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陶瓷材料的介電性能講解（介電常數(shù)介質(zhì)損耗儀）
陶瓷材料的介電性能講解（介電常數(shù)介質(zhì)損耗儀）
介電陶瓷材料是指電阻率大于108?.m的陶瓷材料,，能承受較強(qiáng)的電場而不被擊穿。它具有較高的介電常數(shù),、較低的介質(zhì)損耗和適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)溫度系數(shù),。用于各類電容器,。
一、極化和介電常數(shù)
電介質(zhì)是指能在電場中極化的材料,。
電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象叫極化,。
在平板電容器中，其電容量C與平板的面積S,、板間距離d的關(guān)系,，即
C=εS/d, 式中ε為靜態(tài)介電常數(shù),顯然ε代表了板間電介質(zhì)的性能。
當(dāng)帶有電介質(zhì)的電容C與無電介質(zhì)（真空）的電容Co之比稱為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr,。
二,、電介質(zhì)的介電損耗
電介質(zhì)在外電場作用下，其內(nèi)部會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象,，這說明有部分電能已轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉,，這種介質(zhì)內(nèi)的能量損耗稱為介質(zhì)損耗。常用tgδ表示,，其值越大,，能量損耗也越大。 δ稱介電損耗角,，其物理意義是指在交變電場下電位移D與電場強(qiáng)度E的相位差,。
tgδ是所有應(yīng)用于交變電場中電介質(zhì)的重要的品質(zhì)指標(biāo)之一。介質(zhì)損耗越小越好,。
相對介電常數(shù)和介電損耗是電子陶瓷材料中的一個(gè)重要參數(shù),不同用途的陶瓷,對它們有不同的要求.
三,、介電陶瓷電容器
陶瓷電容器以其體積小、容量大,、結(jié)構(gòu)簡單,、優(yōu)良的高頻特性、品種繁多,、價(jià)格低廉,，便于批量生產(chǎn)而廣泛應(yīng)用于家用電器、通信設(shè)備,、工業(yè)儀器等領(lǐng)域,，是目前飛速發(fā)展的電子技術(shù)的基礎(chǔ)之一。
用于制造陶瓷電容器的介電陶瓷,，對材料有以下要求：
（1）介電常數(shù)應(yīng)盡可能高,；
（2）在高頻、高溫,、高壓及其他惡劣環(huán)境下,，陶瓷電容器性能穩(wěn)定可靠；
（3）介質(zhì)損耗要??；
（4）比體積電阻率高于1010Ω.m(絕緣電阻率通常大于 1010Ω.m ),可保證在高溫下工作;
（5）具有較高的介電強(qiáng)度,陶瓷電容器在高壓和高功率條件下,往往由于擊穿而不能工作,因此必須提高電容器的耐壓特性。
四,、陶瓷電容器的分類和特征
（1）非鐵電電容器陶瓷（Ⅰ型）,，其特點(diǎn)是高頻損耗小，介電常數(shù)隨溫度變化而呈線性變化,，又稱熱補(bǔ)償電容器陶瓷,；
（2）鐵電電容器陶瓷（Ⅱ型）,，其特點(diǎn)是介電常數(shù)隨溫度變化而呈非線性變化，而且介電常數(shù)很高,，又稱高介電常數(shù)陶瓷,；
（3）反鐵電電容器陶瓷（Ⅲ型），其特點(diǎn)是儲(chǔ)能密度高,，儲(chǔ)能釋放充分,，可用于儲(chǔ)能電容器
（4）半導(dǎo)體電容器陶瓷（Ⅳ型）
五、介電陶瓷材料及應(yīng)用
1,、溫度補(bǔ)償電容器用介電陶瓷
主要用于高頻振蕩電路中作為補(bǔ)償電容介質(zhì),，在性能上要求具有穩(wěn)定的電容溫度系數(shù)和低的介質(zhì)損耗。其性能見表3-2,。
以CaTiO3為例：具有較高的介電常數(shù)和負(fù)溫度系數(shù),，可以制成小型高容量的高頻陶瓷電容器。常見的配方為：
CaTiO3：99%,，ZrO2：1%,；燒結(jié)溫度為1360℃±20℃
工藝要求：采用氧化氣氛燒結(jié)；不易采用濕磨,；燒結(jié)溫度和時(shí)間控制好,，防止開裂。
除CaTiO3外,材料體系還有: MgTiO3, SrTiO3
MgTiO3-SrTiO3, CaTiO3-SrTiO3-Bi2O3-TiO2,
CaTiO3-La2O3-TiO2, BaTiO3-Nd2O3-TiO2,
CaTiO3-La2O3-Bi2O3TiO2,
BaTiO3-SrTiO3-La2O3-TiO2,
2,、熱穩(wěn)定型電容器陶瓷材料
分為高頻熱穩(wěn)定電容器陶瓷和微波介電陶瓷,。
（1）高頻熱穩(wěn)定電容器陶瓷
其主要特點(diǎn)是介電常數(shù)的溫度系數(shù)的絕對值很小，有的甚至接近于零,。
如：MgTiO3瓷,，,介電損耗低,溫度系數(shù)的絕對值小,且原料豐富,成本低，但燒結(jié)溫度較高（~1450℃）,，難以控制,。
典型配方為：菱鎂礦71%、TiO2 24%,、蘇州土3%,、膨潤土2%，CaF2 0.45%
（2）微波介電陶瓷
微波介電陶瓷主要用于制作微波電路元件,，在微波濾波器中用作介質(zhì)諧振器,。評價(jià)微波介電陶瓷材料的主要參數(shù)是介電常數(shù)、品質(zhì)因素和諧振頻率溫度系數(shù),。
