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6.2 电介质陶瓷解析

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电介质陶瓷讲解学习

电介质陶瓷讲解学习
入一些外加剂。如： 粘土---为增加塑性及降低烧结温度。 碱土金属氧化物---改善滑石瓷的电性能。 硼酸盐---大幅度降低烧结温度。 氧化锆和氧化锌---提高材料机械强度。
5.2非铁电电容器陶瓷
• 5.2.1温度补偿电容器陶瓷 高频温度补偿电容器陶瓷的介电系数在650以下，介电常数 的温度系数较小，而且可通过组成的调整，使介电常数的 温度系数灵活地变化。介电常数的温度系数常为负值，用 来补偿回路中电感的正温度系数，使回路的谐振频率保持 稳定。 a金红石瓷 金红石瓷是一种利用较早的高介电材料，其主晶相为金红 石（TiO2）TiO2的活性、晶粒大小及烧结温度与于烧温度 有关。另外加入的高龄土、膨润土一方面可增加可塑性， 另一方面降低烧结温度。
4.电介质陶瓷陶瓷生产工艺、性能及应用
• 4.1电绝缘陶瓷的生产特点
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”。
• 3.1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
3.电介质陶瓷的分类
• 3.2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

第3章 电介质陶瓷

第3章 电介质陶瓷

表 极化形式 电子位移极化 离子位移极化 离子松弛极化 具有此种极化的电介质 一切陶瓷介质中 离子组成的陶瓷介质中 离子组成的玻璃、结构 不紧密的晶体及陶瓷中 电子松弛极化 钛质瓷及高价金属氧 化物基础的陶瓷中 自发极化 温度低于居里点
各种极化形式的比较 发生极化的频率范围 从直流到光频 从直流到红外线 从直流到超高频 和温度的关系 无关 温度升高、极化增强 随温度变化有极大值 能量损耗 没有 很微弱 有
在直流电场下,如果气孔内的电场降低,电离现象就很快消失,材 料中发生电荷渗漏。 交流电场中,介电材料每½个周期就发生电离。所以样品比处在 直流电场时更容易出现击穿现象。而且电荷的渗漏时间决定于电 离速率。这样交流电场下,样品的击穿电压通常比直流电场低。 (4).长期影响(化学击穿): 长期运行在远低于瞬间击穿电压下的陶瓷也会发生击穿现象被 击穿的影响因素在短期内不会表现出来。 空气污染和天气影响等因素都可以使器件表面变得粗糙,吸收水 蒸气和导电性杂质。在高温和所连接的导电体中的金属杂质离子 的溅蚀作用下,表面发生电离,材料逐渐失去绝缘性能,最后导致击 穿。 在直流电场中,材料内部和表面同时发生电化学反应,使得Ag+在 表面扩散并沿着晶界逐渐渗入材料内部,导致材料的电阻减小,绝 缘特性相应降低。另外,Na+在玻璃相中的扩散,Vo¨(氧空位)在晶相 中的扩散,形成了一定的电势差,也将有可能导致击穿。 由于样品形状、材料种类以及操作条件的不同都是导致材料产 生击穿的因素,如果根据经验来合适设计制备介电材料,可以在一 定程度上克服击穿现象的发生,但是对任何新的介电材料在应用之 前,必须进行长期的老化试验测试。
12.滑石瓷中加黏土的作用是什么？ 13.滑石瓷生产工艺及其存在的问题与解决方法？ 14.决定Al2O3电绝缘瓷热传导率的因素？ 15.强调电绝缘瓷的3个方面是什么？ 16.陶瓷的导电机制及几种形式？ 17.电容器陶瓷的分类及其特点？ 18.电容器陶瓷材料在性能上的要求？ 19.含钛陶瓷被还原的原因、结果与影响因素？ 20.直流老化？电极反应与电化学老化？ 21.含钛氧化物性能退化的原因与改进措施？ 22.金红石瓷挤压成型工艺？ 23.制备优质微波陶瓷的几个要求？ 24.积层电容器陶瓷的制备工艺？

