介电铁电陶瓷.ppt

第2章 介电铁电陶瓷 主要内容 2.1 概述 2.2 陶瓷的极化 2.3 介电陶瓷材料 2.4 铁电陶瓷材料 2.5 压电及热释电陶瓷 2.1 概述 介电材料和绝缘材料是电子和电气工程中不可缺少的功能材料，它主要应用材料的介电性能。这一类材料总称为电介质。 电介质极化:电导率很低的材料，在电场作用下会沿电场方向产生电偶极矩，在靠近电极的材料表面会产生束缚电荷，这种材料成为介电体或电介质，这种现象称为电介质的极化。 2.1 概述 介电陶瓷指电阻率108Ω·m的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。介电材料主要是通过控制介电性质，使之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的一类陶瓷 按其在电场中的极化特性，可分为: 电绝缘陶瓷 电容器陶瓷 后来又发现了压电、铁电和热释电陶瓷 偶极子 2.2 陶瓷的极化 介电材料的极化，其原理是对材料施以一个电场或磁场都能使其产生不平衡电荷的原子或原子团，結果材料內的电荷立即重新分布。 对于理想的介电材料电压加上时立刻产生电荷与极化，提高了材料的介电系数 介质的极化是由电子极化、离子极化和偶极子转向极化组成的，大致可分为以下两类 （1）电子极化 在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生相对位移形成的极化。 建立或消除电子极化的时间极短，约为10－15 ～ 10－16 s （2）离子极化 在外电场作用下，构成分子的离子发生相对位移而形成的极化 离子极化建立或消除的时间很短，与离子在晶格振动的周期有相同数量级，约为 10－12 ～ 10－13 s 离子晶体的极化 离子极化示意图 极化种类 电子极化 离子极化 偶极子取向极化 空间电荷极化 介电陶瓷可分为电绝缘陶瓷和电容器陶瓷 2.3.1温度补偿电容器用介电陶瓷 即具有适当的负的电容温度系数值 由于振荡回路总是由电感和电容构成，回路中的电感元件一般具有正的电感温度系数，为了保持振荡回路的频率不随温度变化而发生漂移，就必须使用适当负温度系数的电容器来补偿，这种电容器就称之为温度补偿电容器。 2.3.1温度补偿电容器用介电陶瓷 这种陶瓷介质一般具有中低介电常数，要求温度系数值稳定，特别在高频及较高温度时介电损耗低 金红石瓷TiO2 CaTiO3， SrTiO3， MgTiO3与LaTiO3复合 微波是一种频率非常高的电磁波。把波长从1米到1毫米范围内的电磁波称为微波。微波波段对应的频率范围为: 3×108Hz～3×1011Hz。如下图所示。 微波信号由于其频率极高，波长极短，因而具有如下特点为： 由于频率高，信息量大，所以十分有利于在通信技术领域中应用。目前微波通信所包含在可使用波段已超过整个长、中、短波段的1000倍以上。 可直线传播，具有很强的传播方向性，以及高能量和对于金属目标的强反射能力。因此，在雷达、导航等方面有利于提高发射和跟踪目标的准确性 对不同介质具有强穿透和强吸收能力，从而可实现穿透高空中电离层的卫星通信，时行微波医疗诊断、微波探伤以及作为微波吸收材料和发热体 微波设备的数字化可实现通信的必威体育官网网址性。 2.3.3高介电容器陶瓷 ?可高达4000～8000，在滤波、旁路、稳压、整流及交流断路器中广泛使用 这类陶瓷不仅要?高，而且温度稳定性好，居里点在工作温度范围内，且能方便地被调整 BaTiO3为基，添加各种添加物（Sr, Sn, Zr） 电容器(capacitor) 　　　 电容器 常用的电容器 2.4.　铁电陶瓷 一般介电体，加上电场发生极化去掉电场极化就消失，而铁电体有自发极化现象。 自发极化：在无外电场作用下存在的极化现象称为自发极化。 铁电又称强介电，在一定温度范围内可发生自极化，在外场作用下自发极化能够随电场改变电偶极子方向，并且撤去外场后能保留剩余极化，这种性质叫铁电性 自发极化的必要条件：晶体不具有对称中心 铁电体特征：有电滞回线 铁电体特征：有居里温度 铁电体的自发极化只在某一温度范围内才存在，当温度超过某一极限值以后，自发极化即行消失。这一物理过程的临界温度Tc被成为“居里温度” 存在自发极化的晶体结构称为“铁电相” 自发极化消失的晶体结构称为“顺电相” 如果晶体出现不止一次相变，存在不止一种铁电相，则将温度最高，介电常数的跃变最剧烈的温度为居里点，其他相变则称为转变点 主要铁电陶瓷 以BaTiO3或PbTiO3基固溶体为主晶相的铁电陶瓷，是铁电陶瓷的代表性陶瓷材料，是制造电容器的重要材料之一 BaTiO3具有 六方相：＞1460℃ 立方相：＞120℃ 四方相：5～120 ℃ 斜方相：－90～5 ℃ 三方相：＜－90 ℃ BaTiO3陶瓷特性 BaTiO3陶瓷一般结构：粒径3～10 um BaTiO3陶瓷的电滞回线和电致收缩 BaTiO3陶瓷的介电常数－温度特性 Ba