材料物理性能ppt課件.ppt

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1、1.介質(zhì)的擊穿:當電場強度超過某一臨界值時，介質(zhì)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(zhì)的擊穿。2.擊穿電場強度:介質(zhì)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(zhì)在電場中的破壞3.3.1介電強度1Emax=(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)、電場頻率和波形、材料成分和孔隙、

2、晶體各向異性，非晶態(tài)結構等因素有關。2例：設計一方案，滿足3KV下存儲10-4C的要求，設電介質(zhì)材料厚0.02mm的BaTiO3，求電介質(zhì)的厚度及面積。（注:BaTiO3的介電強度為120KV/cm）。3.3.1介電強度3Al2O3(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)9.7硅橡膠220一些電介質(zhì)的介電強度單位：106V/cm41.介質(zhì)的不均勻性無機材料

3、常常為不均勻介質(zhì)，有晶相、玻璃相和氣孔存在，這使無機材料的擊穿性質(zhì)與均勻材料不同。不均勻介質(zhì)最簡單的情況是雙層介質(zhì)。設雙層介質(zhì)具有各不相同的電性質(zhì)，ε1，σ1，d1和ε2，σ2，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(nèi)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5上式表明：電導率小的介質(zhì)承受場強高，電導率大的介質(zhì)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

4、，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(zhì)的申聯(lián)和并聯(lián)，上述的分析方法同樣適用。3.3.2影響無機材料擊穿強度的各種因素62.材料中氣泡的影響：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(zhì)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(chǎn)生大量的熱，容易引起整個介質(zhì)擊穿。由于在產(chǎn)生熱量的同時，形成相當高的內(nèi)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

5、響無機材料擊穿強度的各種因素73.3.2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(zhì)的表面放電固體介質(zhì)的表面放電屬于氣體放電。固體介質(zhì)常處于周圍氣體媒質(zhì)中，擊穿時，常發(fā)現(xiàn)介質(zhì)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(zhì)材料不同，表面放電電壓也不同。陶瓷介質(zhì)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(zhì)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。83.材料表面狀態(tài)及邊緣電場：（2）邊緣電場：電極邊緣常常發(fā)生電場畸變，使邊

6、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(zhì)b:電場的分布(電極的形狀、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91.壓電性概念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(zhì)亦反號，而且在一定范圍內(nèi)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(chǎn)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壓電

7、性和熱釋電性3.4.1壓電性10a:在X方向上的二個晶體面上接電極，測定電荷密度。X方向上受正應力T1(N/m2)時，測得X方向電極面上產(chǎn)生的束縛電荷Q，其表面電荷密度σ（C/m2）與作用力成正比。?1=d11T1其中T1為沿法線方向正應力，d11為壓電應變常量，其下標第一個1代表電學量，第二個1代表力學量。α–石英晶體11在Y方向上受正應力T2時，X方向上測電荷密度：?1=d12T2在Z方向上受正應力T3時，測電流為0?1=d13T3=0因為T3不等于0，則d13=0。12切應力：T4（yz或zy應力平面的切應力），T5（xz或zx平面