电子陶瓷第四章第五讲

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1、第四章电子陶瓷基本性质总体上说，电介质的极化包含以上各部分的和，即电介质总的极化率为：工频声频无线电频率红外紫外频率f界面极化松弛极化离子位移极化电子位移极化第四章电子陶瓷基本性质1.4多相陶瓷材料的介电性能一、混合物法则由成分、结构、化学组成等不同的晶体所组成的多相陶瓷材料设只有两相组成陶瓷：第四章电子陶瓷基本性质x1、x2为体积分数1、2为介电常数并联时：k=1串联时：k=-1混合分布：k0第四章电子陶瓷基本性质第四章电子陶瓷基本性质当介电常数为的球形颗粒分布在介电常数为的基相中，有：第四章电子陶瓷基

2、本性质二、介电常数的温度系数介电常数的温度系数——介电常数随温度变化而产生的相对变化率：第四章电子陶瓷基本性质可以用实验的方法测试TK:第四章电子陶瓷基本性质不同的极化机制，有不同的TK:对电子式极化：T上升，降低，极化强度下降，TK为负；对离子式极化：T上升，离子极化率增加，TK为正。第四章电子陶瓷基本性质不同的应用，要求TK不同：如滤波旁路和隔直流的电容器，TK>0热补偿电容器，TK<0高精度电子仪器：TK=0目前希望TK=0，而尽可能大。第四章电子陶瓷基本性质对两相复合材料：第四章电子

3、陶瓷基本性质即可以在TK>0的材料中加入适量的TK<0材料，可以达到TK=0目的。如微波通信、卫星通信、航空航天器件等。第四章电子陶瓷基本性质2、介质损耗陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变为热能。单位时间内消耗的电能叫介质损耗。在直流下，介质损耗仅由电导引起，电导率就能表示介质损耗的大小。单位体积的介质损耗p与电场E的关系为：p=γE2第四章电子陶瓷基本性质即电场强度一定时，介质损耗与电导率成正比。在交流下，电导和极化共同引起介质损耗，可利用有损耗介质构成的电容器等效电路来研究。有耗电容

4、器等效电路由一理想电容器（无耗电容器）和一纯电阻并联或串联组成，如图所示。有耗电容器等效电路示意图矢量图中的δ角称为损耗角，它是有耗电容器中电流超前电压的相位φ角与无耗电容器的相位角90°之间的差值。电子陶瓷的损耗角一般都小于1°。由前图的并联电路得：tgδ=IR/Ic=1/ωCPRP式中：ω为角频率；Cp为等效并联电容；Pp为等效并联电阻。第四章电子陶瓷基本性质由串联电路得tgδ=UR/Uc=ωCSRS式中CS为等效串联电容；Rs为等效串联电阻。所以:1/ωCPRP=ωCSRS第四章电子陶瓷基本性质第四章电子陶

5、瓷基本性质tgδ又可以表示为：tgδ=Pe/P式中Pe为有功功率。即介质损耗的功率；Pe为无功功率。第四章电子陶瓷基本性质tgδ的具体意义是有耗电容器每周期消耗的电能与其所储存电能的比值。tgδ经常用来表示介质损耗的大小。应该注意，用tgδ表示介质损耗时必须同时指明测量（或工作）频率。因为介质损耗：Pe=Petgδ=ωCtgδU2单位体积的介质损耗为：第四章电子陶瓷基本性质p=ωεtgδE2可见，介质损耗与频率有关。式中εtgδ称损耗因数，在外界条件一定时，它是介质本身的特定参数。第四章电子陶瓷基本性质式中ωεt

6、gδ称等效电导率，它不是常数。频率高时，ωεtgδ增大，介质损耗增大。因此，工作在高频高功率下的介质，要求损耗小，tgδ必须在控制很小的范围。一般高频介质tgδ应小于6×10-4，高频率高功率介质tgδ应小于3×10-4。可见生产上控制tgδ是很重要的。第四章电子陶瓷基本性质介质的tgδ对湿度很敏感。受潮的试样tgδ急剧增大。试样吸潮越严重，tgδ增大越厉害，常利用此性质来判断瓷体烧结的好坏。介质损耗对化学组成、相组成、结构等因素很敏感，凡是影响电导和极化的因素都影响介质损耗。第四章电子陶瓷基本性质介电损耗tgδ

7、的物理意义是在交变电场作用下电介质的电位移矢量D与电场强度E之间的相位差。第四章电子陶瓷基本性质介电常数表为一复数：第四章电子陶瓷基本性质介电常数的实部反映了电介质储存电荷的能力，虚部反映了电介质在电荷移动过程中引起的电场能量损耗，它们均与电场频率有关。电介质的损耗多来自漏电损耗：极化损耗。第四章电子陶瓷基本性质漏电损耗是因为电介质的直流电导损耗以及由于离子迁移受阻和偶极子弛豫损耗而引起能量的损失。极化损耗是因为材料中电子和离子的非弹性位移引起的。第四章电子陶瓷基本性质第四章电子陶瓷基本性质在交变电场作用下，不同

8、极化机制对外电场的响应不同，或者说存在频率色散，介质中的极化是一些弛豫过程。极化过程需要经历一段时间达到平衡态，存在有介电损耗。静态介电常数与动态介电常数不相同。第四章电子陶瓷基本性质考虑单一弛豫的极化过程，引入衰减函数εs、ε∞分别为材料极低频和极高频介电常数的实部，τ代表偶极子弛豫时间，它与偶极子的惰性及基体的粘滞性有关。第四章电子陶瓷基本性质Debye曾经提出一个模