Minéralisation et usinabilité des matériaux de la famille des langasites

Mineralisation and chemical etching of the family of the langasite crystals

• Auteur / Autrice : Mina Assoud
• Direction : Jean-Jacques Boy, Khalid Yamni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usinage

Métallogénie

Résumé

Dans la famille des langasites, LGS et surtout LGT présentent les meilleures dispositions techniques pour les applications relevant du domaine Temps-Fréquence : coefficient de couplage 2 à 3 fois supérieur à celui du quartz, existence de coupes compensées en température, faibles pertes acoustiques, absence de transition de phase jusqu’à la fusion. Dans ce travail, l’objectif a donc été de caractériser expérimentalement trois types de matériaux : LGS, LGT et, pour partie, un isotype du quartz : GaPO4. Dans la première partie, nous avons établi une méthodologie d’analyse pour caractériser les défauts ponctuels présents dans les cristaux. Différents matériaux ont été soumis à des traitements successifs tels que des irradiations γ et des recuits. Il s’agissait alors de créer des modifications des défauts contenant l’hydrogène. Ce travail traite également l’étude de la dissolution contrôlée de lames de LGS en vue de leur amincissement pour la réalisation de résonateurs haute fréquence de type « anti-mesa ». L’anisotropie de dissolution a été démontrée du point de vue de la cinétique d’attaque. Après avoir vérifié différents bains, le solvant NH4FHF a été choisi comme étant celui qui préserve le mieux l’intégrité de la surface du résonateur. Grâce à un choix judicieux de divers rodages alternés avec des opérations d’usinage chimique, nous avons par ailleurs réalisé un résonateur de LGT ayant un excellent produit Qxf de 9. 1012, obtenu à 10 MHz partiel 5. Enfin, la transformation ferrobiélastique de LGS et LGT a été étudiée en fonction de la température. Nos expérimentations démontrent que ces matériaux peuvent macler à des contraintes dépendant fortement de la qualité du cristal.

Langasite “LGS” and langatite “LGT” have a great potential for surface and bulk acoustic waves applications due to their high coupling coefficient (2 to 3 times bigger than quartz), the existence of compensated cuts as a function of temperature, their low acoustic lost and the absence of any phase transition below the melting points. The aim of this work is to characterize three different kinds of materials: LGS, LGT and “GaPO4”. In the first part, we have introduced analytical methods for the characterization of the point defects present in the crystal due to the hydrogen contamination. For these purposes, the materials were annealed and exposed to -radiations to create different defects. On the other hand, we have followed also the dissolution of LGS substrates for thinning. The anisotropy of the dissolution was demonstrated kinetically. NH4FHF was chosen after a series of experiments using different solvents. Manufactured with particular operations of grinding and polishing alternated with chemical etching steps, a LGT resonator has exhibited an excellent product Qxf of 9. 1012, obtained on its 5th overtone at 10 MHz. The ferrobielastic transitions of LGS and LGT were studied as a function of temperature: Our experiments demonstrate that these materials can twin at different level of stresses strongly depending on the crystal quality.