2010-电子陶瓷第四章第四讲.ppt

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1、第四章电子陶瓷基本性质§4.3.2电子陶瓷的介电性能对电介质材料，在电场E中，有电感应矢量D：0为真空介电常数，r为相对介电常数第四章电子陶瓷基本性质表征电子陶瓷材料的介电性能的主要技术参数有相对介电常数、介电损耗、绝缘强度、击穿强度。1、介电常数（DielectricConstant）介电常数是衡量电介质储存电荷能力的参数，通常又叫介电系数（DielectricConstant）或电容率(permittivity)，也是电子陶瓷材料最重要的电学特征参数之一。第四章电子陶瓷基本性质设真空时介电常数等于1，对同一个真空系统和有电介质系统，有式中Q0为真空系统电极上的电荷，Q为有电介质时

2、电极上的电荷。表明具有同样电场和电极的系统，有介质存在时比真空情况下电极上电荷增加的倍数等于介质的介电常数。第四章电子陶瓷基本性质ε0为SI单位制中真空的介电常数，亦称电常数，ε0=8.85×10-12F/m；εr为相对介电常数，有时也简称为介电常数，是一个无量纲的常数.第四章电子陶瓷基本性质真空的相对介电常数为1,其他材料的相对介电常数均大于1。对平行平板电容器：式中，C为试样的电容量；d为试样厚度或电极距离；S为电极面积；ε0为SI单位制中真空的介电常数第四章电子陶瓷基本性质各种电子陶瓷室温时的介电常数如下：装置瓷、电阻瓷及电真空瓷：2~12I型电容器瓷：6~1500II型电容器瓷：

3、200~30000III型电容器瓷：7000~二十几万压电陶瓷：50~20000某些电子陶瓷的介电常数一览表材料主晶相化学式相对介电常数损耗角正切氧化铝瓷-Al2O38~101~310-4滑石瓷MgO•SiO25~72~510-4二氧化钛瓷TiO280~1002~510-4钛酸钙瓷CaTiO3130~1503~610-4钛酸锶铋瓷(Sr,Bi)TiO3800~9001~210-3钛酸钡瓷BaTiO32000~80001~310-2锆钛酸铅瓷Pb(Zr,Ti)O31000~50002~510-2铌镁酸铅瓷Pb(Mg1/3Nb2/3)O36000~200003~610-2第四

4、章电子陶瓷基本性质按照相对介电常数的大小，电子陶瓷大体可分为三类：低介电常数陶瓷：εr在2~12之间，如氧化铝瓷、滑石瓷等，εr与电场、频率、温度的变化关系很小。第四章电子陶瓷基本性质2)高介电常数陶瓷：εr在12~1000之间，如二氧化钛瓷、钛酸锶铋瓷等εr与电场、频率的变化关系很小;εr随温度略有变化第四章电子陶瓷基本性质3)铁电陶瓷εr在几千~几十万之间，如钛酸钡瓷、锆钛酸铅瓷等，εr与温度变化关系很大（在某一温度时出现峰值—该温度为居里点）；随频率的增加略有下降（频率弥散）与电场强度有关（非线性介电常数）第四章电子陶瓷基本性质从以上数据可以看出，电子陶瓷的介电常数的数值范围很大，

5、因材料而异，有不同的使用范围。各种材料介电常数的差异是由于其内部存在不同的极化(Polarization)形式、有不同的晶体结构等所引起的。第四章电子陶瓷基本性质1.1电介质的极化点电荷电矩多点系统：第四章电子陶瓷基本性质介质内质点的正负电荷重心分离可形成偶极子：偶极矩：-Q+Ql第四章电子陶瓷基本性质单位电场强度下，质点偶极矩的大小为质点的极化率：第四章电子陶瓷基本性质定义：极化强度P为单位体积内的电偶极矩的总和：单位为（C•m2）第四章电子陶瓷基本性质+++++E1PE2E3E外第四章电子陶瓷基本性质E2为空球表面极化电荷作用场，又称洛伦兹场。E3为原点附近偶极子的电场。利用电磁学

6、知识，可以计算E2:第四章电子陶瓷基本性质rPrdrSin计算E2:第四章电子陶瓷基本性质设空腔处表面电荷密度为：则：第四章电子陶瓷基本性质dq在球心处产生的电场：第四章电子陶瓷基本性质第四章电子陶瓷基本性质对立方对称晶体，可以用平行的点型偶极子代替原子，则：E3=0第四章电子陶瓷基本性质三、克劳修斯—莫索蒂方程第四章电子陶瓷基本性质如单位体积内极化的粒子数为n,极化率为则有：第四章电子陶瓷基本性质称为Klausius-Mosotti方程。将宏观量与微观量建立了关系。第四章电子陶瓷基本性质对具有多种极化质点的体系，有：第四章电子陶瓷基本性质Klausius-Mosotti方

7、程表明：如要大，则需要大、n大。Klausius-Mosotti方程可适用于气体、非极性液体、固体、NaCl型离子晶体和具有相当对称性的晶体。第四章电子陶瓷基本性质1.3极化机制电介质的极化有电子极化、离子极化、偶极子转向极化、界面极化、谐振式极化、自发极化…….等多种极化机制。第四章电子陶瓷基本性质电子（离子）极化又可分为：位移式极化—弹性的、瞬时完成、不消耗能量；松弛式极化—与热运动有关，非弹性的、要消耗能量。第四章电子陶瓷