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《6.2 電介質(zhì)陶瓷(2009.11.13)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、6.2電介質(zhì)陶瓷一、概念二、一般特性1、電絕緣與極化2、介電損耗三、性能與分類四、電絕緣陶瓷生產(chǎn)工藝、性能及應(yīng)用五、非鐵電電容器陶瓷六、鐵電電容器陶瓷七、反鐵電電容器陶瓷一、概念電介質(zhì)陶瓷是指電阻率大于108Ω·m的陶瓷材料，能承受較強(qiáng)的電場而不被擊穿。按其在電場中的極化特性，可分為電絕緣陶瓷（insulationceramics）和電容器陶瓷（capacitorceramics；condenserceramics）。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，在這類材料中又相繼發(fā)現(xiàn)了壓電、熱釋電和鐵電等性能。二、一般特性電介質(zhì)陶瓷在靜電
2、場或交變電場中使用，其一般特性是電絕緣性、極化（polarization）和介電損耗（dielectricloss）。1、電絕緣與極化電介質(zhì)陶瓷中的分子正負(fù)電荷在弱電場的作用下，雖然正電荷沿電場方向移動，負(fù)電荷逆電場方向移動，但它們并不能掙脫彼此的束縛而形成電流，因此具有較高的體積電阻率，具有絕緣性。由于電荷的移動，造成了正負(fù)電荷中心不重合，在電介質(zhì)陶瓷內(nèi)部形成偶極矩，產(chǎn)生了極化。在與外電場垂直的電介質(zhì)表面上出現(xiàn)了感應(yīng)電荷Q，這種感應(yīng)電荷不能自由遷移，稱之為束縛電荷。束縛電荷的面密度即為極化強(qiáng)度P。對于平板型真空電
3、容器，極板間無電介質(zhì)存在，當(dāng)電場強(qiáng)度為E時，其表面的束縛電荷為Q0，電容為C0，在真空中插入電介質(zhì)陶瓷時，則束縛電荷增為Q，電容也增至C。評價同一電場下材料的極化強(qiáng)度，可用材料的相對介電常數(shù)εr表示。用下式計算：Q/Q0=C/C0=εr相對介電常數(shù)越大，極化強(qiáng)度越大，即電介質(zhì)陶瓷表面的束縛電荷面密度大。用于制作陶瓷電容器的材料，εr越大，電容量越高，相同容量時，電容器的體積可以做的更小。2、介電損耗電介質(zhì)在電場作用下，把部分電能轉(zhuǎn)變成熱能使介質(zhì)發(fā)熱，在單位時間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱為損耗功率或簡稱為介電損耗。常用t
4、gδ表示，其值越大，損耗越大，其中δ稱為介質(zhì)損耗角。三、性能與分類根據(jù)體積電阻率、介電常數(shù)和介電損耗等參數(shù)的不同，可把電介質(zhì)陶瓷分為電絕緣陶瓷即裝置陶瓷和電容器陶瓷。此外，某些具有特殊性質(zhì)，如壓電性、鐵電性及熱釋電性的電介質(zhì)陶瓷，按性質(zhì)分別稱為壓電陶瓷、熱釋電陶瓷和鐵電陶瓷。(一)電絕緣陶瓷電絕緣陶瓷又稱裝置陶瓷，是在電子設(shè)備中作為安裝、固定、支撐、保護(hù)、絕緣以及連接各種無線電元件及器件的陶瓷材料。作為裝置陶瓷要求具備以下性質(zhì)：（1）高的體積電阻率（室溫下，大于1012Ω·m）和高介電強(qiáng)度（大于104kV/m）。以
5、減少漏導(dǎo)損耗和承受較高的電壓。（2）介電常數(shù)小（常小于9）。可以減少不必要的分布電容值，避免在線路中產(chǎn)生惡劣的影響，從而保證整機(jī)的質(zhì)量。（3）高頻電場下的介電損耗要小。介電損耗大會造成材料發(fā)熱，使整機(jī)溫度升高，影響工作。（4）機(jī)械強(qiáng)度要高，通?？箯澢鷱?qiáng)度為45~300MPa，抗壓強(qiáng)度為400~2000MPa。（5）良好的化學(xué)穩(wěn)定性。能耐風(fēng)化、耐水、耐化學(xué)腐蝕，不致于性能老化。此外，隨著電絕緣陶瓷的應(yīng)用日益廣泛，有時還要求具有耐機(jī)械力沖擊和熱沖擊的性能。如高頻裝置瓷，除要求介質(zhì)損耗小外，還要求熱膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高，
6、能承受較大的熱沖擊。作為集成電路的基片材料，要求高導(dǎo)熱系數(shù)，合適的熱膨脹系數(shù)、平整、高表面光潔度及易鍍膜或表面金屬化。電絕緣陶瓷按化學(xué)組成可分為氧化物系（如氧化鋁瓷、氧化鎂瓷等）和非氧化物系（如氮化硅瓷、氮化硼瓷等）兩大類。除上述多晶陶瓷外，近年來發(fā)展了單晶電絕緣陶瓷，如人工合成云母、人造藍(lán)寶石、尖晶石、氧化鈹及石英等。（二）電容器陶瓷根據(jù)陶瓷電容器所采用陶瓷材料的特點，電容器分為：溫度(熱)補(bǔ)償型（Ⅰ型）：使用非鐵電陶瓷，高頻損耗小，介電常數(shù)隨溫度線性變化，可補(bǔ)償電路中或電阻隨溫度系數(shù)的變化，維持諧振頻率的穩(wěn)定。
7、溫度(熱)穩(wěn)定型：使用非鐵電陶瓷，特點是介電常數(shù)隨溫度變化很小，接近于零，適用于高頻和微波電路中。高介電常數(shù)型：采用鐵電或反鐵電陶瓷，特點是介電常數(shù)非常高，可達(dá)30000，適用于低頻高容量電容器。半導(dǎo)體型：非線性電阻電容器，用于開關(guān)電路或熱保護(hù)電路中，起自動開關(guān)作用。按制造陶瓷電容器的材料性質(zhì)分：第一類為非鐵電電容器陶瓷（Ⅰ型），又稱熱補(bǔ)償電容器陶瓷。第二類為鐵電電容器陶瓷（Ⅱ型），又稱強(qiáng)介電常數(shù)電容器陶瓷。第三類為反鐵電電容器陶瓷（Ⅲ型）。第四類為半導(dǎo)體電容器陶瓷（Ⅳ型）。用于制造電容器的陶瓷材料的性能要求：（1
8、）介電常數(shù)要盡可能高。介電常數(shù)越高，陶瓷電容器的體積可以做得越小。（2）在高頻、高溫、高壓及其它惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠。（3）介質(zhì)損耗角正切值小。對于高功率陶瓷電容器，能提高無功功率。（4）比體積電阻高于1010Ω·m，可保證在高溫下工作。（5）高的介電強(qiáng)度。四、電絕緣陶瓷生產(chǎn)工藝、性能及應(yīng)用（一）剛玉-莫來石瓷及莫來石瓷1、概述莫來石瓷是以莫來石（3Al2O3
