Brevet FR2003032A1 — publié le 19691107

L'invention concerne un transducteur piézo-électrique comportant comme élément actif un monocristal de dioxyde de tellure. Jusqu'à présent, on ne connaît aucun procédé de fa-5 "brication de monocristaux de dioxyde de tellure (TeC^). De plus, il n'existe pas de données concernant les propriétés des cristaux de dioxyde de -tellure. Pour préparer le TeC^ servant de matériau de départ pour la formation de monocristaux, on utilise du tellure à 10 l'état finement pulvérulent, dont la pureté est de 99,99 %• la substance est dissoute dans de l'acide nitrique à 50 %, en poids, après quoi la solution ainsi obtenue est séchée par évaporation. Le dioxyde de tellure ainsi obtenu est chauffé à environ 500°C afin de chasser complètement l'acide nitrique. 15 La croissance de monocristaux s'effectue suivant le procédé connu en soi, selon lequel un petit cristal de TeÛ2 servant de germe et fixé dans un récipient est immergé dans une masse en dioxyde de tellure fondu, après quoi, l'équilibre thermique du plan formé entre le cristal et le 20 bain étant atteint, le cristal est tiré hors du bain à une vitesse telle que le matériau fondu cristallise au contact du germe. Lors du tirage, le corps cristallin en formation est entraîné en rotation, afin d'obtenir une masse à section symétrique. Le bain de dioxyde de tellure se trouve dans 25 un creuset en platine de 45 mm de hauteur et de 40 mm de diamètre, disposé dans un four électrique. La température du bain, qui est initialement d'environ 840°C, est lentement abaissée jusqu'à 780°C. Afin de maintenir le gradient de température, le récipient et le cristal traversent un four, 30 qui est appliqué au-dessus du creuset. Etant donné la toxicité du dioxyde de tellure, le dispositif est entouré d'une cloche en verre de quartz permettant d'évacuer les vapeurs par pompage. La vitesse de tirage est comprise entre 3 et 10 mm par heure, la rotation étant d'environ 66 révolutions 35 par minute. Avec des germes appropriés, on réussit à tirer des cristaux dans la direction c et dans la direction a. Les dimensions maximales des cristaux sont : longueur 60 mm, diamètre 25 mm. 40 On a constaté que les cristaux appartiennent à la 69 05362 2 2003032 classe de cristallisation D^. Les cristaux présentent un effet piézo-électrique. On a constaté que le coefficient de couplage piézo-électrique pour les vibrations de glissement dans l'épaisseur est de 18 %, c'est-à-dire supérieur à celui 5 se produisant dans le cas de quartz. De ce fait, les monocristaux de dioxyde de tellure sont tous très appropriés à être utilisés dans les transducteurs piézo-électriques, notamment dans les vibrateurs à torsion. De tels transducteurs comportant des monocristaux de dioxyde de tellure peuvent être 10 appliqués aux réalisations connues en soi. Comme vibrateurs on peut utiliser par exemple des corps cylindriques, dont l'axe de rotation coïncide avec l'axe c du monocristal en dioxyde de tellure, un champ électrique étant appliqué dans la direction radiale. Les réalisations suivantes sont mentionnées 15 à titre d'exemple. a) Un mince disque constitué par un monocristal en dioxyde de tellure, comportant une électrode appliquée sur la surface cylindrique et deux petites contre-électrodes circulaires interconnectées destinées aux fréquences élevées, 20 appliquées sur les surfaces de base. b) Un cylindre creux assez long comportant des électrodes destinées aux fréquences basses, disposées s m? !le s surfaces cylindriques extérieure et intérieure. Les électrodes peuvent être appliquées suivant des procédés connus en soi, par 25 exemple par évaporation. Dans un exemple de réalisation pour lequel on utilisa des monocristaux en dioxyde de tellure, on mesura les résultats suivants. La constante diélectrique mesurée dans la direction ç 30 est de 25, celle mesurée dans la direction a de 21. Les cristaux sont optiquement actifs. Dans le cas de lumière de sodium, l'activité optique est de 103 ± 5° par mm. Les indices de réfraction pour la lumière de sodium sont ng = 2,4-30 et nQ = 2,274. Le point de fusion des cristaux 35 est de 740°C. Les cristaux ne sont pas solubles dans l'eau. Les constantes élastiques étaient déterminées à la température ambiante normale à c,, = 5,6.1011 àZû c = 5,16.1011 c , = 2,72.1011 djra' cm^ cnr J cm 69 05362 5 2003032 c = 10,51.1011 âzs = 2,70.10^ âE Ogg = 6,68.10^ âZS cm2 cm^ cm2 Les coefficients de température de toutes les constantes élastiques mentionnées ci-dessus sont négatifs à 5 l'exception de c^. Il existe des directions d'orientation cristalline déterminées dans lesquelles la constante élastique effective présente un coefficient de température positif. C'est ainsi que la propagation d'une onde de cisaillement dans la direction (010) est déterminée par la constante 10 élastique ^ (CH "* c12^' g-ui Pr®se:n;t::e UQ coefficient de température positif. De plus, cette onde est caractérisée par une vitesse de propagation extrêmement petite de 600 m/s. Grâce à cette propriété, le matériau est particulièrement intéressant pour les lignes à retard. 15 Dans une ligne d'onde acoustique de ce genre, un rayon de lumière peut traverser obliquement l'onde acoustique stationnaire ou qui se propage et être réfracté par l'onde acoustique par suite de l'effet élasto-optique. Entre les directions présentant des coefficients 20 de température négatifs et celles présentant des coefficients de température positifs pour la propagation du son sont situées celles dans lesquelles ce coefficient est exactement égal à zéro. Les plaques de cristal taillées suivant ces directions sont particulièrement stables en fonction de la 25 température. Elles sont appropriées à la réalisation de vibrateurs à cristal pouvant être utilisés comme étalon de fréquence. 69 05362 4 2003032 REVENDICATIONS 1.- Transducteur piézo-électrique comportant comme élément actif, un monocristal, ce transducteur étant caractérisé en ce que l'élément actif est constitué par un mono- 5 cristal en dioxyde de tellure. 2.- Vibrateur à torsion, comprenant un transducteur piézo-électrique dont l'élément actif est constitué par un monocristal de dioxyde de tellure. 3.- Ligne à retard acoustique, caractérisée en ce *10 qu'elle comprend un monocristal de dioxyde de tellure et en ce que le trajet de retard est dirigé suivant des directions cristallographiques appropriées. 4.- Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément actif est orienté suivant des directions 15 cristallographiques présentant une fréquence de vibration pratiquement indépendante de la température. 5.- Ligne à retard selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle présente une petite vitesse de propagation pour les ondes acoustiques, la période de ces ondes 20 étant pratiquement indépendante de la température. 6.- Ligne d'onde acoustique selon la revendication 3 ou 5, caractérisée en ce qu'un rayon de lumière traverse obliquement l'onde acoustique stationnaire ou se propageant et est réfracté par l'onde acoustique par suite de l'effet 25 élas to-optique.