到XY切晶片构成的晶组。实施例2外部约束成型方式能解决晶组上下表面不平整的问题，将石英晶体放入外部约束体内，外部约束体类似传感器壳体，如图4所示，侧部开有大量通孔，可以使气化的石英饱和溶液自由进出，铜电极及上下籽晶固定其内，石英晶体在外部约束体内生长，当长至一定厚度时，晶体与外部约束空隙微小，阻止气化的石英饱和溶液进一步与晶体在厚度方向接触，晶体停止生长。外部约束成型方式也需优化生长时间，防止晶体持续生长而导致内部碎裂，减小晶体沿XY向生长而导致畸形的几率。实施例3为了保持生长体系的纯度，需要对高压釜内表面、籽晶架和料筐，经过彻底清洗并镀膜，籽晶和原料也按照设定工艺严格处理。对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本专利技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本专利技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本专利技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电式力传感器XY晶组加工方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1：用恒温功率控温仪控温，培养体分别选用优质天然石英石、二次熔炼和三次熔炼石英晶体，籽晶选用优质人工晶体；/nS2：采用氢氟化氨溶液对籽晶腐蚀；/nS3: 将导电且不予生长液发生反应的金属片的两端固定籽晶，籽晶片Z方向用金属片阻挡，置于长晶环境高压釜中生长区中，并将籽晶片和金属片固定在一起，悬挂在籽晶架上，石英晶体沿着Z向没有铜片阻挡的方向，单向生长；/nS4；将石英晶体与外部约束固定好，再悬挂在籽晶架上，放入生厂区生长；/nS5：晶体生长周期结束时，切断电源自然降温温度降低到70°C后，将高压釜打开取出晶体。/n

【技术特征摘要】
1.一种压电式力传感器XY晶组加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：用恒温功率控温仪控温，培养体分别选用优质天然石英石、二次熔炼和三次熔炼石英晶体，籽晶选用优质人工晶体；
S2：采用氢氟化氨溶液对籽晶腐蚀；
S3:将导电且不予生长液发生反应的金属片的两端固定籽晶，籽晶片Z方向用金属片阻挡，置于长晶环境高压釜中生长区中，并将籽晶片和金属片固定在一起，悬挂在籽晶架上，石英晶体沿着Z向没有铜片阻挡的方向，单向生长；
S4；将石英晶体与外部约束固定好，再悬挂在籽晶架上，放入生厂区生长；
S5：晶体生长周期结束时，切断电源自然降温温度降低到70°C后，将高压釜打开取出晶体。


2.根据权利要求1所述的一种一种压电式力传感器XY晶组加工方法，其特征在于，步骤S2中腐蚀过程中采用的助溶剂是浓度1.2～1.5mol/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：金雷，孟亚静，孙佳宝，
申请(专利权)人：辽宁省交通高等专科学校，
类型：发明
国别省市：辽宁;21