介电材料

介电材料

§ 1-2 典型低介装置瓷
§ 1-2-2 氧化铝瓷
1、氧化铝瓷的分类、性能与用途 2、氧化铝瓷原料的制备 3、降低烧结温度、改进工艺性能的措施
§ 1-2 典型低介装置瓷
1、氧化铝瓷的分类、性能与用途
以Al2O3为主要原料，α-Al2O3为主晶相的陶瓷 称为氧化铝瓷。 根据氧化铝瓷的含量，将氧化铝瓷分为莫来石 瓷、刚玉-莫来石瓷、刚玉瓷，含Al2O375%以 上的称为高铝瓷 根据氧化铝瓷的颜色和透光性能，可分为白色 Al2O3瓷、黑色Al2O3瓷、透明Al2O3瓷。
§ 1-2 典型低介装置瓷
1 ( )Vl ( )d 陶瓷的热传导公式：K C 3 K-热导率，C-声子的热容，V-声子的速度，l-声子的平 均自由程，v-声子的振动频率。
声子的散射机制：声子的平均自由程除受到格波间的耦 合作用外（声子间的散射），还受到材料中的各种缺陷、 杂质以及样品边界（表面、晶界）的影响。
• （1）高的体积电阻率（室温下大于1012Ωm）和高介电强 度（>104kVm－1），以减少漏导损耗和承受较高的电压。
• （2）高频电场下的介电损耗要小（tanδ一般在2×10－4～ 9×10－3范围内）。介电损耗大，会造成材料发热，使整机 温度升高，影响工作。另外，还可能造成一系列附加的衰 减现象。
§ 1-2 典型低介装置瓷
(3) 冷冻干燥法
将含Al3+溶液雾化成微小液滴，快速冻结为固体， 加热使液滴中的水升华气化，干燥形成无水盐， 焙烧后得到球型颗粒。 特点：
疏松而脆，容易粉碎成均匀，超细原料 成分均匀 适于批量化生产，设备简单，成本低
§ 1-2 典型低介装置瓷
3、降低烧结温度、改进工艺性能的措施
• （ 3）机械强度要高，因为装置瓷在使用时，一般都要承 受较大的机械负荷。通常抗弯强度为 45～300Mpa，抗压 强度为400～2000Mpa。 • （4）良好的化学稳定性，能耐风化、耐水、耐化学腐蚀， 不致性能老化。

6 功能陶瓷(2)电介质陶瓷

6 功能陶瓷(2)电介质陶瓷

电容器瓷
6.2.1.1 电介质陶瓷
6.2.1概述
极化（polarization） 在外电场作用下，电介质内部沿电场方向产生感应偶极矩，在 电介质表面出现极化电荷的现象叫作电介质的极化。
6.2.1.1 电介质陶瓷
介电常数（ permittivity ）
6.2.1概述
介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电 场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数
单晶
6.2.2电绝缘瓷
6.2.2.2莫来石
一次莫来石的生成
二次莫来石的生成
6.2.2电绝缘瓷
6.2.2.3镁质瓷
介电损耗小，用于一般高频无线电设备 中，如雷达、电视机等 介质损耗低，且随频率变化小；比电阻 大，且在高温下保持很高的数值；但是 热膨胀系数高，热稳定性差。
滑石瓷
镁橄榄石瓷
尖晶石瓷
介质损耗低于滑石，介电常数稍高，化 学稳定性良好，作为低压高频电容器、 感应线圈的骨架等。 膨胀系数低，热稳定性好，作为耐热冲 击的绝缘材料。
堇青石瓷
6.2.2电绝缘瓷
6.2.2.3镁质瓷
滑石瓷（ Mg3Si4O10(OH)2 ） 镁橄榄石瓷（ Mg2SiO4 ）
Si blue, O red, Mg green
6.2.2电绝缘瓷
6.2.2.3镁质瓷
尖晶石（MgAl2O4） 堇青石 （ (Mg,Fe)2Al4Si5O18 ）
O red, Al blue, Mg yellow
介电常数
真空介电常数
= r 0 = (1 + ) 0
相对介电常数 极化率
r=Q/Q0=C/C0
6.2.2电绝缘瓷
6.2.2.1概念
高电阻率 性 能 要 求 介电常数小

