第六章 电介质物理1.ppt

6.6.1固体电介质的电导 1. 概述 同体电介质的漏导电流I包含了两个组成部分：流过电介质体内的电流Iv和沿着电介质表面流动的电流Is，并有I=Iv+Is 　在一定的电压范围内，电介质的漏导电流与所加的电压成正比，符合欧姆定律 在恒定电压的作用下，流过固体电介质的电流是时间的函数。在一般情况下，有以下几种电流需要考虑： 电导的分类（按载流子） ①离子电导或电解电导 2. 离子电导 2. 离子电导 （2）导电离子的迁移率 3. 电子电导 电介质可以看成是一种宽禁带的半导体，禁带宽度大于3~5eV。 （1）电子电导的载流子 （2）电子的迁移率 （3）电子电导 电子电导的另一个重要特点是电流传导的非线性关系。大部分电介质的离子电导是线性的，传导电流正经于所加的电压，符合欧姆定律。但是对电子电导而言，由于普尔-弗兰克尔效应和肖特基效应，在不十分高的电场下，参与电流传导的载流电子数与所加的电场有关。这就使得电流随电压的增加比欧姆定律所预期的来得快。这时电导率r是电场的函数，并且电场越高，r越大。在很强的电场下，隧道注入开始起作用。在强电场下，电介质内部还可能会发生中性分子的电离。这就使得电流随着电压很快上升，以致丧失绝缘能力。 4． 表面电导 二、 固体电介质的击穿 1. 概述 固体电介质击穿的特点 2、电击穿 一些因素对固体电介质击穿场强的影响 3、热击穿 4、局部放电击穿 5、其它击穿机制 返回 电介质的表面电导是与电介质的实际应用密切联系在一起的。电介质的体积电导在很大程度上反映了材料本身的特征。电介质的表面电导则不仅与介质材料本身的性质有关，而且在更大程度上取决于材料表面的湿润、氧化和沾污状态。 在固体电介质的情况下，表面电导 与平行电极间的距a成反比，与平行电极的长度b成正比，则 其中 是表面电导率 6.5×1010 1×1017 7 27° 熔融石英 1×1013 1×1016 4-5 50° 精细陶瓷 1.5×1016 5×1016 2-3 73° 有机玻璃 5×1016 5×1017 2 98° 聚苯乙烯 5×1017 5×1017 1-2 113° 聚四氟乙烯 相对湿度98% 相对湿度0% 莫氏硬度 湿润角 材料 固体电介质的击穿就是在电场作用下伴随着热、化学、力等等的作用而丧失其绝缘性能的现象 返回 一是固体介质的击穿强度比气体和液体介质高 二是固体通常总是在气体或液体环境媒质中 边缘效应 三是固体仙质的击穿一般是破坏性的，击穿后在试样中留下贯穿的孔道、裂纹等不可恢复的伤痕 对固体进行击穿试验时，击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体环境媒质中 当固体电介质承受的电压超过一定的数值VB时，就使其中相当大的电流通过，使介质丧失绝缘性能，这个过程就是电击穿 返回 EB=VB/d 击穿场强 EB被认为是介质承受电场作用能力的一种量度，是材料介电特性之一。 碰撞电离理论 在碰撞电离理论中，碰撞机制一般应考虑电子和声子的碰撞，同时也应该计及杂质和缺陷对自由电子的散射。若外加电场足够高，当自由电子在电场中获得的能量超过失去的能量时，自由电子便可在每次碰撞后积累起能量，最后发生电击穿。 雪崩理论 雪崩理论是在电场足够高时，自由电子从电场中获得的能量在每次碰撞后都能产生一个自由电子。因此往n次碰撞后就有2n个自由电子，形成雪崩或倍增效应。这些电子一方面向阳极迁移，一方面扩散，因而形成一个圆柱形空间，当雪崩或倍增效应贯穿两电极时，则出现击穿。 隧道击穿 当外电场足够高时，由于量子力学的隧道效应，禁带电子就可能进入导带。在强场作用下，自由电子被加速，引起电子碰撞电离。这种电子雪崩过程同样引起很大的电流，但这并不导致晶体的破坏。导致晶体击穿的原因是由于隧道电流的增加，晶体局部温度提高，致使晶体局部熔融而破坏。这个机理首先由齐纳提出的，因此称为齐纳击穿 ①固体介质的击穿场强往往取决于材料的均匀性；②大部分材料在交变电场下的击穿场强低于直流下的击穿场强。在高频下由于局部放电的加剧，使得击穿场强下降得更历害，并且材料的介电常数越大，击穿场强下降得越多；③无机电介质在高频下的击穿往往具有热的特征，发生纯粹电击穿的情况并不多见；④在室温附近，高分子电介的击穿场强往往比陶瓷等无机材料要大，并且极大性高聚物的击穿场强常常要比非极性的大；⑤在软化温度附近，热塑性高聚物的击穿场强急剧下降 当固体电介质在电场作用下，由电导和介质损耗的产生的热量超过试样通过传导、对流和辐射所能散发的热量时，试样中的热平衡就被破坏，试样温度不断上升，最终造成介质永久性的热破坏，这就是热击穿 返回 图6.13在电压作用下固体电介质的发热与散热曲线 固体电介质的热击穿判据 当发热曲线W1与散热