Глава 12
А. В. Шубников — инициатор и организатор промышленности пьезокристаллов в СССР
В своей научной и практической деятельности большое внимание А. В. Шубников уделял пьезоэлектричеству и его практическому использованию. Он первым оценил значение для радиотехники кварцевого резонатора. Уже в 20-х годах начала остро ощущаться необходимость стабилизации частоты радиостанций, так как при приеме возникали взаимные помехи. В 1921 г. У. Кэди были предложены кварцевые резонаторы как стабилизаторы частоты радиотехнических генераторов, после чего их начали интенсивно изучать и практически использовать. Производство кварцевых резонаторов затруднялось тем, что свойства и особенности природных кристаллов кварца, а также техника их обработки не были известны работникам радиотехнической промышленности.
Как уже было сказано, в Ленинграде при Минералогическом музее АН СССР А. В. Шубников организовал кварцевую лабораторию, в которой изучались особенности кварцевого сырья и технология его обработки. Эта лаборатория изготовляла кварцевые резонаторы и другие кварцевые препараты, в том числе и оптические, обеспечивая потребности многочисленных заказчиков. После пяти лет работы результаты исследований были обобщены А. В. Шубниковым и его сотрудниками [58]. Это «Руководство» было написано в присущем Алексею Васильевичу лаконичном стиле. Однако оно содержало все необходимые сведения, начиная с описания кристаллофизических характеристик и морфологических особенностей кварца и кончая подробным перечнем материалов, инструмента и инвентаря, необходимых для оборудования кварцевой лаборатории. Особенно ценными были описания методов определения осей кристалла и ориентирования срезов для случаев, когда внешняя огранка была частичной или полностью отсутствовала. Были описаны приборы и приспособления для реализации этих методов, а также ценные сведения по распиловке кристаллов, шлифовке и полировке пластин. Описывались способы затравки пил алмазом, очистки и классификации абразивных порошков, окончательной шлифовки, «оживления» кварцевых пластин при возбуждении и настройке их частоты. Вскоре это «Руководство» стало библиографической редкостью.
Продолжая работы в этом направлении, А. В. Шубников и его сотрудники дополняли и уточняли руководство, публикуя статьи практического назначения, например об определении осей в гальке кварца, о фигурах удара, давления и травления кварца [30, 56, 57, 72]. До сих пор не потеряли своего назначения и работы о процессах шлифовки и полировки камня [27, 92, 100, 126].
Работы по изучению пьезокварца были существенно расширены в связи с организацией Центральной научно- исследовательской лаборатории (ЦНИЛ) Треста № 13 НКЭП (Народного комиссариата электропромышленности) в Москве. Трест № 13 занимался разведкой и добычей минерального сырья для электропромышленности, в том числе и оптических кристаллов и пьезокварца. По инициативе А. В. Шубникова при этом тресте в 1937 г. была создана лаборатория прикладной кристаллографии, занимавшаяся изучением природного кристаллического сырья, разработкой методов его рационального использования и обработки. Одновременно в ней велись работы по выращиванию монокристаллов кварца и сегнетовой соли, имеющие важное прикладное значение. Планировались работы по выращиванию кристаллов алмаза. Для размещения ЦНИЛ Алексей Васильевич предоставил часть помещений Кристаллографической лаборатории. Тесные контакты сотрудников ЦНИЛ с учеными лаборатории были чрезвычайно полезны как инженерам- практикам, так как они способствовали росту их квалификации, так и ученым-кристаллографам, поскольку своевременно ставили перед ними вопросы, имевшие важное практическое значение и требовавшие быстрого разрешения. Некоторые из сотрудников Кристаллографической лаборатории выступали в качестве руководителей научных тем ЦНИЛ (Г. Г. Леммлейн, Е. В. Цинзерлинг, Н. Н. Шефталь и др.).
В 1939 г. в ЦНИЛ поступил инженер П. Г. Поздняков и сразу получил от А. В. Шубникова задание разработать многочастотный пьезокварцевый излучатель. Прежде эта работа велась в лаборатории без заметных успехов и надежд на окончание в срок. Алексей Васильевич коротко пояснил задачи, предложил теоретически изучить проблему и через неделю представить свои соображения и план работы. П. Г. Поздняков был принят в так называемую радиогруппу, в которую кроме него входил еще один радиоинженер Н. В. Киселев, радиомонтажник и настройщик кварцев. Радиогруппа занималась исследованием характеристик резонаторов из кварца различного качества, влияния разного рода дефектов кристаллов, качества обработки, а также выполнением отдельных заказов на резонаторы.
