电子陶瓷第五讲课件

1、电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质总体上说，电介质的极化包含以上各部分的总体上说，电介质的极化包含以上各部分的和，即电介质总的极化率为：和，即电介质总的极化率为： sie0电子陶瓷第五讲工频声频无线电频率红外紫外频率 f 界面极化 松弛极化 离子位移极化 电子位移极化电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质1.4 多相陶瓷材料的介电性能多相陶瓷材料的介电性能 一、混合物法则一、混合物法则 由成分、结构、化学组成等不同的晶体由成分、结构、化学组成等不同的晶体所组成的多相陶瓷材料所组成的多相陶瓷材料 设只有两相组成陶瓷：设只有两相组成陶瓷： kkkxx2211电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性

2、质 x x1 1、x x2 2为体积分数为体积分数 1 1、 2 2为介电常数为介电常数 并联时：并联时： k=1 串联时：串联时： k=-1 混合分布：混合分布：k0电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 212211111dkxdkxdkkkk2211lnlnlnxx2221110dxdxdk 时：当电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质当介电常数为的球形颗粒分布在介电常数当介电常数为的球形颗粒分布在介电常数为的基相中，有：为的基相中，有：dmdmddmdmmxxxx)()(332332电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 二、介电常数的温度系数二、介电常数的温度系数 介电常数的温度系数

3、介电常数的温度系数介电常数随介电常数随温度变化而产生的相对变化率：温度变化而产生的相对变化率： dTdTK1电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 可以用实验的方法测试可以用实验的方法测试TK : : ）（初末初初末初TTTTK电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质不同的极化机制，有不同的不同的极化机制，有不同的TK :对对电子式极化电子式极化：T上升上升， 降低，极化强度下降，降低，极化强度下降， TK 为负为负；对对离子式极化离子式极化：T上升上升，离子极化率增加，离子极化率增加，TK 为正为正。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 不同的应用，要求不同的应用，要求TK 不同：不同：如

4、滤波旁路和隔直流的电容器，如滤波旁路和隔直流的电容器， TK 0 热补偿电容器，热补偿电容器，TK 0的材料中加入适量的的材料中加入适量的TK 0材料，可以达到材料，可以达到TK =0目的。目的。如微波通信、卫星通信、航空航天器件等。如微波通信、卫星通信、航空航天器件等。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质2、介质损耗介质损耗 陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消陶瓷介质在电导和极化过程中有能量消耗，一部分电场能转变为热能。单位时间耗，一部分电场能转变为热能。单位时间内消耗的电能叫介质损耗。内消耗的电能叫介质损耗。 在直流下，介质损耗仅由电导引起，在直流下，介质损耗仅由电导引起，电导率就能表示

5、介质损耗的大小。单位体电导率就能表示介质损耗的大小。单位体积的介质损耗积的介质损耗p与电场与电场E的关系为：的关系为： p=E2 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 即电场强度一定时，介质损耗与电导率成即电场强度一定时，介质损耗与电导率成正比。正比。在交流下，在交流下，电导电导和和极化极化共同引起介质损耗，共同引起介质损耗，可利用有损耗介质构成的电容器等效电路可利用有损耗介质构成的电容器等效电路来研究。有耗电容器等效电路由一理想电来研究。有耗电容器等效电路由一理想电容器（无耗电容器）和一纯电阻并联或串容器（无耗电容器）和一纯电阻并联或串联组成，如图所示。联组成，如图所示。 电子陶瓷第五讲

6、有耗电容器等效电路示意图有耗电容器等效电路示意图电子陶瓷第五讲 矢量图中的矢量图中的角称为角称为损耗角损耗角，它是有耗电，它是有耗电容器中电流超前电压的相位容器中电流超前电压的相位角与无耗电容角与无耗电容器的相位角器的相位角90之间的差值。之间的差值。电子陶瓷的损耗角一般都小于电子陶瓷的损耗角一般都小于1。由前图。由前图的并联电路得：的并联电路得： tg=IR/Ic=1/ CPRP 式中：式中： 为角频率；为角频率；Cp为等效并联电容；为等效并联电容； Pp为等效并联电阻。为等效并联电阻。 第四章 电子陶瓷基本性质电子陶瓷第五讲 由串联电路得由串联电路得 tg=U=UR R/U/Uc c= C

