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第四章 介电材料 介电陶瓷材料是指电阻率大于108?.m的陶瓷材料,能承受较强的电场而不被击穿。它具有较高的介电常数、较低的介质损耗和适当的介电常数温度系数。用于各类电容器。 一、极化和介电常数 电介质是指能在电场中极化的材料。 电介质在电场作用下产生感应电荷的现象叫极化。 在平板电容器中,其电容量C与平板的面积S、板间距离d的关系,即 C=εS/d, 式中ε为静态介电常数,显然ε代表了板间电介质的性能。 当带有电介质的电容C与无电介质(真空)的电容Co之比称为电介质的相对介电常数εr。 第四章 介电陶瓷 二、电介质的介电损耗 电介质在外电场作用下,其内部会有发热现象,这说明有部分电能已转化为热能耗散掉,这种介质内的能量损耗称为介质损耗。常用tgδ表示,其值越大,能量损耗也越大。 δ称介电损耗角,其物理意义是指在交变电场下电位移D与电场强度E的相位差。 tgδ是所有应用于交变电场中电介质的重要的品质指标之一。介质损耗越小越好。 相对介电常数和介电损耗是电子陶瓷材料中的一个重要参数,不同用途的陶瓷,对它们有不同的要求. 第四章 介电陶瓷 三、介电陶瓷电容器 陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优良的高频特性、品种繁多、价格低廉,便于批量生产而广泛应用于家用电器、通信设备、工业仪器等领域,是目前飞速发展的电子技术的基础之一。 用于制造陶瓷电容器的介电陶瓷,对材料有以下要求: (1)介电常数应尽可能高; (2)在高频、高温、高压及其他恶劣环境下,陶瓷电容器性能稳定可靠; (3)介质损耗要小; (4)比体积电阻率高于1010Ω.m(绝缘电阻率通常大于 1010Ω.m ),可保证在高温下工作; (5)具有较高的介电强度,陶瓷电容器在高压和高功率条件下,往往由于击穿而不能工作,因此必须提高电容器的耐压特性。 第四章 介电陶瓷 四、陶瓷电容器的分类和特征 (1)非铁电电容器陶瓷(Ⅰ型),其特点是高频损耗小,介电常数随温度变化而呈线性变化,又称热补偿电容器陶瓷; (2)铁电电容器陶瓷(Ⅱ型),其特点是介电常数随温度变化而呈非线性变化,而且介电常数很高,又称高介电常数陶瓷; (3)反铁电电容器陶瓷(Ⅲ型),其特点是储能密度高,储能释放充分,可用于储能电容器 (4)半导体电容器陶瓷(Ⅳ型) 第四章 介电陶瓷 五、介电陶瓷材料及应用 1、温度补偿电容器用介电陶瓷 主要用于高频振荡电路中作为补偿电容介质,在性能上要求具有稳定的电容温度系数和低的介质损耗。其性能见表3-2。 以CaTiO3为例:具有较高的介电常数和负温度系数,可以制成小型高容量的高频陶瓷电容器。常见的配方为: CaTiO3:99%,ZrO2:1%;烧结温度为1360℃±20℃ 工艺要求:采用氧化气氛烧结;不易采用湿磨;烧结温度和时间控制好,防止开裂。 第四章 介电陶瓷 除CaTiO3外,材料体系还有: MgTiO3, SrTiO3 MgTiO3-SrTiO3, CaTiO3-SrTiO3-Bi2O3-TiO2, CaTiO3-La2O3-TiO2, BaTiO3-Nd2O3-TiO2, CaTiO3-La2O3-Bi2O3TiO2, BaTiO3-SrTiO3-La2O3-TiO2, 第四章 介电陶瓷 2、热稳定型电容器陶瓷材料 分为高频热稳定电容器陶瓷和微波介电陶瓷。 (1)高频热稳定电容器陶瓷 其主要特点是介电常数的温度系数的绝对值很小,有的甚至接近于零。 如:MgTiO3瓷,,介电损耗低,温度系数的绝对值小,且原料丰富,成本低,但烧结温度较高(~1450℃),难以控制。 典型配方为:菱镁矿71%、TiO2 24%、苏州土3%、膨润土2%,CaF2 0.45% 第四章 介电陶瓷 (2)微波介电陶瓷 微波介电陶瓷主要用于制作微波电路元件,在微波滤波器中用作介质谐振器。评价微波介电陶瓷材料的主要参数是介电常数、品质因素和谐振频率温度系数。 要求具有以下性能:适当大小的介电常数,且值稳定;介电损耗小;有适当的介电常数温度系数;热膨胀系数小。 其研究体系有:MgO-CaO-TiO2 MgO-La2O3-TiO2 ZrO2-SnO2-TiO2 Ba(Zn1/3Ta2/3)O3-B
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