人工水晶 第2版PDF电子书下载

第二版序 严东生 1

第一章 二氧化硅的多型性 1

1.1 α石英 5

1.1 β石英 5

1.2.1 晶体结构 5

1.2.2 晶胞 7

1.2.3 晶体的结晶形貌 8

1.2.4 β石英的水热合成 10

1.2.5 β石英中的双晶 11

1.2.6 β石英的物理性质 11

1.3 鳞石英 12

1.3.1 α鳞石英结构 13

1.3.2 β鳞石英 15

1.3.3 γ鳞石英 15

1.4 方英石 20

1.4.1 α方英石结构 20

1.4.2 β方英石 23

1.4.3 人工合成方英石 25

1.5 重石英 26

1.6 柯石英 27

1.6.1 柯石英的晶体结构 28

1.6.2 柯石英的结晶形貌 29

1.6.3 柯石英的物理性质 30

1.6.4 人工合成柯石英 31

1.7 斯石英 31

1.7.1 斯石英的晶体结构 32

1.7.2 斯石英的物理性质 33

1.7.3 人工合成斯石英 34

参考文献 34

第二章 水晶的几何结晶学 35

2.1 水晶的结晶形貌 35

2.2 水晶的左、右形 39

2.3 水晶中的单形 41

2.4.2 水晶的面角 43

2.4.1 水晶的对称 43

2.4 水晶的对称与面角 43

2.5 水晶的坐标系 44

2.5.1 三方坐标系 45

2.5.2 六方坐标系 47

2.6 晶面符号与晶带符号 48

2.6.1 晶面符号 48

2.6.2 晶面与晶带(晶棱)的符号关系 50

参考文献 52

第三章 水晶结构 53

3.1 左、右旋结构 54

3.4 Si-O4四面体链状结构 56

3.3 褶叠螺旋环结构 56

3.2 共轭螺旋结构 56

3.5 Si-O4四面体在各族晶面上的显露 57

3.5.1 Si-O4四面体在c(0001)和m{10?0}面显露 57

3.5.2 Si-O4四面体在R{10?1)和r{?011}面上显露 58

3.5.3 Si-O4四面体在+x{??20},-x{11?0}面上的显露 59

3.6 晶胞参数 60

3.7 水晶的相变 61

参考文献 69

第四章 溶剂、温度、压力对水晶的溶解与生长的影响 70

4.1 溶剂对水晶的溶解与生长的影响 70

4.1.1 溶剂的种类 70

4.1.2 溶剂浓度与溶液中SiO2含量的关系 74

4.1.3 溶液中SiO2含量与晶体生长速率 76

4.1.4 溶剂浓度与晶体生长速率 77

4.2 温度、压力对石英溶解度的影响 80

4.3 溶液中的相态分析 84

4.4 物理、化学条件对结晶形貌的影响 87

4.4.1 温度对结晶形貌的影响 87

4.4.2 压力和溶液中SiO2过饱和度对高指数晶面发育的影响 88

4.4.3 液流对晶面发育的影响 88

4.4.4 杂质对大小菱面(R,r)发育的影响 90

参考文献 91

5.1.1 籽晶取向 92

5.1 影响水晶生长速率的各种因素 92

第五章 影响水晶生长速率和质量的各种因素 92

5.1.2 充填度 95

5.1.3 温度梯度 95

5.1.4 结晶温度 98

5.1.5 溶剂浓度 99

5.1.6 籽晶面积与水晶生长速率 99

5.1.7 挡板开孔率 100

5.2 与Z轴平行和斜交的裂纹 101

5.2.1 溶剂浓度 101

5.2.2 充填度 102

5.2.3 溶质(SiO2)的供应 102

5.3.1 沿三棱锥面和沟槽的开裂 105

5.3 晶体的开裂 105

5.3.2 沿边齿的开裂 106

5.3.3 沿籽晶的开裂 107

5.3.4 与包裹体有关的开裂 108

5.3.5 砸裂 109

5.4 影响水晶质量的一些因素 110

5.4.1 籽晶取向 110

5.4.2 籽晶质量 110

5.4.3 高压釜容积 111

5.4.4 温度波动 112

5.4.5 固体包裹体 112

参考文献 113

5.5 溶液中掺锂盐提高水晶的质量 113

第六章 水晶的结晶习性 114

6.1 水晶的表面结构 114

6.1.1 c(0001)面结构 115

6.1.2 大菱面R{10?1}表面结构 119

6.1.3 小菱面r{01?0}表面结构 120

6.1.4 柱面m1{10?0}，m2{1?00}表面结构 124

6.1.5 三方柱面+x{??20}和-x{11?0}面的表面结构 127

6.1.6 三方偏方面体 128

6.1.7 三方双锥s2{??22}和s2{??109}的表面结构 129

