本申請是2012年10月11日在中國專利局提交的申請?zhí)枮?01280054128.5、名稱為“陶瓷溫度補(bǔ)償諧振器”的專利申請的分案申請。本發(fā)明涉及一種用于制造時(shí)基或頻率基的游絲擺輪、音叉或更一般地mems類型的溫度補(bǔ)償諧振器，該諧振器的一階以及甚至二階溫度系數(shù)基本上為零。
背景技術(shù)：
：文獻(xiàn)ep1422436公開了一種由硅形成且涂覆有二氧化硅的游絲，以便使溫度系數(shù)在cosc認(rèn)證過程溫度附近——即，在+8℃和+38℃之間——基本上為零。類似地，文獻(xiàn)wo2008-043727公開了一種mems諧振器，該諧振器在相同的溫度范圍內(nèi)具有其楊氏模量變化小的類似性能。然而，在上述文獻(xiàn)中頻率的變化根據(jù)應(yīng)用需要復(fù)雜的校正。例如，對于能夠得到cosc認(rèn)證的電子石英表，必須根據(jù)溫度測量實(shí)施電子校正。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是，通過提供一種至少一階溫度補(bǔ)償陶瓷諧振器來克服上述全部或部分缺陷。因此，本發(fā)明涉及一種溫度補(bǔ)償諧振器，該諧振器包括在使用時(shí)變形的本體，所述本體的芯部由陶瓷形成，其特征在于，所述本體的至少一部分包括至少一個(gè)涂層，該涂層的楊氏模量隨溫度的變化與用于所述芯部的所述陶瓷的楊氏模量隨溫度的變化具有相反的符號(hào)，使得所述諧振器的至少一階頻率隨溫度的變化基本上為零。根據(jù)本發(fā)明，有利地，在使用時(shí)變形的諧振器本體可包括單個(gè)涂層，以補(bǔ)償一階或二階。因此，根據(jù)涂層材料的各階的大小和符號(hào)，計(jì)算出涂層的厚度，以便補(bǔ)償至少一階。根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征：-本體的芯部包括玻璃、金屬玻璃、工業(yè)陶瓷或陶瓷玻璃；-本體具有基本上四邊形形狀的截面，該截面的各面是成對相同的；-本體包括基本上四邊形形狀的截面，該截面的各面完全涂覆有涂層；-所述至少一個(gè)涂層形成抵御濕氣的屏障；-所述至少一個(gè)涂層是導(dǎo)電的；-本體包括在所述芯部和所述至少一個(gè)涂層之間的底層；-本體是圍繞其自身卷繞以形成游絲的條，并且所述本體聯(lián)接到慣性飛輪上；-本體包括至少兩個(gè)對稱安裝以形成音叉的條；-本體是mems諧振器。最后，本發(fā)明還涉及一種時(shí)基或頻率基，例如鐘表，其特征在于，它包括至少一個(gè)根據(jù)任一前述變型方案的諧振器。附圖說明從下面參考附圖通過非限制性示例給出的描述中，可以清楚發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：-圖1是游絲擺輪諧振器的一部分的透視圖；-圖2是圖1的游絲的代表性截面；-圖3和圖4是根據(jù)本發(fā)明的諧振器的可供選擇的截面；-圖5是音叉諧振器的總體透視圖；-圖6和圖7是根據(jù)本發(fā)明的諧振器的可供選擇的截面。具體實(shí)施方式如上所述，本發(fā)明涉及一種鐘表，該鐘表包括諧振器，該諧振器可以是游絲擺輪或音叉或更一般地mems(微機(jī)電系統(tǒng))類型的。為了簡化本發(fā)明的解釋，下面展示的應(yīng)用僅涉及游絲擺輪和音叉。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)下文給出的啟示無任何困難地實(shí)現(xiàn)其它諧振器應(yīng)用。通過定義，諧振器的相對頻率變化遵循下列關(guān)系：其中:-是相對頻率變化(ppm或10-6)；-a是取決于參考點(diǎn)的常數(shù)(ppm)；-t0是參考溫度(℃)；-α是一階溫度系數(shù)(ppm·℃-1)；-β是二階溫度系數(shù)(ppm·℃-2)；-γ是三階溫度系數(shù)(ppm·℃-3)。此外，熱彈性系數(shù)(cte)表示楊氏模量隨溫度的相對變化。