7、SRS 式中式中 CS为等效串联电容；为等效串联电容；Rs为等效串联为等效串联电阻。电阻。所以所以:1/CPRP= CSRS 第四章 电子陶瓷基本性质电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 tg又可以表示为：又可以表示为： tg= Pe/P 式中式中 Pe为有功功率。即介质损耗的功率；为有功功率。即介质损耗的功率；Pe为无功功率。为无功功率。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 tg的具体意义是有耗电容器每周期消的具体意义是有耗电容器每周期消耗的电能与其所储存电能的比值耗的电能与其所储存电能的比值。 tg经常用来表示介质损耗的大小。应经常用来表示介质损耗的大小。应该注意，用该注意，用tg表

8、示介质损耗时必须同时指表示介质损耗时必须同时指明测量（或工作）频率。因为介质损耗：明测量（或工作）频率。因为介质损耗： Pe = Pe tg=CtgU2 单位体积的介质损耗为：单位体积的介质损耗为： 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质p=tg E2 可见，可见，介质损耗介质损耗与与频率频率有关。有关。式中式中tg称损耗因数，在外界条件一定时，称损耗因数，在外界条件一定时，它是介质本身的特定参数。它是介质本身的特定参数。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质式中式中tg称称等效电导率等效电导率，它不是常数。，它不是常数。频率高时，频率高时，tg增大，介质损耗增大。增大，介质损耗增大。因此，

9、工作在高频高功率下的介质，要求损因此，工作在高频高功率下的介质，要求损耗小，耗小，tg必须在控制很小的范围。必须在控制很小的范围。一般一般高频介质高频介质tg应小于应小于610-4， 高频率高功高频率高功率介质率介质tg应小于应小于310-4。可见生产上控制。可见生产上控制tg是很重要的。是很重要的。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 介质的介质的tg对湿度很敏感。受潮的试样对湿度很敏感。受潮的试样tg急剧增大。试样吸潮越严重，急剧增大。试样吸潮越严重，tg增大越增大越厉害，常利用此性质来判断瓷体烧结的好厉害，常利用此性质来判断瓷体烧结的好坏。坏。 介质损耗介质损耗对化学组成、相组成、结构

10、等对化学组成、相组成、结构等因素很敏感，凡是影响电导和极化的因素因素很敏感，凡是影响电导和极化的因素都影响介质损耗。都影响介质损耗。电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质介电损耗介电损耗tg的物理意义是在交变电场作用下的物理意义是在交变电场作用下电介质的电位移矢量电介质的电位移矢量D与电场强度与电场强度E之间的相之间的相位差。位差。 EPED00r)exp(0tiEE )(exp0tiDD电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质介电常数表为一复数：介电常数表为一复数： icosrsinr 电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质介电常数介电常数的的实部实部反映了电介质储存电荷的能力，反映了电

11、介质储存电荷的能力，虚部虚部反映了电介质在电荷移动过程中引起的电反映了电介质在电荷移动过程中引起的电场能量损耗，它们均与电场频率有关。场能量损耗，它们均与电场频率有关。电介质的损耗多来自电介质的损耗多来自漏电损耗：漏电损耗： 极化损耗极化损耗。 电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质 漏电损耗漏电损耗是因为电介质的直流电导损耗以及是因为电介质的直流电导损耗以及由于离子迁移受阻和偶极子弛豫损耗而引起能由于离子迁移受阻和偶极子弛豫损耗而引起能量的损失。量的损失。极化损耗极化损耗是因为材料中电子和离子的非弹性位是因为材料中电子和离子的非弹性位移引起的。移引起的。电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本

