Diese Erläuterung beschreibt die kristallographischen Achsen eines synthetischen Quarzkristalls und die verschiedenen Schnittarten (AT-, BT- und SC-Schnitt), wie sie bei der Herstellung von Schwingquarzen verwendet werden.
1. Kristallstruktur von Quarz
Quarz (SiO₂) kristallisiert im trigonalen Kristallsystem. Die Struktur besteht aus einem Netzwerk aus SiO₄-Tetraedern, die spiralförmig entlang der Z-Achse (auch c-Achse genannt) angeordnet sind.
2. Kristallographische Achsen
Ein synthetischer Quarzkristall besitzt folgende Hauptachsen:
- a₁-, a₂-, a₃-Achsen (x-Achsen): In einer Ebene, 120° zueinander.
- Z-Achse (c-Achse): Entspricht der optischen Achse.
- Y-Achse: Elektrische Achse, senkrecht zur Z-Achse.
3. AT-Schnitt
Der AT-Schnitt ist ein geneigter Schnitt (ca. 35,25°) gegen die Z-Achse in der X-Z-Ebene. Er wird verwendet, um temperaturstabile Schwingquarze herzustellen. Die Schwingung erfolgt dabei in der Plattenebene (Planar Mode).
4. Weitere Quarz-Schnittarten
Ein Vergleich der wichtigsten Schnittarten:
Merkmal | AT-Schnitt | BT-Schnitt | SC-Schnitt |
Schnittwinkel | ~35,25° gegen Z | ~49° gegen Z | ~34° gegen Z, 22,5° gegen Y |
Temperaturverhalten | Sehr gut | Mittel | Exzellent |
Frequenzstabilität | Gut | Mittel | Sehr hoch |
Mechanische Stabilität | Hoch | Etwas geringer | Sehr hoch |
Anwendung | Standard-Schwingquarze | Uhren, günstig | Raumfahrt, Präzisionsgeräte |
5. Fazit
Die Wahl des Schnitts beeinflusst maßgeblich die Eigenschaften eines Quarzresonators. Während der AT-Schnitt weit verbreitet ist, bieten der BT- und insbesondere der SC-Schnitt spezialisierte Vorteile in Bezug auf Temperaturkompensation und mechanische Stabilität.
Abbildung 1: Kristallographische Achsen und AT-Schnitt
Abbildung 2: Vergleich von AT-, BT- und SC-Schnitt
