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1、3.3.1介電強度1.介質的擊穿:當電場強度超過某一臨界值時,介質由介電狀態(tài)變?yōu)閷щ姞顟B(tài)。這種現(xiàn)象稱介電強度的破壞,或叫介質的擊穿。2.擊穿電場強度:介質的擊穿時,相應的臨界電場強度稱為介電強度,或稱為擊穿電場強度。(介電強度:一種介電材料在不發(fā)生擊穿或者放電的情況下承受的最大電場。)3.3電介質在電場中的破壞Emax=(V/d)max通常,凝聚態(tài)絕緣體的擊穿電場范圍約為(105-5×106)V.cm-1。介電強度依賴于材料的厚度,厚度減小,介電強度增加。由測試區(qū)域中出現(xiàn)的臨界裂紋的幾率決定。還與環(huán)境溫度和氣氛、電極形狀、材料表面狀態(tài)、電場頻
2、率和波形、材料成分和孔隙、晶體各向異性,非晶態(tài)結構等因素有關。3.3.1介電強度例:設計一方案,滿足3KV下存儲10-4C的要求,設電介質材料厚0.02mm的BaTiO3,求電介質的厚度及面積。(注:BaTiO3的介電強度為120KV/cm)。3.3.1介電強度3.3.1介電強度Al2O3(0.03mm)7.0BaTiO3(0.02cm,單晶)0.04Al2O3(0.6mm)1.5BaTiO3(0.02cm,多晶)0.12Al2O3(0.63cm)0.18環(huán)氧樹脂160-200云母(0.002cm)10.1聚苯乙烯160云母(0.006cm)
3、9.7硅橡膠220一些電介質的介電強度單位:106V/cm電擊穿:1.電場強度高時會形成電流脈沖發(fā)生擊穿,由此產生點坑,孔洞和通道并連通。2.擊穿發(fā)生于材料的表面,通過表面水分或污染雜質增加了擊穿的可能性。電擊穿是一種集體現(xiàn)象。能量通過其它粒子(例如,已經(jīng)從電場中獲得了足夠能量的電子和離子)傳送到被擊穿的組分中的原子或分子上。3.3.1介電強度1.介質的不均勻性:無機材料常常為不均勻介質,有晶相、玻璃相和氣孔存在,這使無機材料的擊穿性質與均勻材料不同。不均勻介質最簡單的情況是雙層介質。設雙層介質具有各不相同的電性質,ε1,σ1,d1和ε2,σ
4、2,d2分別代表第一層、第二層的介電常數(shù)、電導率、厚度。若在此系統(tǒng)上加直流電壓U,則各層內的電場強度E1,E2,為:3.3.2影響無機材料擊穿強度的各種因素上式表明:電導率小的介質承受場強高,電導率大的介質承受場強低。在交流電壓下也有類似的關系。如果σ1和σ2相差甚大,則必然其中一層的電場強度將大于平均場強E,這一層可能首先達到擊穿強度而被擊穿。一層擊穿以后,增加了另一層的電壓,且電場因此大大畸變,結果另一層也隨之擊穿。由此可見,材料的不均勻性可能引起擊穿場強的降低。陶瓷中的晶相和玻璃相的分布可看成多層介質的申聯(lián)和并聯(lián),上述的分析方法同樣適用
5、。3.3.2影響無機材料擊穿強度的各種因素2.材料中氣泡的作用:材料中含有氣泡時,氣泡的ε及σ很小,因此加上電壓后氣泡上的電場較高。而氣泡本身的抗電強度比固體介質要低得多(一般空氣的Eb≈33kv/cm,而陶瓷的Eb≈80kv/cm),所以首先氣泡擊穿,引起氣體放電(電離),產生大量的熱,容易引起整個介質擊穿。由于在產生熱量的同時,形成相當高的內應力,材料也易喪失機械強度而被破壞,這種擊穿稱為電—機械—熱擊穿。3.3.2影響無機材料擊穿強度的各種因素3.3.2影響無機材料擊穿強度的各種因素3.材料表面狀態(tài)及邊緣電場:(1)固體介質的表面放電固
6、體介質的表面放電屬于氣體放電。固體介質常處于周圍氣體媒質中,擊穿時,常發(fā)現(xiàn)介質本身并未擊穿,但有火花掠過它的表面,這就是表面放電。a:固體介質材料不同,表面放電電壓也不同。陶瓷介質由于介電常數(shù)大、表面吸濕等原因,引起空間電荷極化,使表面電場畸變,降低表面擊穿電壓。b:固體介質與電極接觸不好,則表面擊穿電壓降低。c:電場的頻率不同,表面擊穿電壓也不同。頻率升高,擊穿電壓降低。3.材料表面狀態(tài)及邊緣電場:(2)邊緣電場:電極邊緣常常電場集中,發(fā)生電場極變,使邊緣局部電場強度升高,導致?lián)舸╇妷旱南陆?。影響因素:a:電極周圍媒質b:電場的分布(電極的
7、形狀、相互位置)c:材料的介電系數(shù)、電導率3.3.2影響無機材料擊穿強度的各種因素1.壓電性:1)正壓電效應:晶體受到機械作用力時,在一定方向的表面上會出現(xiàn)數(shù)量相等、符號相反的束縛電荷;作用力反向時,表面荷電性質亦反號,而且在一定范圍內電荷密度與作用力成正比。這種由機械能轉化為電能的過程,為正壓電效應。逆壓電效應:當晶體在外加電場作用下,晶體的某些方向上產生形變,其形變與電場強度成正比。稱為逆壓電效應。正壓電效應與逆壓電效應統(tǒng)稱為壓電效應。具有壓電效應的物體稱為壓電體。3.4.1壓電性a:在X方向上的二個晶體面上接電極,測定電荷密度。X方向上
8、受正應力T1(N/m2)時,測得X方向電極面上產生的束縛電荷Q,其表面電荷密度σ(C/m2)與作用力成正比。D1=d11T1其中T1為沿法線方向正應力,d11為壓電