12、性质22)()( m tg电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质 在交变电场作用下，不同极化机制对外电场在交变电场作用下，不同极化机制对外电场的响应不同，或者说存在的响应不同，或者说存在频率色散频率色散，介质中，介质中的极化是一些弛豫过程。的极化是一些弛豫过程。极化过程需要经历一段时间达到平衡态，存极化过程需要经历一段时间达到平衡态，存在有介电损耗。在有介电损耗。静态介电常数静态介电常数与与动态介电常数动态介电常数不相同不相同。电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质 考虑单一弛豫的极化过程，引入衰减函数考虑单一弛豫的极化过程，引入衰减函数 s 、分别为材料极低频和极高频介电常数分别为材料极

13、低频和极高频介电常数的实部，的实部，代表偶极子弛豫时间，它与偶极代表偶极子弛豫时间，它与偶极子的惰性及基体的粘滞性有关。子的惰性及基体的粘滞性有关。 ttsexp)(电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质 Debye曾经提出一个模型，对于永久偶极矩曾经提出一个模型，对于永久偶极矩为为的点偶极子，如果分布均匀，其复数介的点偶极子，如果分布均匀，其复数介电常数可写为：电常数可写为：上式称为上式称为Debye方程，遵从该方程的效应称方程，遵从该方程的效应称为为Debye弛豫。弛豫。 is1)(电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基本性质 221)(s221)()( s电子陶瓷第五讲 第四章 电子陶瓷基

14、本性质 如果弛豫时间不止一个，设如果弛豫时间不止一个，设F()为其分布函为其分布函数，那么有：数，那么有： 0221)(d)()()(Fs 0221)(d)()()(Fs01d)(F电子陶瓷第五讲3、 阻抗与导纳阻抗与导纳一、阻抗一、阻抗 对一单口网络，端口电压相量与电流相量之对一单口网络，端口电压相量与电流相量之比，定义为该网络的阻抗比，定义为该网络的阻抗Z。 IUZ 上式定义为上式定义为欧姆定律的相欧姆定律的相量形式。量形式。即即 ： 单位单位 无源单口网络无源单口网络的电路模型：的电路模型：+ UN_ I(a) I+ U_Z(b)电子陶瓷第五讲2、阻抗、阻抗Z 取决于网络结构、元件参数和

15、电源的取决于网络结构、元件参数和电源的 频率。频率。RZRLLXLZjj 3、阻抗、阻抗Z是一个复数。是一个复数。对于阻抗需要说明以下几点：对于阻抗需要说明以下几点：1、单一元件、单一元件R、L、C的阻抗分别为：的阻抗分别为：ZIUIUZiu式中：式中：IUZ iu CCXcZj1j电子陶瓷第五讲XRZZj 实部实部R：电阻分量电阻分量 虚部虚部X：电抗分量电抗分量（直角坐标形式）（直角坐标形式）式中，式中，（可正可负）（可正可负） ZXR阻抗三角形阻抗三角形RXarctan 22XRZ cosZR sinZX 电子陶瓷第五讲 IXRIZUj RU与与 同相同相 I XU与与 相差相差2 I电

16、压三角形电压三角形+ UN_ IIUZXRUUIXIR j I+ U_RXj+_+_RUXUI UUR UX相量图相量图 UURUX)0( X串联等效电路串联等效电路电子陶瓷第五讲）（00 X 阻抗性质为阻抗性质为阻性阻性，电路为电，电路为电阻性电路或阻性电路或谐振谐振电路。电路。阻抗性质为阻抗性质为感性感性，电路为电感性电路。，电路为电感性电路。4、由于电路结构、参数或电源频率的不同阻抗、由于电路结构、参数或电源频率的不同阻抗角角 可能会出现以下三种情况：可能会出现以下三种情况： )0(0 X )0(0 X 阻抗性质为阻抗性质为容性容性，电路为电，电路为电容性电路。容性电路。jXRZZ RX

