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研究生:簡淑櫻
研究生(外文):Su-Ying Chien
論文名稱:石英之超聲波量測
論文名稱(外文):Ultrasonic Measurements in Quartz
指導教授:余樹楨余樹楨引用關係黃怡禎黃怡禎引用關係
指導教授(外文):Shu-Cheng YuEugene Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:地球科學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:超聲波石英
外文關鍵詞:ultrasonicquartz
相關次數:
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本研究選取石英單晶、瑪瑙、石英岩、四稜砂岩、石英脈及二氧化矽玻璃等材料,在室溫室壓下進行超聲波實驗,藉以瞭解影響石英超聲波波速之因素以及其物理性質參數。
實驗結果顯示,石英在原子密集度越高、結構越簡單的情況下,超聲波傳遞的速度會越快;量測樣本內的裂隙越多(如石英脈),超聲波的回波越容易散射而不易被偵測到。在石英單晶中,由於原子排列方式的影響,平行c軸方向的波速快於垂直c軸方向,且石英單晶的速度分布較其他實驗材料集中;橫波分裂作用在單晶中特別明顯,使得單晶的速度異向性比多晶強,快慢橫波的差異性更大。顯示除了原子排列方式,超聲波的偏振方向亦會影響速度的進行。此外,夾雜有其他礦物成分的四稜砂岩因受其他因素影響(如膠結鬆散),使得超聲波速度較不受顆粒大小影響而低於其他材料。而瑪瑙受到纖維排列的影響,垂直於瑪瑙帶狀組織方向的波速快於平行帶狀組織方向的波速。
由體彈模量 與剪切模量 計算結果得知,受應力作用的石英脈在抗壓能力方面高於石英單晶與其他樣品;抗剪能力則以石英單晶較好。
Ultrasonic wave velocities in several types of quartz sample, including single crystal of quartz, agate, SiO2 glass, quartzite, and quartz veins were measured in this study in order to establish the relationship between the ultrasonic wave velocities and their structural and substructural parameters.
The present results show that the velocities are highly dependent upon the crystallographic orientation and the crystal defect substructures of quartz. The velocities along the c-axis of the quartz single crystal are faster than those along the a-axis. In the agate samples, the velocities measured parallel to the banding direction are slower than those along the radial direction. In addition, the velocities of P-wave and S-wave increase as the crystal size and compactness of the sample increase. The occurrence of the crystal defects such as cracks in quartz tend to produce the branching effect to the ultrasonic waves and thus make the echo of ultrasonic wave undetected, which in turn causes their velocities difficult to be measured.
The bulk moduli and shear moduli of quartz, as calculated with the measured velocities, suggest that the quartz veins are better than other samples in the resistance from applied pressure (higher bulk moduli), and single crystal is the best sample to resist distortion (higher shear moduli).
目錄
摘要 I
致謝 III
目錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1-1研究動機與目的 1
1-2石英結構 1
第二章 基本理論 5
2-1超聲波簡介 5
2-2橫波分裂作用(shear-wave splitting) 6
2-3彈性係數 7
第三章 實驗步驟及方法 10
3-1樣品準備 10
3-2薄片製作與觀察 10
3-3厚度及密度量測 10
3-4材料鑑定 11
3-5方位量測 11
3-6超聲波速度量測 12
第四章 研究結果 14
4-1樣品描述與觀察 14
4-1-1石英單晶 14
4-1-2二氧化矽玻璃 14
4-1-3瑪瑙 15
4-1-4不同產狀之多晶 15
4-2超聲波速度量測 17
4-2-1均向性與非均向性 17
4-2-2瑪瑙之帶狀組織(banded texture)排列 20
4-2-3單晶 20
4-2-4不同產狀之多晶 24
4-2-5單晶與不同產狀之多晶 26
第五章 討論 28
5-1速度影響因子 28
5-1-1非均向性(anisotropy) 28
5-1-2瑪瑙帶狀組織(banded texture)排列 28
5-1-3晶體方位(crystal orientation) 29
5-1-4礦物顆粒大小與排列(grain size and texture) 31
5-1-5晶體裂隙(crack) 31
5-1-6其他因子 32
5-2物理性質參數計算 33
5-2-1單晶之彈性係數 33
5-2-2多晶之體彈模量 與剪切模量 33
第六章 結論 35
參考文獻 36
附錄 38

表目錄
表 4-1 石英材料樣品之密度、平均速度及快慢波速度差 18
表 4-2 單晶各方向之速度 21
表 5-1 常溫常壓下石英彈性係數值 33
表 5-2 本研究材料之平均G值、K值 34

圖目錄
圖1-1 二氧化矽之平衡相圖 2
圖1-2 三方晶系之晶軸與晶軸角關係 3
圖1-3 石英結構圖 4
圖2-1 橫波分離作用示意圖 6
圖3-2 常溫超聲波系統裝置簡圖 12
圖3-3 超聲波pulse-echo傳波示意圖 13
圖4-1 均向性與非均向性物質之超聲波速度圖 19
圖4-2 瑪瑙之速度圖 22
圖4-3 石英單晶方位與速度分佈圖 23
圖4-4 石英岩及石英脈之超聲波縱波速度圖 25
圖4-5 不同產狀多晶之超聲波縱波速度圖 27
圖5-1 石英單晶之原子排列圖 30
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