电子陶瓷专业实验讲义(改)

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1、电子陶瓷专业实验湖北大学物电学院电子科学与技术系2013-9目录实验一电介质材料的介电常数及损耗与频率的关系1实验二电介质材料的介电常数及损耗与温度的关系5实验三PTC热敏电阻器伏安特性测试7实验四PTC陶瓷热敏电阻器的温度特性测试10实验五传输法测试压电陶瓷参数13实验六金相显微镜观察材料的显微结构17实验七四探针方法测量半导体的电阻率19实验八ZnO压敏电阻综合特性参数的测试24实验九测量磁滞回线实验28实验十电子陶瓷粉体的结构分析32实验一电介质材料的介电常数及损耗与频率的关系<一>实验目的1．熟练掌握MODELTH2816型宽频LCR数字

2、电桥的使用；2．测量几种介质材料的介电常数（）和介质损耗角正切（tand）与频率的关系，从而了解它们的、tand的频率特性。<二>实验仪器TH2816型宽频LCR数字电桥、样品<三>实验原理介电常数，又称电容率，是电位移D与电场强度E之比=D/E，其单位为F/m，真空的介电常数F/m，而相对介电常数为同一尺寸的电容器中充入电介质时的电容和不充入电介质时真空下的电容之比。介电常数小的电介质，其分子为非极性或弱极性结构，介电常数大的电介质，其分子为极性或强极性结构。在交变电场作用下，电介质的介电常数为复数，复介电常数的实部与上述介电常数的意义是一致的

3、，而虚部表示损耗。介质的介电损耗是指由于导电或交变电场中极化弛豫过程在电介质中引起的功率损耗。这一功率损耗是通过热耗散把电场的电能消耗掉的结果。电介质的介电损耗一般用损耗角正切tand表示，并定义为：。在直流电场下，电介质内只有泄漏电流所产生的电导损耗；但在交变电场中，除电导损耗外还存在着各种形式的极化所产生的损耗，即松弛极化损耗。（松弛极化：当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等松弛质点时，热运动使这些松弛质点分布混乱，而电场力却使这些质点按电场分布，最后在一定的温度下，电场的作用占主导、发生极化。这种极化具有统计性质，叫做热松弛极化。松弛

4、极化的带电质点在热运动时移动的距离可以有分子大小，甚至更大。另外，此时的质点需要克服一定的势垒才能移动，因此这种极化建立的时间较短，可达10-2——10-9秒，并且需要吸收一定的能量，所以这种极化是一种不可逆的过程，松弛极化多发生在晶体缺陷处或玻璃体内。）此时，复介电常数的虚部与实部的比值，即为介电损耗值，即，又称介质损耗因数。33是电介质的电位移D由于极化弛豫而落后电场E的一个相位角。由于介质的各种极化机构在不同的频率范围有不同的响应和不同频率下产生不同的电导率，所以介质的介电常数和介电损耗都是随频率的变化而变化。如不考虑边缘效应，平板试样的电

5、容量可用下式表示：（1）式中s——电极的面积，米2；d——介质的厚度，米；——介质材料的相对介电常数。将的值代入（1）式，得到：（2）由此得（3）如果电极呈圆形，当其直径为D米时，介电常数的计算公式如下：其所用单位d——米，,D——米。测量原理如下：电感线圈，电容器组成的串联谐振回路其品质因数Q为：（4）式中x是电容器或电感线圈在谐振频率时的电抗，R是整个电路中的有效串联电阻。如图所示，在一个调谐电路中，接上一个交变电动势Ui，当回路谐振时，电容器两端的电压为电动势Ui的Q倍即33图（1）（5）（5）式表示串联谐振时电容器（或电感线圈）上电压为电

6、源电压Ui的Q倍，若Ui为一固定的已知值，只需测量UC，就能求出回路Q值。（6）<四>实验步骤（1）接通电源，电桥开始自检。自检结束后，面板显示：显示A：C（电容）显示B：D（即损耗tand）显示C：F（显示：1.00kHz）速度：慢（40msA/D积分时间）读数：直读等效：串联偏置：OFF方式：连续量程：自动打印：OFF（2）使用按键[显示A]、[显示B]在LCR上选择测试参数；如果需要测量的是电容C和损耗tand，则不需要另外选择。等待仪器稳定20分钟后，对仪器进行清“0”；为保证可靠的清零和校准测量，请遵守以下规则：①在清“0”完成后应保持

7、测试导线的形态与清“0”时一致。②短路清“0”时应使用随机提供的镀金短路板或低阻导线使测量端短接，注意不要使HD、HS和LD、LS直接连在一起，使用夹具短路时在短路板或低阻导线插入后应保持HD、HS和LD、LS本身未直接连在一起。③在所需的测量条件下（频率、电平、积分时间或测量速度）进行清“0”。清“0”步骤如下：开路清“0”。按【上档】【开路】后，显示器A：OPEN，显示器B：PF-SAL此信息提醒操作人员将测试端形成开路形式（即将被测件去掉），并指出当前将执行点频清“0”。若需执行开路扫频清“0”，按【△】或【▽】显示信息变换为：33显示A：

8、OPEN，显示B：SF-CAL短路清“0”。按【上档】【短路】后，显示器A：SHORT，显示器B：PF-SAL提醒操作人员将测试端正确的