17、arctan I UUR UX容性相量图容性相量图电子陶瓷第五讲GRYR 1LLBjLjLjY 11 如果单口无源网络，端口上电压相量和电流如果单口无源网络，端口上电压相量和电流相量参考方向一致，其导纳定义为相量参考方向一致，其导纳定义为对导纳说明以下几点：对导纳说明以下几点： UIY其中导纳其中导纳Y的单位是的单位是西西门子门子（S）1、单一元件、单一元件R、L、C的导纳分别为：的导纳分别为： I+ U_Y二、导纳二、导纳电子陶瓷第五讲UIY ui 2、单口网络的、单口网络的Y由由网络结构网络结构、元件参数元件参数和和电源电源 的频率的频率决定。决定。 3、导纳、导纳Y是一个复数是一个复数)

18、uiUIUIYY （CCjBcjcjY11上式：上式：称为称为导纳角导纳角，它是电流和电压的相位差。，它是电流和电压的相位差。 电子陶瓷第五讲BGIIUjBUGUjBGUYI )（同同相相。与与，相相差差与与UIUIGB2 jBGY （直角坐标形式）（直角坐标形式）实部实部G：电导分量电导分量虚部虚部B：电纳分量电纳分量单口无源网络的单口无源网络的并联等效电路并联等效电路（ 正值）正值）（可正可负）（可正可负）+_ BI UjB I GIG电子陶瓷第五讲导纳性质为导纳性质为阻性阻性，电路为电阻性电路或，电路为电阻性电路或谐振谐振电路。电路。导纳性质为导纳性质为感性感性，电路为电感性电路。，电路

19、为电感性电路。导纳性质为导纳性质为容性容性，电路为电容性电路。，电路为电容性电路。)0(0 B )0(0 B )0(0 B 4、由于电路结构、参数或电源频率的不同由于电路结构、参数或电源频率的不同导纳角导纳角 会出现以下三种情况：会出现以下三种情况：电子陶瓷第五讲1、形式形式Z、Y之间的等效互换之间的等效互换2、形式形式Z、Y间的等效互换间的等效互换若若 ZZ则则 YZ1即即：YZ1 (1) 已知已知 Z=R+jX jBGZY 1则则：22XRRG 22XRXB 由单口无源网络的阻抗由单口无源网络的阻抗Z和导纳和导纳Y的定义可的定义可知，对于同一单口无源网络知，对于同一单口无源网络Z与与Y互为

20、倒数，即互为倒数，即YZ1 ZY1 或或电子陶瓷第五讲(2) 已知已知 Y=G+jB ，求等效阻抗求等效阻抗 ZjXRYZ 1（推导过程略）（推导过程略）22BGGR 22BGBX 其中：其中： 注意：注意：RG1 XB1 电子陶瓷第五讲 nkkZZ1n个阻抗串联：个阻抗串联：两个阻抗串联电路的分压公式：两个阻抗串联电路的分压公式：UZZZU2111 UZZZU2122 nZZZZZ 321ZZ1Z2Zn+ Z1Z2+ + U1U2U四、无源网络的等效变换四、无源网络的等效变换 1、单口无源网络中各阻抗为、单口无源网络中各阻抗为串联串联时，时，等效等效阻抗阻抗为：为：一般一般电子陶瓷第五讲 n

21、kkZZ111两个阻抗并联时，等效阻抗为：两个阻抗并联时，等效阻抗为：IZZZI2121 IZZZI2112 分流公式为：分流公式为：2121ZZZZZ n个电阻并联：个电阻并联：注意：注意：一般一般21III ZZ1Z2Zn +Z1IUZ21I2I 2、单口无源网络中各阻抗为、单口无源网络中各阻抗为并联并联时，时，等效等效阻抗阻抗为：为： nkkYY1或或电子陶瓷第五讲使用以上公式时使用以上公式时注意注意以下几点：以下几点：熟记熟记基本元件的阻抗和导纳。基本元件的阻抗和导纳。 同一元件或同一端口的同一元件或同一端口的阻抗阻抗和和导纳导纳互为互为倒数倒数。 一般来讲，以上各公式中的阻抗和导纳用