要求具有以下性能：適當(dāng)大小的介電常數(shù),，且值穩(wěn)定；介電損耗??；有適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)溫度系數(shù),；熱膨脹系數(shù)小。
其研究體系有：MgO-CaO-TiO2
MgO-La2O3-TiO2
ZrO2-SnO2-TiO2
Ba（Zn1/3Ta2/3）O3-Ba（Zn1/3Nb2/3）O3
Ba（Ni1/3Ta2/3）O3-Ba（Zr0.04Zn0.32Nb0.64）O3
微波陶瓷材料的研究進(jìn)展：
（1）新材料系統(tǒng)相圖的研究,，晶體結(jié)構(gòu)和微波介電性能的關(guān)系的研究,，化合物形成的機(jī)理及動(dòng)力學(xué)研究；
（2）材料摻雜改性技術(shù)的研究
（3）材料制備工藝技術(shù)的研究
（4）低燒材料的開發(fā)研究
（5）工程化生產(chǎn)技術(shù)研究
（6）器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),、性能的優(yōu)化及測試技術(shù)的研究
（7）器件多層片式化的技術(shù)
（3）高介電常數(shù)電容器用陶瓷（新型電容器陶瓷材料）
分為：高溫?zé)Y(jié)型（1300℃以上）、中溫?zé)Y(jié)型（1000~1250℃）,、低溫?zé)Y(jié)型（低于900℃）
A,、低溫?zé)Y(jié)型：
典型的體系有：Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-Bi2O3
Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3-Pb（Cd1/2W1/2）O3
PMN是系統(tǒng)中的主晶相,是復(fù)合鈣鈦礦型的鐵電體,其居里溫度為-15℃。居里溫度的介電常數(shù)為12600,，室溫的介電常數(shù)為8500,，常溫的tgδ<100×10-4。在不同頻率的弱電場作用下,，介電常數(shù)與tgδ隨溫度的變化而變化,，隨著頻率的增加，居里點(diǎn)向高溫方向移動(dòng),，同時(shí)介電常數(shù)下降,，而tgδ增大。
雖然PMN具有高的介電常數(shù),，tgδ也較小,，成瓷溫度在1050~1100℃，可用來制作低溫?zé)Y(jié)獨(dú)石電容器,。但缺點(diǎn)是居里溫度和負(fù)溫?fù)p耗較大,。為此，通常使用PbTiO3做為移峰劑,。
由于PbTiO3的加入沒有改變燒成溫度,，顯然不能與銀電極配合，因此需要引入助熔劑,，使瓷料燒成溫度降至900℃,，通常加入Bi2O3作為助熔劑。 Bi2O3的熔點(diǎn)為820℃,，以便與MgO,、PbO形成低共熔物，在低溫下出現(xiàn)液相,，降低瓷料的燒結(jié)溫度,。
典型的配方為：
0.96Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-0.14PbTiO3-0.04Bi2O3
Pb（Mg1/3Nb2/3）O3的合成：
一步合成法：
PbO+MgO+Nb2O5 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
+Pb3Nb4O13 （焦綠石相）
采用的措施：
二次合成法：
MgO+ Nb2O5 1000℃ MgNb2O6
MgNb2O6+ 3 PbO Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
CMO法的固相反應(yīng)機(jī)理是：
3PbO + 2Nb2O5 P b3Nb4O13（P3N2） （550℃～750℃）
P3N2 +1/3MgO + PbO + PT PMN-PT + P3N2（800℃～900℃）
添加BaTiO3、PbTiO3等添加劑：
BaTiO3(BT)：6—7
SrTiO3(ST)： 9—10
PbTiO3(PT)：30—40
PbZrO3(PZ)：55—60
熔鹽法：
MSS法中固態(tài)反應(yīng)機(jī)理是：
3PbO + Nb2O5 Pb3Nb2O8（P3N） （～550℃）
P3N（Pb2Nb4/3O16/3）+ 2/3MgO Pb2Nb4/3Mg2/3O6
（～650℃）
2P3N P3N2 +3PbO （～650℃）
Pb2Nb4/3Mg2/3O6 + PT PMN-PT （～700℃）
1/6P3N2 + 1/3MgO + 1/2PbO + PT PMN-PT
(～800℃)
用MSS法制備PMN-PT陶瓷時(shí),，主要形成了一個(gè)富Pb的,、缺B位,、不穩(wěn)定的焦綠石相P3N，Mg2+很容易占據(jù)Nb5+的空位形成立方焦綠石相Pb2Nb4/3Mg2/3O6,，而
Pb（Mg1/3Nb2/3）O3是立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu),，因此，很容易發(fā)生轉(zhuǎn)變,。
關(guān)鍵詞：陶瓷材料介電常數(shù)介質(zhì)損耗儀 介電性能測試儀 介電常數(shù)測試儀 介質(zhì)損耗因數(shù)測試儀