К концу 30-х годов в Ленинграде, Москве, Горьком уже действовало несколько кварцевых цехов, в которых изготовлялось большое количество резонаторов. Работа налаживалась не без трудностей. Добывавшееся кварцевое сырье большей частью состояло из мелких кристаллов весом около 100 г. Кварцевые цехи нередко отказывались брать такие кристаллы «недомерки». Работа по использованию дефектного низкосортного и маломерного кварца проходила при непосредственном участии П. Г. Позднякова и Г. Г. Леммлейна, который во многих спорных случаях являлся главным экспертом по качеству кристаллов, и его мнение было решающим.
Характеризуя стиль работы А. В. Шубникова, нельзя не отметить его комплексный подход к решению проблемы пьезокварца. Он считал необходимым изучать кварцевое сырье различных месторождений, его особенности и характерные дефекты, создавать методы и приборы для объективной оценки качества кристаллов как сырья для производства резонаторов, разрабатывать методы рациональной разделки кристаллов и экономичной его обработки, а также оборудование и приспособления для их резки и шлифовки.
В 1940 г. вышла в свет книга А. В. Шубникова [133], содержавшая полные сведения о кварце как одной из модификаций кремнезема. Однако ее воспринимали преимущественно как книгу о пьезокварце, поскольку в ней описывались главным образом монокристаллы кварца, их морфологические особенности, тепловые, оптические, упругие и электрические свойства. Особенно подробны и полезны были сведения о дефектах кристаллов, технике травления, определении направлений кристаллографических осей и ориентировании срезов. В большой заключительной главе были приведены сведения о колебаниях кварцевых пластин, описаны срезы с малым температурным коэффициентом частоты, разновидности резонаторов и другие примеры использования пьезоэлектрических свойств кварца. К тому времени в мировой литературе были известны только три книги по пьезокварцу — А. Грамона, П. Вигуро и А. Шайбе. Книга А. В. Шубникова существенно отличалась от них своим более полным кристаллофизическим содержанием. Впервые в ней описывались морфологические особенности и дефекты реальных кристаллов, фигуры травления, удара и давления, методы ориентации кристаллов. Многое в ней было новым и до настоящего времени не потеряло своего значения. Эта книга оказала огромное влияние на формирование кадров кварцевиков. Выходу ее предшествовал выпуск конспекта лекций А. В. Шубникова по пьезокварцу [120], прочитанных им для сотрудников ЦНИЛ. Этот конспект очень ценился «кварцевиками».
Осенью 1939 г. в ЦНИЛ пришел новый сотрудник студент-дипломник Московского института связи А. С. Шеин. Он был приглашен в группу Н. Н. Шефталя для организации работ по применению кристаллов сегнетовой соли, выращивание которых статическим методом к тому времени было уже достаточно освоено. Он был порывистым, настойчивым, страстно преданным своему делу человеком. Его энергия и работоспособность были удивительны. Он умел ими заражать всех сотрудников, вселяя веру в успех. Быстро обнаружились его недюжинные способности и склонности к научной и изобретательской деятельности. В короткий срок он разобрался в особенностях явлений пьезоэлектрического преобразования, технологии обработки растворимых кристаллов, что позволило ему оригинально решить вопросы создания высокочувствительных пьезоэлементов и повышения их надежности. Им были предложены способы металлизации пластин из сегнетовой соли, их сборки и защиты от механических воздействий и действия влаги. А. С. Шеиным были созданы образцы различных акустических приборов — телефонов, микрофонов, громкоговорителей, звукоснимателей. Демонстрации этих приборов, их высокие электрические и эксплуатационные характеристики вызывали интерес у представителей многих научных учреждений и промышленных предприятий. Его успехи во многом ускорили реализацию идеи А. В. Шубникова о создании настоящей промышленной фабрики кристаллов.
Вопрос об организации пьезотехнического завода начал широко обсуждаться в 1940 г. в связи с необходимостью выпуска изделий из кристаллов сегнетовой соли. А. В. Шубников настаивал на необходимости придать заводу более широкий профиль, расширив номенклатуру кристаллов.