22、各一般来讲，以上各公式中的阻抗和导纳用各自的模表示时，各等式不成立。自的模表示时，各等式不成立。 和电阻电路中的分压、分流公式相同，在使和电阻电路中的分压、分流公式相同，在使用时，要用时，要注意符号与参考方向的关系。注意符号与参考方向的关系。nZZZZZ 321例：例：电子陶瓷第五讲阻抗分析仪和阻抗分析仪和LCR表是非常通用的测量器件表是非常通用的测量器件的电子仪器。根据阻抗范围和频率范围的不的电子仪器。根据阻抗范围和频率范围的不同，有一系列不同原理的仪器来满足测试要同，有一系列不同原理的仪器来满足测试要求。求。图图1是不同阻抗范围和不同频率范围的阻抗测是不同阻抗范围和不同频率范围的阻抗测量方

23、法。量方法。 五、阻抗的测试五、阻抗的测试电子陶瓷第五讲 阻抗测试方法阻抗测试方法电子陶瓷第五讲图图2是自动平衡电桥法的原理框图。是自动平衡电桥法的原理框图。通过精确测量加载到被测件通过精确测量加载到被测件DUT的电压和电流的电压和电流，从而精确测量出，从而精确测量出DUT阻抗值。阻抗值。从图从图2中可以看出：中可以看出：通过通过DUT的电流等于通过电阻的电流等于通过电阻Rr的电流，的电流，而通过而通过Rr的电流可以通过测量的电流可以通过测量V2计算出来。计算出来。 电子陶瓷第五讲 自动平衡电桥法自动平衡电桥法电子陶瓷第五讲通常，在低频（通常，在低频（100KHz）的）的LCR表里，使用表里，

24、使用一个简单的运算放大器作为一个简单的运算放大器作为I-V转换器，缺点转换器，缺点是运算放大器的频响在高频段较差。是运算放大器的频响在高频段较差。对于频率高于对于频率高于1MHz的的LCR表表或或阻抗分析仪阻抗分析仪，I-V转换器由精密的零位检测器，相位检测器转换器由精密的零位检测器，相位检测器和积分器（环路滤波）组成。这种仪器可以测和积分器（环路滤波）组成。这种仪器可以测量高达量高达110MHz的频率范围。的频率范围。电子陶瓷第五讲图图3是是RF I-V法法原理框图。原理框图。RF I-V法是法是I-V技术在高频范围的扩展，可技术在高频范围的扩展，可以测量高达以测量高达3GHz频率范围的阻抗

25、值。频率范围的阻抗值。RF I-V电路和路径必须仔细设计，以确保电路和路径必须仔细设计，以确保能够以能够以50ohm阻抗阻抗与被测件与被测件OUT相连。相连。 电子陶瓷第五讲RF IV法法电子陶瓷第五讲如果连接路径的阻抗不是如果连接路径的阻抗不是50ohm，不想要，不想要的反射将发生，将导致电流和电压的测量的反射将发生，将导致电流和电压的测量误差增大。误差增大。RF I-V法细分为法细分为高阻高阻和和低阻低阻两种测量模式两种测量模式。实际上，测量仪器保持不变，只是改变。实际上，测量仪器保持不变，只是改变测试头，达到两种测量模式的要求。高阻测试头，达到两种测量模式的要求。高阻测量模式，测试电流很

26、小，为了正确的探测量模式，测试电流很小，为了正确的探测电流，电流探头要尽量靠近测电流，电流探头要尽量靠近DUT；低阻；低阻测量模式，为了灵敏的得到电压值，电压测量模式，为了灵敏的得到电压值，电压探头要尽量靠近探头要尽量靠近OUT。电子陶瓷第五讲 电子陶瓷第五讲网络反射法即是网络反射法即是网络分析仪网络分析仪方法方法 网络分析仪是通过测定网络的反射参数和网络分析仪是通过测定网络的反射参数和传输参数，从而对网络中元器件特性的全部参传输参数，从而对网络中元器件特性的全部参数进行全面描述的测量仪器，用于数进行全面描述的测量仪器，用于实现对线性实现对线性网络的频率特性测量网络的频率特性测量。 网络分析仪