在下面使用的術(shù)語“α”和“β”分別表示一階溫度系數(shù)和二階溫度系數(shù)，即，諧振器的隨溫度的相對頻率變化。術(shù)語“α”和“β”取決于諧振器本體的熱彈性系數(shù)和諧振器本體的膨脹系數(shù)。此外，術(shù)語“α”和“β”也考慮任何的分開的慣性塊——例如，用于游絲擺輪諧振器的擺輪(形成慣性飛輪)——所特有的系數(shù)。由于必須維持用于時(shí)基或頻率基的任何諧振器的振蕩，因此熱依賴性也可包括來自維持系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。因此，最重要的參數(shù)是熱彈性系數(shù)(cte)，不應(yīng)將其與作為“熱膨脹常數(shù)”的英文縮寫cte混淆，熱膨脹常數(shù)涉及膨脹系數(shù)。大多數(shù)金屬的熱彈性系數(shù)(cte)是約-1000ppm·℃-1的很大的負(fù)值。因此，不可能設(shè)想使用它們形成游絲。因此，已經(jīng)研發(fā)出復(fù)合合金，例如nivaroxct，以解決上述問題。然而，它們?nèi)噪y以處理，尤其是難于制造。有利地，本發(fā)明涉及用于形成所述諧振器的可供選擇的陶瓷材料。陶瓷可以認(rèn)為是具有玻璃化或非玻璃化本體、具有晶體或部分晶體結(jié)構(gòu)或由玻璃制成的物品，該物品的本體由基本上無機(jī)的且金屬的或非金屬的物質(zhì)形成，且該物品由在冷卻時(shí)固化的熔融體制成，或者該物品通過加熱作用同時(shí)或后續(xù)形成和完成。因此，根據(jù)本發(fā)明的陶瓷包含普通玻璃、金屬玻璃、工業(yè)陶瓷，例如碳化硅或陶瓷玻璃。因此，有利地，根據(jù)本發(fā)明，陶瓷諧振器可具有至少一個(gè)涂層，該涂層的楊氏模量隨溫度的變化與用于芯部的陶瓷的楊氏模量隨溫度的變化具有相反的符號(hào)，使得所述諧振器的至少一階頻率隨溫度的變化基本上為零。也有利的是，涂層是導(dǎo)電的，以防止本體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生能夠影響本體的軌道的靜電力。最后，也優(yōu)選的是，涂層提供能夠形成抵御濕氣的屏障的滲透性，例如氮化硅。在圖1和圖2示出的示例中，可以看到，游絲1的本體5與其內(nèi)樁3一體，并且游絲1的一階溫度系數(shù)α或二階溫度系數(shù)β通過使用分別用于芯部8和涂層6的兩種材料來補(bǔ)償。圖2提出了游絲1的本體5的截面，該圖更清楚地示出了其四邊形形狀的截面。因此，本體5可以由其長度l、高度h和厚度e限定。圖2示出了芯部8完全涂覆有涂層的一個(gè)示例。當(dāng)然，圖2僅示出了非限制性示例。因此，游絲1可包括在本體5的至少一部分——例如一個(gè)或多個(gè)面——或甚至整個(gè)外表面上的涂層2、4、6，如圖3和圖4中示出的示例。供參閱，為了更清楚地示出各部分的位置，涂層2、4、6相對芯部8的尺寸并不成比例。因此，顯然，本發(fā)明的本體以非限制性的方式可包括基本上四邊形形狀的截面，該截面的僅有一面涂覆有涂層，或者其各面成對相同，或者其各面以相同的或不同的方式完全覆蓋有涂層。類似地，有利地，根據(jù)本發(fā)明，音叉諧振器11如圖5所示。諧振器本體15由基部13形成，該基部13連接到將振蕩的兩個(gè)臂17、19。作為示例，所使用的音叉11是反向類型的，即，基部13在兩個(gè)掌狀臂17、19之間延伸，即，兩個(gè)臂17、19具有在其端部的掌狀件20、22，并且兩個(gè)臂17、19是帶槽類型的，即，兩個(gè)臂17、19包括槽24、26。然而，顯然，存在多個(gè)可能的音叉變型方案，所述多個(gè)可能的音叉變型方案以非窮舉的方式可以是反向類型的和/或帶槽類型的和/或圓錐型和/或掌狀類型的。根據(jù)本發(fā)明，有利地，音叉11具有由在本體15的芯部18上的沉積層12、14、16補(bǔ)償?shù)囊浑A溫度系數(shù)α和二階溫度系數(shù)β。圖6和圖7提出了音叉11的本體15沿平面a-a的非窮舉性截面示例。