先进陶瓷材料及进展高介电容器瓷资料.ppt

7.1概述7.2电容器瓷的介电特性7.3高频电容器瓷的主要原料7.4中高压陶瓷电容器瓷,第七章高介电容器瓷,1、对电容器瓷的一般要求：、介电系数大，以制造小体积、重量轻的陶瓷电容器，电容器体积整机体积、重量、介质损耗小，tg=（16）10-7，保证回路的高Q值。高介电容器瓷工作在高频下时、tg。、对I类瓷，介电系数的温度系数要系列化。对II类瓷，则用随温度的变化率表示（非线性）。,I类瓷,II类瓷,7-1概述,、体积电阻率v高（v1012cm）为保证高温时能有效工作，要求v高、抗电强度Ep要高a、小型化，使=V/db、陶瓷材料的分散性，即使0+0的瓷料获得0的瓷料。,7-2电容器瓷的介电特性,金红石型和钙钛矿型结构的陶瓷具有特殊的结构，离子位移极化后，产生强大的局部内电场，并进一步产生强烈的离子位移极化和电子位移极化，使得作用在离子上的内电场得到显著加强，故大。钛酸锶铋也是利用SrTiO3钙钛矿型结构的内电场，而加入钛酸铋等，使之产生锶离子空位，产生离子松弛极化，从而使增大。,7-2-4产生高介电系数的原因,7-2电容器瓷的介电特性,低温下高频电容器瓷的tg较小，但在一定的频率下，当温度超过某一临界温度后，由离子松弛极化和电子电导所引起的大量能量损耗，使材料的介质损耗急剧地增大。另外：TiO2的二次再结晶，破坏晶粒的均匀度，使材料的机械性能和介电性能恶化；Ti7+Ti3+tg,7-2-5含钛陶瓷的介质损耗,7-2电容器瓷的介电特性,7-3-1热补偿电容器瓷7-3-2热稳定电容器瓷7-3-3温度系数系列化的电容器瓷,7-3高频电容器瓷的主要原料,定义：具有很大的负值，用来补偿振荡回路中电感的正温度系数，以使回路的谐振频率保持稳定。1、金红石瓷：8090，：-750-85010-6/2、钛酸钙瓷：150160：-230010-6/(-60120)-(15001600)10-6/(+2080),7-3-1热补偿电容器瓷,7-3高频电容器瓷的主要原料,1、金红石瓷(1)TiO2的结构(2)钛离子变价及防止措施(3)用途,7-3高频电容器瓷的主要原料,TiO2的结构rTi4+=0.68A，rO2-=1.70A，r+/r-=0.768形成TiO6八面体Ti4+取六配位，用电价规则算得每个O2-离子为三个TiO6八面体共用。自然界中TiO2有三种晶型（同质异型体），其性能特点如下：,7-3高频电容器瓷的主要原料,7-3高频电容器瓷的主要原料,由此可见，金红石结构最稳定、最紧凑、介电系数最大、性能最好，锐钛矿最差。然而，工业用TiO2主要是锐钛矿和微量的金红石，因此，必须在12001300氧化气氛中预烧，使TiO2全部转变为金红石结构，同时也使产品在烧结时不致因晶型转变、体积收缩过大而变形或开裂。,7-3高频电容器瓷的主要原料,(2)钛离子变价及防止措施钛原子的电子排布：1s22s22p63s23p67s23d2，7s的能级比3d稍低，3d层的电子容易失去，可为Ti4+、Ti3+、Ti2+，可见Ti4+易被还原（Ti4+eTi3+=Ti4+ee-弱束缚电子）,7-3高频电容器瓷的主要原料,Ti4+Ti3+的原因：a、烧结气氛b、高温热分解：c、高价（5价）杂质：d、电化学老化,7-3高频电容器瓷的主要原料,还原气氛夺去TiO2的O2-，使晶格出现,a、烧结气氛,7-3高频电容器瓷的主要原料,b、高温热分解,烧成温度过高，尤其在超过1700时，TiO2脱氧严重，即产生高温分解。,7-3高频电容器瓷的主要原料,Ti4+、Nb5+、Ta5+、Sb5+半径相近，5价离子取代Ti7+形成置换固溶体多余一个价电子,c、高价（5价）杂质,7-3高频电容器瓷的主要原料,金红石瓷在使用过程中，长期工作在高温、高湿、强直流电场下，表面、界面、缺陷处活性大的O2-离子向正极迁移，到达正极后，氧分子向空气中逸出，留下氧空位，是不可逆过程。银电极在高温高湿、强直流电场下：Ag-eAg+，Ag+迁移率大，进入介质向负极迁移,d、电化学老化,7-3高频电容器瓷的主要原料,防止Ti4+Ti3+的措施：,采用氧化气氛烧结：抑制还原加入添加剂：降低烧结温度，抑制高温失氧再氧化过程：在低于烧结温度2070，强氧化气氛回炉掺入低价杂质（受主）：抑制高价杂质加入La2O3等稀土氧化物：改善电化学老化特性加入ZrO2：阻挡电子定向移动，阻碍Ti7+变价,7-3高频电容器瓷的主要原料,(3)用途电容器介质：由于-tg与温度、频率有关，适宜于工作在低温高频下（0，热稳定性较差。我国有丰富的La2O3原料，研究与制造温度系数可系列化的镁镧钛（MgO-La2O3-TiO2）系陶瓷是很有意义的。,7-3高频电容器瓷的主要原料,7-3高频电容器瓷的主要原料,四种晶相的性能如下表：,因此，MgOTiO2La2O3TiO2TiO2系的性能为：,7-3高频电容器瓷的主要原料,tgEc时，出现双电滞回线，表明由稳态的反铁电相转变为暂稳态的铁电相，这是一个储存电能的过程，当E或取消时，暂稳态铁电相转变为稳定态的反铁电相，