27、能够完成反射、传输两种基本网络分析仪能够完成反射、传输两种基本测量，从而确定几乎所有的网络特性，测量，从而确定几乎所有的网络特性，S参数参数是其中最基本的特性。是其中最基本的特性。 电子陶瓷第五讲 标量网络分析仪标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信：只测量线性系统的幅度信息；息；矢量网络分析仪矢量网络分析仪：可同时进行幅度传输特性：可同时进行幅度传输特性和相位特性测量。和相位特性测量。 电子陶瓷第五讲系统组成原理系统组成原理 基本的网络分析仪主要由信号源、基本的网络分析仪主要由信号源、S参参量测量装置及矢量电压表组成。量测量装置及矢量电压表组成。 12参参考考信信道道R测测试试信信道道T信信

28、号号源源S参参量量测测量量装装置置被被测测网网络络矢矢量量电电压压表表电子陶瓷第五讲信号源：向被测网络提供入射信号或激励向被测网络提供入射信号或激励；S参量测量装置参量测量装置：实际上是反射测量电路：实际上是反射测量电路与传输测量电路的组合，首先将入射、反与传输测量电路的组合，首先将入射、反射及传输信号分离开，然后通过转换开关射及传输信号分离开，然后通过转换开关分别进行测量；分别进行测量；矢量电压表矢量电压表：测量入射、反射和传输信号：测量入射、反射和传输信号的幅值及它们之间的相位差。也可以通过的幅值及它们之间的相位差。也可以通过幅相接收机实现此功能。幅相接收机实现此功能。 电子陶瓷第五讲标量

29、网络分析仪 a1为入射波、为入射波、b1为反射波、为反射波、b2为传输波，它为传输波，它们的测量通道分别为们的测量通道分别为R（参考）、（参考）、A、B。通过这。通过这些信号可确定正向些信号可确定正向S参数参数|S11|、|S21|。将被测网络。将被测网络的激励端与测试端反接，同理可测得的激励端与测试端反接，同理可测得|S22|、|S12|。 扫扫频频源源定定向向耦耦合合器器二二极极管管检检波波器器|b1|2|b2|2处处理理及及显显示示DUTBA|a1|2R电子陶瓷第五讲矢量网络分析仪一种一种外差式外差式矢量网络分析仪的组成框图如下：矢量网络分析仪的组成框图如下： 扫扫频频源源LOH(s)P

30、FD参参考考频频率率源源BPFDUTBPFBPF采采样样及及量量化化参参考考信信道道R反反射射测测试试信信道道B传传输输测测试试信信道道A源源输输出出信信道道S定定向向耦耦合合器器处处理理及及显显示示电子陶瓷第五讲 1、自动平衡电桥法优缺点、自动平衡电桥法优缺点： 1）最准确，基本测试精度）最准确，基本测试精度0.05%； 2）最宽的阻抗测量范围：）最宽的阻抗测量范围： C,L,D,Q,R,X,G,B,Z,Y,O.； 3）最宽的电学测量条件范围；）最宽的电学测量条件范围； 4）简单易用；）简单易用； 5）低频：）低频：f110MHz。2、RF I-V法优缺点法优缺点： 1）宽的频率范围：）宽的

31、频率范围：1MHzf100MHz的最准确测试方法；的最准确测试方法； 5）接地器件测试。）接地器件测试。电子陶瓷第五讲 3、网络分析仪法优缺点：、网络分析仪法优缺点： 1）高频）高频 适用：适用：f100KHz 最佳：最佳：f3GHz 2）适中的精度；）适中的精度； 3）有限的阻抗测试范围。）有限的阻抗测试范围。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 4、 绝缘强度绝缘强度 电介质能绝缘和储存电荷，是指在一电介质能绝缘和储存电荷，是指在一定的电压范围（弱电场范围）内，介质保定的电压范围（弱电场范围）内，介质保持介电状态。持介电状态。 当电场强度超过某一临界值时，介质当电场强度超过某一临界值时，