6.2.1 天然水晶底面c(0001)的表面结构 130

6.2 人工水晶和天然水晶表面结构的比较 130

6.2.2 天然水晶大菱面R{10?1}和小菱面r{??01}的表面结构 131

6.2.3 天然水晶柱面m1{10?0}，m2{1?00}的表面结构 134

6.2.4 天然水晶三方双锥面s{11?1}的表面结构 135

6.3 三方偏方面体单形在各族晶面上的显露 136

6.4 各族晶面的发育 140

6.4.1 籽晶取向绕X轴转动时各族晶面的生长速率 140

6.4.2 籽晶取向绕Y轴转动时各族晶面的生长速率 141

6.4.3 各族晶面生长速率与生长周期、籽晶形状的关系 142

6.5 异型籽晶的生长 142

6.5.1 沿底面c{0001}切籽晶的造型实验 143

6.5.3 沿柱面m{10?0}切籽晶的造型实验 150

6.5.2 沿大菱面R{10?1}、小菱面r{1?01}切籽晶的造型实验 150

6.5.4 ？+x{??20}面切籽晶的造型实验 153

6.6 水晶生长机制的讨论 156

6.6.1 关于水晶生长各向异性的解释 161

6.6.2 六联环Si6O6(OH)12生长基元 164

6.6.3 五联分子Si5O4(OH)12生长基元 167

参考文献 171

第七章 三方偏方面体的结晶习性 173

7.1 自然界水晶中三方偏方面体的显露 173

7.2 三方偏方面体的正、负形 173

7.3 三方偏方面体显露与晶体形貌 174

7.4 溶液过饱和度对三方偏方面体单形发育的影响 176

7.5 温度、压力对三方偏方面体在c(0001)面上形态的影响 177

7.6 杂质对三方偏方面体形貌的影响 178

7.7 三方偏方面体单形的发育与晶体缺陷 179

7.8 三方偏方面体的结构 181

7.9 正、负三方偏方面体在柱面m{10?0}上的显露 183

参考文献 186

第八章 人工水晶中的缺陷 187

8.1 X射线貌相术 187

8.1.1 形貌相机简介 187

8.1.2 投影形貌术的实验方法 189

8.1.3 X射线形貌衬度与消光 189

8.1.4 柏氏矢量的测定 190

8.1.5 水晶中的位错观察 190

8.1.6 水晶的结晶习性与缺陷 194

8.1.7 缺陷的消光规律 207

8.2 腐蚀像 209

8.2.1 氢氟酸(HF)腐蚀像 209

8.2.2 碱溶液腐蚀像 213

8.3 激光干涉图和阴影图 216

8.3.1 c(0001)面上三方丘和三棱锥晶体中的缺陷 217

8.3.2 晶体中的生长层 219

8.3.3 籽晶上的蚀坑与缺陷 222

8.3.4 籽晶上的双晶 224

8.3.5 籽晶中的裂纹 226

8.3.6 包裹体 227

8.3.7 Y棒晶体中的干涉图和阴影图 228

8.4 缺陷形成机理与缺陷模型 229

8.4.1 缺陷与晶体结晶习性的关系 229

8.4.2 三方偏方面体的结晶方位与缺陷消光 231

8.4.3 缺陷模型 232

参考文献 240

第九章 水晶中的双晶 241

9.1 双晶的定义与种类 241

9.1.1 双晶的对称要素与双晶结合面 241

9.1.2 双晶的种类 242

9.2 水晶中的双晶 244

9.2.1 电学双晶 245

9.2.2 光学双晶 250

9.2.3 接触双晶 252

9.3 人工水晶-x(11?0)面上的光学双晶 253

9.3.1 -x面上双晶结晶形貌 255

9.3.2 -x面上光学双晶腐蚀像 258

9.3.3 -x面上双晶的形成与生长条件 259

9.3.4 双晶的形成机理 261

9.3.5 -x面双晶的抑制 263

9.4 双晶成核动力学探讨 264

9.4.1 双晶的形成机制 264

9.4.2 双晶成核动力学 265

9.4.3 形成生长双晶的结构条件 269

参考文献 271

第十章 水晶中的杂质 272

10.1 水晶中的杂质 272

10.2 杂质在晶体结构中的位置 274

10.3 杂质在水晶中的存在形式 276

10.3.1 C轴是Si-O4四面体的共轭螺旋孔道 276

10.3.2 X轴方向的褶叠螺旋环 278

10.3.3 Si-O4四面体链的弯曲度 279

10.3.4 Al3+杂质在柱面m{10？0}上的分布 281

10.4 Al3+，H+在水晶中的分布 282

10.4.1 Al3+代Si4+后，H+以补偿离子的形式存在 282