第6章 介电陶瓷

第6章 介电陶瓷
生的极化。
？
当带电载流子因物理势垒影响而阻碍了电荷迁移时发
物理势垒如内部结构缺陷、晶界、电极界面。 几种极化机制与频率之间的关系P121 图6.3
四种极化机制各发 生在什么频率范围？
02:51 材料科学与工程学院 材料系 15
第6章 介电陶瓷
6.1 材料的介电性质
6.1.1 材料的线性介电性质
由于电子极化、原子极化和离子极化发 生在光波范围内（紫外、红外），故在考虑
过程中的磁滞现象类似，故称之为铁电体。钛酸钡、酒
石酸钾钠（NaKC4H4O6· 2O—罗谢耳或罗息盐－RS ） 4H 等都是重要的铁电体。
何谓铁磁质？
电滞回线—— 1920年法国人Valasek发现 罗息盐（酒石酸钾钠）具有特异的介电性
02:51 材料科学与工程学院 材料系 25
罗息盐于1665年由法国药剂师薛格涅特在罗息之地第一次制备
哪种材料的 介电强度高？
02:51
材料科学与工程学院 材料系
23
第6章 介电陶瓷
6.1 材料的介电性质
6.1.2 材料的非线性介电性质
——材料在外电场中因自发排列的极化区域（电畴） 会自动转向而形成强极化，总偶极矩与电场强度的呈非 线性逐渐趋向一饱和值。去除外加电场，极化不能回复 到零，只有再加上相反电场，才能消失的性质。 非线性介电体: 具有非线性介电性质的介电体， 通常也被称为铁电体。
1、材料的非线性介电性质 2、其他低介电常数介电陶瓷 3、中等介电常数介电陶瓷的性质 4、其他高介电常数介电陶瓷
02:51
材料科学与工程学院 材料系
3
第6章 介电陶瓷
本章内容
6.1 材料的介电性质
6.2 低介电常数介电陶瓷

功能陶瓷-1电介质陶瓷‘

功能陶瓷-1电介质陶瓷‘

17
第一章 电介质陶瓷
18
第一章 电介质陶瓷
如上表3-1-2，其中 Ⅰ型为非铁电电容器陶瓷（温度补偿），其特点是高频 损耗小，介电常数随温度变化而呈线性变化，又称热补偿电 容器陶瓷； Ⅱ型为铁电电容器陶瓷（温度稳定），其特点是介电常 数随温度变化而呈非线性变化； Ⅲ型为反铁电电容器陶瓷（高介电常数），其特点是储 能密度高，储能释放充分，可用于储能电容器； Ⅳ型为半导体电容器陶瓷（半导体系）。
14
第一章 电介质陶瓷
作为装置陶瓷要求具备以下性质：
(1)高的体积电阻率（室温下,大于1012Ω·m)和高介电强度(大于 104kV/m)。以减少漏导损耗和承受较高的电压。 (2)介电常数小(常小于9)。可以减少不必要的分布电容值,避免在线 路中产生恶劣的影响,从而保证整机的质量。 (3)高频电场下的介电损耗要小(tanδ一般在2×10-4～9×l0-3范围 内)。介电损耗大会造成材料发热,使整机温度升高,影响工作。另外,还 可能造成一系列附加的衰减现象。 (4)机械强度要高,通常抗弯曲强度为45～300MPa,抗压强度为400～ 2000MPa。 (5)良好的化学稳定性。能耐风化、耐水、耐化学腐蚀,不致于老化。
铁电性
热电性 压电性 介电体
图3-1-2 各种电介质陶瓷间的相互关系
22
第一章 电介质陶瓷
§1.3 电绝缘陶瓷生产工艺、性能及应用 §1.3.1 电绝缘陶瓷的生产特点 电绝缘陶瓷的性能,要求具有高体积电阻率、低介电 常数和低介电损耗。由于材料的介电常数通常由材料自 身的材质特性所决定，因此,电绝缘陶瓷生产主要通过一 定的工艺措施,来控制其体积电阻率和介电损耗。 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。

6.2 电介质陶瓷(2009.11.13)

6.2 电介质陶瓷(2009.11.13)

3、莫来石瓷及刚玉-莫来石瓷的配方 莫来石瓷及刚玉-莫来石瓷属于高铝瓷的范畴， 其烧结温度高，为了降低烧结温度，常引入碱土 金属氧化物做外加剂，常用的外加剂有BaO、 SrO、CaO、MgO等。 4、生产工艺 莫来石瓷及刚玉-莫来石瓷的生产工艺可按一般 陶瓷的生产过程加工处理： 混料球磨 →成型→烧结
（二）镁质瓷