帶槽的四邊形截面示出本體15的芯部18在本體15的至少一部分——例如一個(gè)或多個(gè)面——或甚至整個(gè)外表面上涂覆有至少一個(gè)涂層12、14、16。正如在第一示例中的那樣，為了更清楚地示出各部分的位置，涂層12、14、16相對于芯部18的尺寸并不成比例。諧振器1、11的芯部8、18由陶瓷制成。然而，存在多種陶瓷。這就是優(yōu)選具有低熱彈性系數(shù)(cte)和低膨脹系數(shù)(αspi)的陶瓷的原因。因此，可以使用石英玻璃，也稱作熔凝石英。與使用單詞“石英”可能表達(dá)的含義相反，這不是晶體材料，而是非晶態(tài)硅石。根據(jù)用于制造熔凝石英的方法，所獲得的熱彈性系數(shù)(cte)總體上是小的和正的，即，介于50和250ppm·℃-1之間。另外，熔凝石英的膨脹系數(shù)αspi是約0.5ppm·℃-1，這個(gè)數(shù)值是非常小的。對于熔凝石英的示例，這意味著涂層2、4、6、12、14、16優(yōu)選具有負(fù)的熱彈性系數(shù)(cte)。如上所述，該涂層因此可包括金屬或金屬合金或另一種陶瓷，例如碳化硅。當(dāng)然，優(yōu)選可以設(shè)想來自堿性硅酸鹽、硼硅酸鹽或鋁硅酸鹽族中的其它玻璃。作為示例，可以使用或bf33、af45玻璃：bf33af45sio28150b2o31314al2o3211bao24na2o-k2o4αspi(ppm·℃-1)3.254.5cte(ppm·℃-1)>0>0其中：-αspi是材料的膨脹系數(shù)(ppm·℃-1)；-cte是熱彈性系數(shù)(ppm·℃-1)。像在wo2007/059876(通過引用結(jié)合在本專利申請中)中公開的玻璃一樣的可用光構(gòu)造的(photostructurables)玻璃也是可想象到的。實(shí)際上，光刻制造法對于調(diào)整熱彈性系數(shù)(cte)是非常準(zhǔn)確的。最后，陶瓷玻璃、例如微晶玻璃也是可以想像到的。如上所述，顯然，陶瓷可具有正的或負(fù)的一階和二階熱彈性系數(shù)(cte)。這就是用于芯部8、18的涂層2、4、6、12、14、16可附帶包括正的或負(fù)的一階和二階熱彈性系數(shù)(cte)的原因。因此，顯然，諧振器1、11可例如由完全或部分涂覆有也由陶瓷制成的涂層的陶瓷芯部形成。因此，根據(jù)涂層2、4、6、12、14、16的沉積方法，可以優(yōu)選選取相對于陶瓷具有良好的粘附力的材料，例如鉻或鈦。然而，作為另一可選方案，也可在主涂層2、4、6、12、14、16之前沉積底層、例如鉻或鈦，以改善所述涂層的粘附力和/或滲透性。最后，在芯部8、18包括負(fù)一階或二階熱彈性系數(shù)(cte)的案例中，優(yōu)選可以使用氧化鍺(geo2)、氧化鉭(ta2o5)和/或鋯或鉿的氧化物作為涂層。已尋求用于4hz諧振器的示例，該諧振器具有慣性為16mg·cm2的擺輪。擺輪的膨脹系數(shù)αbal影響諧振器頻率的熱依賴性。對于游絲，線圈的高度h和長度l是固定的，僅可調(diào)整它們的厚度e以獲得恰當(dāng)?shù)牧?。假設(shè)涂層覆蓋線圈的所有面，調(diào)整涂層的厚度d，使得存在諧振器頻率的至少一階α溫度補(bǔ)償。在下表中總結(jié)了用于游絲的芯部或涂層的材料的性能：e(gpa)cte(ppm·℃-1)αspi(ppm·℃-1)微晶玻璃90760.0al68-43024.0cvd-sic466-502.26h-sic220-122.8sio2722150.4金屬玻璃117-16012.0teo25140,00015.5第一示例包括涂覆有金屬(在這里為al層)的微晶玻璃游絲，該游絲在商標(biāo)下出售并具有基本上為零的膨脹系數(shù)。上述玻璃還可涂覆有通過化學(xué)氣相沉積法(cvd)沉積的sic層。cvd-sic是被認(rèn)為是具有機(jī)械和化學(xué)抵抗性的多晶材料。sic還以晶體形式存在，例如六邊形，名叫6h-sic。后者的性能區(qū)別于多晶形狀的性能。在下面的示例中，這通過sio2得到補(bǔ)償。最后，最后一個(gè)示例選取由teo2層補(bǔ)償?shù)慕饘俨ＡАＯ卤砜偨Y(jié)了不同的示例：當(dāng)前第1頁12