10.4.2 H+以OH-形式存在于气-液包裹体中 282

10.5.1 生长速率对杂质进入晶体的影响 283

10.4.3 H+以OH-态形式存在于晶体生长层中 283

10.5 生长物理、化学条件对杂质进入晶体的影响 283

10.5.2 溶液的性质对杂质进入晶体的影响 284

10.5.3 籽晶取向对杂质进入晶体的影响 285

10.5.4 压力对杂质进入晶体的影响 285

10.6 杂质对水晶结晶习性的影响 287

10.6.1 杂质对c(0001)表面结构的影响 288

10.6.2 杂质对-x{11？0}，x{？？20}表面结构的影响 288

10.6.3 杂质对菱面族R{10？1}和r{？011}表面结构的影响 289

13.5 水晶的缺陷与品质 292

10.6.4 杂质对Y棒晶体形貌的影响 292

10.7 水晶中杂质对红外吸收的影响 294

10.8 电解实验 298

10.8.1 H+替换碱金属离子的电解实验 298

10.9 水晶中Al3+杂质对晶体结构的影响 300

参考文献 303

第十一章 人工彩色水晶 304

11.1 人工生长烟色水晶 306

11.1.1 色心型烟色水晶的形成机理 306

11.1.2 人工烟色水晶的生长 311

11.1.3 烟色水晶的X射线形貌 312

11.1.4 烟色水晶腐蚀像 320

11.1.5 烟色水晶的激光阴影图 326

11.1.6 烟色水晶的红外吸收谱 328

11.1.7 烟色水晶的热释光效应 335

11.2.1 着色离子在晶体中的存在状态 340

11.1.8 烟色水晶的热稳定性 340

11.2 离子型烟色水晶 340

11.2.2 c(0001)面结构 341

11.3 紫色水晶生长 343

11.2.3 离子型烟色水晶的生长 343

11.3.1 掺Fe化合物种类 344

11.3.2 紫色水晶生长籽晶取向 345

11.3.3 紫色水晶生长 345

11.4 黄色水晶生长 348

11.5 离子型彩色水晶生长 350

参考文献 351

12.1 射线对石英谐振器性能的影响 353

第十二章 抗辐射人工水晶 353

12.2 自然界中的射线 354

12.2.2 天然辐射带 354

12.2.3 地球内部放射性物质的影响 354

12.2.1 太阳宇宙线和宇宙射线 354

12.2.4 核武器爆炸的辐射 355

12.2.5 辐射线对石英器件性能的影响 355

12.3 抗辐射高纯水晶生长的物理、化学条件 358

12.3.1 营养料 358

12.3.2 高压釜加内衬套 360

12.3.3 生长过程中温度的稳定性 360

12.3.4 籽晶的质量和取向 361

12.3.5 压力、生长速率对晶体质量的影响 362

12.4.1 电清洗技术 363

12.4 水晶的电清洗 363

12.4.2 电清洗与水晶质量 366

参考文献 368

第十三章 水晶的质量检查与测试 370

13.1 水晶的结晶光学 370

13.2 用光干涉法测试水晶的均匀性 373

13.2.1 试样制备 374

13.2.2 测试原理和光路图 374

13.2.3 样品测试 376

13.3 准直光照射阴影图 382

13.4.1 水晶在红外波段的吸收光谱 384

13.4 红外吸收测试 384

13.4.2 据红外波段吸收测算水晶的Q值 387

13.6 水晶中包裹体的形成与检测 397

13.6.1 包裹体的种类 398

13.6.2 包裹体的检测方法 400

参考文献 400

第十四章 水晶的物理性能 402

14.1 水晶的光学性能 402

14.1.1 透过率 402

14.1.2 旋光性 405

14.2 水晶的热学性质 412

14.2.1 热膨胀 412

14.2.2 温度对结晶形态的影响 413

14.2.3 导热性 415

14.2.4 似热电现象 415

14.3 水晶的弹性 416

14.4 水晶的导电性与介电性 417

14.4.1 水晶的导电性 417

14.4.2 水晶的介电性 418

14.5 水晶的压电性 419

14.6 温度对水晶物理性能的影响 421

14.7 水晶谐振器的频率、温度特性 423

14.7.1 频率-温度曲线 425

14.7.2 频率-温度系数 425

14.7.3 频率-温度系数与温度和切角的关系 425

14.8 水晶表面波器件特性 425

14.9 水晶在声学中的应用 430

14.9.1 声体波器件 430