32、介质由介电状态变为导电状态，这种现象称介由介电状态变为导电状态，这种现象称介质的击穿。质的击穿。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质由于击穿时电流剧烈增大，在击穿处往往由于击穿时电流剧烈增大，在击穿处往往产生局部高温。火花，造成材料本身不可产生局部高温。火花，造成材料本身不可逆的破坏。逆的破坏。可以发现，在击穿处有小孔、裂缝，或击可以发现，在击穿处有小孔、裂缝，或击穿时整个瓷体炸裂。穿时整个瓷体炸裂。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质击穿时的电压称击穿电压击穿时的电压称击穿电压Uj，相应的电场，相应的电场强度称强度称击穿电场强度击穿电场强度或绝缘强度等，用或绝缘强度等，用Ej表示。在

33、电场均匀时，表示。在电场均匀时， Ej= Uj /d 式中：式中：d为击穿处介质的厚度；为击穿处介质的厚度；Ej的单位常的单位常用用kV/cm。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 某些陶瓷如某些陶瓷如III型电容器瓷和各种半导体型电容器瓷和各种半导体瓷，击穿时往往不造成瓷体的机构破坏，瓷，击穿时往往不造成瓷体的机构破坏，电场降低后仍能恢复介电状态，这种情况电场降低后仍能恢复介电状态，这种情况也应认为击穿已经发生。也应认为击穿已经发生。 陶瓷材料的击穿电压与试样的厚度、陶瓷材料的击穿电压与试样的厚度、电极的大小、形状、试验时的温度、电压电极的大小、形状、试验时的温度、电压的种类、加压时间、

34、试样周围的环境等许的种类、加压时间、试样周围的环境等许多因素有关。多因素有关。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质击穿过程进行得很快（约击穿过程进行得很快（约10-7秒），过程比秒），过程比较复杂。陶瓷材料的击穿强度一般在较复杂。陶瓷材料的击穿强度一般在460 kV/mm。介质击穿大致可分为电击穿和热击穿。介质击穿大致可分为电击穿和热击穿。电击穿电击穿是在电场直接作用下，介质中载流是在电场直接作用下，介质中载流子迅速增加。这个过程约在子迅速增加。这个过程约在10-7秒完成，往秒完成，往往击穿突然发生。往击穿突然发生。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质击穿电场强度较高，大约为击穿电场强度

35、较高，大约为106107V/cm左左右。右。一般认为，电击穿的发生是由于晶体能带一般认为，电击穿的发生是由于晶体能带在强电场作用下发生变化，电子直接由满在强电场作用下发生变化，电子直接由满带跃迁到空带发生电离所致。带跃迁到空带发生电离所致。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质热击穿热击穿是介质在电场作用下发生热不稳定，因是介质在电场作用下发生热不稳定，因温度升高而破坏。温度升高而破坏。热不稳定是指在电场作用下，由于介质的电导热不稳定是指在电场作用下，由于介质的电导和介质损耗，将电场能变成热能。热量在介质和介质损耗，将电场能变成热能。热量在介质内部积累，温度升高，电导和损耗随温度的升内部积累，

36、温度升高，电导和损耗随温度的升高而加大，又导致温度的再升高，产生的热量高而加大，又导致温度的再升高，产生的热量大于散失的热量。大于散失的热量。由于热击穿有一个热量积累过程，所以不象电由于热击穿有一个热量积累过程，所以不象电击穿那样迅速，往往介质温度急剧升高。击穿击穿那样迅速，往往介质温度急剧升高。击穿电场强度较低，电场强度较低，104105V/cm。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质在直流电场下对陶瓷介质的试验表明，温在直流电场下对陶瓷介质的试验表明，温度较高时可能发生热击穿，温度较低时往度较高时可能发生热击穿，温度较低时往往发生电击穿。往发生电击穿。一般电击穿的一般电击穿的Ej与温度无关

37、，热击穿的与温度无关，热击穿的Ej随温度升高而降低。随温度升高而降低。但是，电击穿和热击穿温度范围的划分，但是，电击穿和热击穿温度范围的划分，并不十分准确，它与试样的组成、冷却情并不十分准确，它与试样的组成、冷却情况、电压形式等有关，尤其电场频率对其况、电压形式等有关，尤其电场频率对其影响很大。影响很大。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质例如，在高频交流电压下或试样散热条件例如，在高频交流电压下或试样散热条件不好时，热击穿的范围就能扩大到较低的不好时，热击穿的范围就能扩大到较低的温度。温度。在均匀电场下，电性质均匀的固体介质厚在均匀电场下，电性质均匀的固体介质厚度小于度小于10-4cm时，

