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电介质陶瓷
阅读:11198时间:2011-01-25 10:02:39

  电介质即是绝缘体,楷体电介质陶瓷即是指电阻率大于108(8次方)Ωm的陶瓷材料,能承受较强的电场而不被击穿。陶瓷的介电性能决定于感应极化的产生及其随时间的建立 过程,而介电常数随频率和温度的变化是决定电介质应用 的重要因素。

一般特性

  1)电绝缘与极化

  电介质陶瓷中的分子正负电荷彼此强烈地束缚,在弱电场的作用下,虽然正电荷沿电场方向移动,负电荷逆电场方向移动,但它们并不能挣脱彼此的束缚而形成电流,因而具有较高的体积电阻率,具有绝缘性。由于电荷的移动,造成了正负电荷中心不重合,在电介质陶瓷内部形成偶极距,产生了极化。

  2)极化与介电损耗

  电介质陶瓷的另一特性是介电损耗。任何电介质在电场作用下,总会或多或少的把部分电能转变成热能使介质发热,在单位时间内因发热而消耗的能量称为损耗功率或简称介电损耗。

性能分类

  电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用,评价其特性主要指标有体积电阻率、介电常数和介电损耗等参数。根据这些参数的不同,可把电介质陶瓷分为电绝缘陶瓷即装置陶瓷和电容器陶瓷。按性质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。

  1)电绝缘陶瓷

  电绝缘陶瓷又称为装置陶瓷,是在电子设备中作为安装、固定、支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电子原件及器件的陶瓷材料。具有以下性质;a 高的体积电阻率,b 介电常数小 ,c 高频电场下的介电损耗要小,   d 机械强度高 ,e 良好的化学稳定性

  2) 电容器陶瓷

  根据陶瓷电容器所采用陶瓷材料的特点,电容器分为温度补偿,温度稳定,高介电常数和半导体系四种类型。

  若按制造这些陶瓷电容器的材料性质也可分为四大类。第一类为非铁电电容器陶瓷,其特点是高频损耗小,在使用的温度范围内介电常数随温度变化而呈线性变化。因此又称热补偿电容器陶瓷。第二类为铁电电容器陶瓷,其特点是介电常数呈非线性且值高。又称强介电常数电容器陶瓷。第三类为反铁电电容器陶瓷。第四类为半导体电容器陶瓷。

  楷体用于制造电容器的陶瓷材料在性能上有如下要求;

  ①  介电常数应尽可能高。介电常数越高,陶瓷电容器的 体积可以做得越小。

  ②  在高频、高温、高压以及其它恶劣环境下稳定可靠。

  ③  介质损耗角正切值小。这样可以在高频电路中充分发挥作用,对于高功率陶瓷电容器,能提高无功功率。

  ④  比体积电阻高于1010Ωm,这样可保证在高温下工作。

  ⑤  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。因此提高它的耐压性能,对充分发挥陶瓷的功能有重要的作用。

  3)压电陶瓷

  概念: 压电效应 、热释电效应、铁电效应

  电介质陶瓷中的第三大类即为压电陶瓷,它包括压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷三种。

生产特点

  1)电绝缘陶瓷的生产特点

  电绝缘陶瓷的性能,主要强调三个方面,即高体积电阻率、低介电常熟和低介电损耗。除此之外,还要求具有一定的机械强度。

  陶瓷材料是晶相、玻璃相及气相组成的多相系统,其电学性能主要取决于晶相和玻璃相的组成和结构,尤其是晶界玻璃相中的杂质浓度较高,且在组织结构形成连续相,所以陶瓷的电绝缘性和介电损耗性主要受玻璃相的影响。

  通常陶瓷材料的导电机制为离子导电。离子导电又可分为本征离子导电、杂质离子导电和玻璃离子导电。要获得高体积电阻率的陶瓷材料,必须在工艺上考虑以下几点;

  ① 选择体积电阻率高的晶体材料为主要相。② 严格控制配方,避免杂质离子,尤其是碱金属和碱土金属离子的引入,在必须引入金属离子时,充分利用中和效应和压抑效应,以降低材料中玻璃相的电导率。③ 由于玻璃的电导活化能小,因此应尽可能控制玻璃相的数量,甚至达到无玻璃相烧结。④ 避免引入变价金属离子,以免产生自由电子和空穴,引起电子式导电,使电性能恶化。⑤ 严格控制温度和气氛,以免产生氧化还原反应而出现自由电子可空穴。⑥ 当材料中已引入了产生自由电子或空穴的离子时,可引入另一种产生空穴或自由电子的不等价杂质离子,以消除自由电子和空穴,提高体积电阻率这种方法称作杂质补偿。

  另外,对于绝缘陶瓷还要求低介电损耗,陶瓷损耗的 主要来源是漏导损耗、松弛质点的极化损耗及结构损耗。因此,降低材料的介电损耗主要从降低漏导损耗和极化损耗入手:

  ① 选择合适的主晶相。② 在改善主晶相性质时尽量避免产生缺位固溶体或填隙固溶体,最好形成连续固溶体。③ 尽量减小玻璃相含量。④ 防止产生多晶转换,因为多晶转变时晶格缺陷多,电性能下降,损耗增加。⑤ 注意烧结气氛,尤其对含有变价离子的陶瓷的烧结。⑥ 控制好最终烧结温度,使产品“正烧”。

应用

  电介质陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛的应用。

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