14.9.2 声表面波器件 430

14.9.3 声传播介质 431

参考文献 432

第十五章 水晶的切割定向 433

15.1 水晶片切型与符号 433

15.1.1 晶片在直角坐标系中的方位 437

15.1.2 晶片定向参考面的选择 441

15.2 水晶定向 446

15.2.1 手标本定向 446

15.2.2 星芒图定向 448

15.2.3 X射线定向 448

参考文献 456

第十六章 人工水晶生长工艺 457

16.1 水晶生长工艺流程 457

16.2 溶剂的配制 457

16.3 充填度与营养料 458

16.3.1 充填度 458

16.3.2 熔炼石英(营养料) 459

16.4 籽晶 464

16.4.1 籽晶取向 464

16.4.2 籽晶片尺寸 465

16.4.3 籽晶切型、晶体生长尺寸与应用 465

16.4.4 籽晶切割 469

16.4.5 籽晶厚度与平整度 470

16.4.6 籽晶的打孔与清洗 470

16.4.7 籽晶面积的计算 471

16.5 挡板与籽晶架 471

16.5.1 挡板 471

16.5.2 籽晶架与支撑架 473

16.7.1 高压釜部件的配合 474

16.6 高压釜和籽晶架的清洗 474

16.7 高压釜的安装 474

16.7.2 装釜预紧力 475

16.8 高压釜的温度控制 475

16.8.1 控制高压釜的升温速率 475

16.8.2 控制温度梯度 475

16.8.3 生长过程中的温度控制 476

16.9 停炉 476

16.9.1 在套螺处加润滑油 476

16.9.2 提出高压釜 476

16.10 开釜 477

16.11 高压釜设备的部件检查与维护 477

参考文献 478

第十七章 人工水晶生长设备 479

17.1 高压釜的几种结构形式 479

17.2 高压釜材料的选择 481

17.3 高压釜的密封环结构与材料的选择 484

17.3.1 法兰式和螺纹式高压釜密封环的结构形式 484

17.3.2 卡箍式高压釜密封环 485

17.4 高压釜强度计算 486

17.5 承压螺套 487

17.6 拔塞盘 488

17.7 防爆装置 488

17.8.1 测压系统 490

17.8 测压与内测温设备 490

17.8.2 内测温系统 491

17.8.3 高压釜内测温与外测温的比较 492

17.9 加温，测温，保温与控温 493

17.9.1 加温与保温 493

17.9.2 测温 495

17.9.3 控温 495

参考文献 496

第十八章 天然水晶矿床形成机制的探讨 497

18.1 天然水晶矿床形成的物理、化学条件 497

18.1.1 温度、压力与水晶成矿作用 497

18.1.2 气相对SiO2的溶解和输运 498

18.2 水晶的结晶习性与成矿条件的关系 500

18.2.1 温度、压力对晶面发育的影响 500

18.2.2 液流对晶面发育的影响 501

18.2.3 三方偏方面体发育的物理、化学条件 502

18.3 天然水晶中的包裹体 504

18.4 水晶矿床实例 506

18.4.1 石英脉的产状和结构 507

18.4.2 晶洞 507

18.4.3 水晶的形态特征 508

18.4.4 包裹体 509

18.5.1 水晶晶洞的形成 511

18.5 讨论 511

18.5.2 水晶的结晶形貌与成矿温度、压力之间的关系 513

参考文献 514

第十九章 晶体的结晶习性与生长机制 515

19.1 晶体中负离子配位多面体的方位与结晶形貌 518

19.1.1 AB2型氧化物晶体 518

19.1.2 A2B3型氧化物晶体 520

19.1.3 硅酸盐矿物 524

19.2 极性晶体的结构与结晶形貌 538

19.3 晶体的结晶习性与晶体生长基元 543

19.4 在热液条件下的电泳实验及晶体的生长基元 549

19.4.1 电泳实验 553

19.4.2 讨论 557

19.5 用负离子配位多面体生长基元理论制备纳米晶体材料 563

19.5.1 水热法制备ZrO2粉体 564

19.5.2 水热法制备α-Al2O3粉体 566

19.5.3 水热法制备BaTiO3粉体 569

19.6 水热法生长晶体的前景 570

参考文献 572

附录Ⅰ 水晶角表 573

附录Ⅱ 水晶的物理参数 580

附录Ⅲ 水晶各族晶面X射线衍射角 585

附录Ⅳ 水晶器件部分切型参数 594

后记 596