38、电击穿时的时，电击穿时的Ej与试样厚与试样厚度无关，热穿时的度无关，热穿时的Ej 则随试样厚度增加而则随试样厚度增加而减小。但陶瓷是不均匀介质，通常减小。但陶瓷是不均匀介质，通常Ej随试随试样厚度增加而降低。样厚度增加而降低。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 此外，在均匀电场中，加压时间小于此外，在均匀电场中，加压时间小于10-7秒时，电击穿与加压时间无关；秒时，电击穿与加压时间无关；热击穿随加压时间的增加而降低。热击穿随加压时间的增加而降低。电击穿时，电击穿时，Ej与试样周围媒质的温度无关；与试样周围媒质的温度无关；热击穿时，热击穿时，Ej则随周围媒质温度的增加而则随周围媒质温度的增

39、加而降低，与媒质散热情况密切关系。降低，与媒质散热情况密切关系。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 4.4 光学性质（简略）光学性质（简略） 光学性质是指电子陶瓷在红外光、可见光学性质是指电子陶瓷在红外光、可见光、紫外线及各种射线作用下的一些性质。光、紫外线及各种射线作用下的一些性质。 在光学领域里，主要光学材料是光学在光学领域里，主要光学材料是光学玻璃和单晶。近年来，随着遥感、计算机、玻璃和单晶。近年来，随着遥感、计算机、激光、光纤通讯等技术的发展和激光、光纤通讯等技术的发展和“透明陶瓷透明陶瓷”的出现，陶瓷材料在光学领域有了较重要的的出现，陶瓷材料在光学领域有了较重要的应用。应用。电

40、子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 光学材料的性质一般指它的反射、折光学材料的性质一般指它的反射、折射和吸收等性质。对陶瓷材料，主要指透射和吸收等性质。对陶瓷材料，主要指透光性。光照射到介质上，一部分被反射，光性。光照射到介质上，一部分被反射，一部分进入介质内部，发生散射和吸收，一部分进入介质内部，发生散射和吸收，还有一部分透过介质，即还有一部分透过介质，即 Ip= IR+ IS+IA+ IT 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 式中式中 Ip为入射光强度；为入射光强度；IR为反射光强为反射光强度；度；IS为散射光强度；为散射光强度；IA为吸收光强度；为吸收光强度；IT为透射光强度。为透

41、射光强度。 归一化后可得：归一化后可得：1=R+S+A+T 式中式中 R为反射率；为反射率；S为散射率；为散射率；A为吸为吸收率；收率；T为透射率。为透射率。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质通常，吸收率甚小，主要是散射损失。通常，吸收率甚小，主要是散射损失。 光和物质的作用是光子和物质中电子光和物质的作用是光子和物质中电子的互作用结果。的互作用结果。光子的能量可转移给电子，引起电子极化，光子的能量可转移给电子，引起电子极化，或电子吸收能量转变成热能，引起光子能或电子吸收能量转变成热能，引起光子能量损失。量损失。电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质散射主要是由瓷体中的气孔引起的，因为散射主要是由瓷体中的气孔引起的，因为瓷体和气孔的折射率相差很大。瓷体和气孔的折射率相差很大。例如例如Al2O3瓷，折射率为瓷，折射率为1.8，气孔折射率为，气孔折射率为1。瓷体中气孔的大小通常为。瓷体中气孔的大小通常为0.52 m，接近可见光和红外光的波长，因而散射最接近可见光和红外光的波长，因而散射最大大。要提高陶瓷材料的透射率，必须降低气孔要提高陶瓷材料的透射率，必须降低气孔含量。含量。 电子陶瓷第五讲第四章 电子陶瓷基本性质 4.5 交叉耦合性质交叉耦合性质 电子陶瓷的电学、力学、热学、光学电子陶瓷的电学、力