安大陶瓷材料课件06功能陶瓷-4介电陶瓷

介电陶瓷和绝缘陶瓷在本质上属同一类陶瓷。特别着眼于介电性能及其应用的陶瓷，称为介电陶瓷。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷一极化与介电常数设想在平行板电容器的两板上，充以一定的电荷，当两板间存在电介质时，两板的电位差总是比没有电介质存在（真空）时低，在介质表面上会出现感应电荷，如图6-4所示。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷感应电荷部分地屏蔽了板上自由电荷所产生的静电场。这种感应电荷不能自由迁移，称为束缚电荷。

电介质在电场作用下产生感应电荷的现象，称为电极化。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷电介质++______++++图6-4电介质极化示意图电极化是电介质最基本和最主要的性质，介电常数是综合反映介质内部电极化行为的一个主要的宏观物理量。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷极板面积为S，两极板内表面距离为d，极板间真空的平行板电容器的电容为：（6-40）式中，

——真空中的介电常数。当两极板间放入电介质时，电容器的电容增加。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷实验表明，两极板间为真空时的电容C0与两极板间充满均匀电介质时的电容C的比值为：（6-41）

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷叫作介质的相对介电常数（或叫作电容率）。由式（6-40）、（6-41）得：（6-42）式中，（6-43）叫作电介质的介电常数。无单位。与的单位相同,=8.8510-12F/m。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷前述电极化时，把感应电荷称为束缚电荷。束缚电荷的面密度或介质中单位体积的电矩即为极化强度，以P表示。P不仅与外电场强度有关，更与电介质本身的特性有关。真空时，电位移

（6-44）式中，：两极板间为真空的介质中静电场。有电介质时，（6-45）式中，：极板间有电介质时介质中宏观静电场；电位移为

（6-46）

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷由式（6-45）和式（6-46），得出:（6-47）介质的介电常数为相对介电常数。是电子陶瓷一重要的参数。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷不同用途的陶瓷对例如，绝缘陶瓷要求否则线路分布电容太大，影响线路参数；而电容器瓷一般要求越大越好，大可以做成大电容小体积的电容器。，

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷要求不同。任何电介质在电场作用下，总是或多或少地把电能转变成热能而使介质发热。在单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质的损耗功率或简称为介质损耗。介质损耗常用表示，值大能量损耗大。二极化与介质损耗

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷称为介质损耗角，其物理意义是指在交变电场下电位移D与电场强度E的相位差。介质损耗是所有应用于交变电场中电介质的重要品质指标之一。介质在电工或电子工业上重要职能是隔直流绝缘和储存能量。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷介质损耗不但消耗了电能，而且由于温度上升可能影响元器件的正常工作。例如用于谐振回路中的电容器，其介质损耗过大时，将影响整个回路的调谐锐度（即电学品质因数），从而影响整机的灵敏度和选择性。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷介质损耗严重时，甚至会导致介质过热而破坏绝缘。从这种意义上说，介质损耗越小越好。实际使用的绝缘材料，其电阻不可能无穷大，在外电场作用下，总有一些带电质点发生移动而引起漏导电流。漏导电流流经介质时使介质发热而损耗了电能，这种因电导引起的介质损耗称为漏导损耗。一切介质在电场中均会呈现出极化现象。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷除电子、离子的弹性位移极化基本上不消耗能量外，其它缓慢极化（例如松弛极化、空间电荷极化等）在极化缓慢建立的过程中都会因克服阻力而引起能量的损耗，这种介质损耗一般称为极化损耗。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷电介质在恒定电场作用下，性质可用E、D、P等参数表示。在交变电场作用下，E、D、P均为复数矢量，此时介电常数为复介电常数。如果介质中发生松弛极化的话，矢量E、D、P均不同相位，D和P往往滞后于E

。滞后一个相位角时，复介电常数为复数：式中，，，

。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷复介电常数的实部与无功电流密度成正比，与有功电流密度成正比。实际上，表示单位无功电流中有功电流所占的比例，因为只有有功电流分量才导致能量损耗，所以值越小，表明介质材料中单位时间内损失能量也小，即介质损耗愈小，反之亦然。而虚部

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷由于的数值可以直接用实验测定而和试样大小与形状无关，因此是介电材料在交变电场作用下最方便也是最重要的参数之一。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷介电陶瓷主要用于陶瓷电容器和微波介质元件两大方面。陶瓷电容器是现代电子线路中必不可少的元件每个电视机或录像机中都含有100~200个陶瓷电容器。介电陶瓷材料及其应用

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷陶瓷的介电特性好，可以制成体积小、容量大的电容器。叠层状或独石结构的陶瓷电容器的体积只有盘状陶瓷电容器的1/20~1/30。用于高频的超小型陶瓷电容器体积更小。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷目前，电子技术向着高频方向发展。通讯卫星的频率在10000MHz以上，只有陶瓷电容器才能在1000MHz以上的频率有效地工作。（一）陶瓷电容器

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷用于制造电容器介电陶瓷，在性能上一般应达到如下要求：介电常数应尽可能高。在高频、高温、高压及其它恶劣环境下，陶瓷电容器性能稳定可靠。介电损耗要小。比体积电阻高于1010Ω•m。

具有较高的介电强度。根据陶瓷材料特性，陶瓷电容器一般分为温度补偿（Ⅰ型）温度稳定（Ⅱ型

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷高介电常数（Ⅲ型）半导体系（Ⅳ型）各自的特征如表6-7所列表6-7陶瓷电容器的分类和特征类型特征Ⅰ介电常数的温度系数在-4.7×10-3/℃~1.0×10-4/℃之间随意获得；具有高的Qe值；绝缘电阻高Ⅱ介电常数的温度系数接近零；具有高的Qe值，适用于高频；如果介电常数尽可能高些，在几GHz带宽内Qe很高，则适用于制造微波滤波器Ⅲ由于采用高介电常数陶瓷（ε=1000~2000），可获得大容量；绝缘电阻高Ⅳ由于利用半导体化的高介电常数陶瓷的表面层或阻挡层，可以比Ⅱ型更小型化

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷若按制造这些陶瓷电容器材料性质，也可分为四大类第一类为非铁电电容器陶瓷（ⅰ型），又称热补偿电容器陶瓷。第二类为铁电电容器陶瓷（ⅱ型），又称高介电常数陶瓷。

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷第三类为反铁电电容器陶瓷（ⅲ型）第四类为半导体电容器陶瓷（ⅳ型）（二）微波介质陶瓷微波介质陶瓷主要用来制作微波电路元件，用于谐振器、耦合器、滤波器等微波器件以及微波介质基片。微波电路元件要求介电陶瓷在微波频率（3×108~3×1011Hz）下具有如下性能

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷具有适当大小介电常数，且其值稳定介质损耗小有适当介电常数温度系数，且元件互差小热膨胀系数α小

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷微波介质陶瓷中主要材料有MgO-SiO2系陶瓷MgO-CaO-TiO2系陶瓷MgO-La2O3-TiO2系陶瓷BaO-TiO2系陶瓷

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷ZrO2-SnO2-TiO2系陶瓷Ba(Zn1/3Ta2/3)O3系陶瓷Ba(Zn1/3Nb2/3)O3-Ba(Zn1/3Ta2/3)O3系陶瓷固溶体Ba(Zn1/3Nb2/3)O3-Ba(Zn1/3Ta2/3)O3系陶瓷固溶体

6.４介电陶瓷第六章功能陶瓷对于微波集成电路使用介质基片性能要求对应于一定的用途有适当的介电常数，且介电常数值稳定，对于频率和温度的依存性小介质损耗小。

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