按照主晶相的不同，它可分为以下四类： 原顽辉石瓷(即滑石瓷)、镁橄榄石瓷、尖 晶石瓷及堇线电设备中，如 雷达、电视机常用它制造绝缘零件。 镁橄榄石瓷的介质损耗低，而且随频率的变化小，在 微波范围内也不增加，它的比体积电阻大，并且在高 温下仍然具有相当高的数值，可作为高频绝缘材料。 但它的热膨胀系数高，因此热稳定性较差。 尖晶石瓷的介质损耗低于滑石瓷，而介电常数稍高， 化学稳定性良好。在电子工业中，它是低压高频电容 器、感应线圈骨架及电子管插座等的良好材料。 堇青石瓷的膨胀系数低，热稳定性好，可用于要求体 积不随温度变化、耐热冲击的绝缘材料或电热材料。
性能：介常≤100，介损≤4×10－4，电阻≥1010
•
•

问题：直流老化，与银电极反应
2.钛酸钙陶瓷
钛酸钙陶瓷是目前国内外大量使用的材料，它具有较高的 介电系数和负温度系数，可以制成小型高容量的高频陶瓷 电容器等。 (1)配方： 钛酸钙瓷的制备一般分两步进行。先合成 CaTiO3 ，然后再配方。典型的配方如下： CaTiO3烧块 99% ZrO2 1% 瓷料的烧结温度为1360±20℃ 。在国外，为了降低烧结温 度，改善烧结性能和结晶状态，从而提高介电性能，还可 加入少量氧化钴（≤2.5% ）。



按制造陶瓷电容器的材料性质分：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），又称强介电常数电容器陶瓷。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）。

电介质陶瓷讲解学习

电介质陶瓷讲解学习

5.1镁质瓷(以滑石瓷为例)
滑石瓷因介电损耗小，是重要的高频装置瓷之一。由于膨 胀系数大，热稳定性差，耐热性低，常用于机械强度及耐 热性无特殊要求之处。滑石为层状结构，滑石粉为片状， 有滑腻感，易挤压成型，烧结后尺寸精度高，制品已进行 研磨加工，价格低廉。
滑石瓷的配方 主要原料是滑石。为改进生坯加工性能及瓷件质量，常引
• 4.1电绝缘陶瓷的生产特点
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。
5.2.1温度补偿电容器陶瓷
b 钛酸钙陶瓷 钛酸钙陶瓷是目前大量使用的材料，它具有较高的介电常 数和负温度系数，可以制成小型高容量的高频陶瓷电容器 ，用作容量稳定性要求不高的高频电容器，如耦合、旁路 、贮能、隔直流电容器等。 在烧结过程中加入少量二氧化锆不仅能降低烧结温度、扩 大烧结范围，且能有效阻止钛酸钙高温下晶粒长大。
电介质陶瓷
2.电介质陶瓷的一般特性
• 2.1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。

电介质陶瓷-PPT文档资料

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转向计划
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平行板电容器两极板间充满电介质时，电容器的电容为：
q S C r 0 U U d A B
S C0 0 d
可见，平行板电容器的电容只与自身的几何尺寸与电介质材料有关。 由此比较可得，平行板电容器两极板间没有电介质和充满 电介质时，电场与电场、电容与电容之间的关系为：
电介质陶瓷
一、相关概念
• • • • 电介质在电场下的极化 介电常数 介电常数的温度系数 介质损耗
+ E0 + + ＇ + + E + + E 0 内
+
E0
＇ E E E 0 0 内
导体内电场强度 外电场强度
感应电荷电场强度
静电平衡：当导体中的电荷不动，从而使导体内部电场分 布不随时间变化，则称此时的导体达到了静电平衡。
E
E E E 0
E0
+ pi + E0 σ ´ ΔS + P l +
电子极化
3 4 r e 0
＋
＋
R为原子半径
电介质极化
离子极化
正负离子发生相对位移产生 电偶极聚 的2－5倍
有永久偶极矩，通过转向与电场 取向一致
－ + 极化 － + －
i 一般为 e
当两极间充满相对介电常数为 r 的电介质时的电容：

微波介质陶瓷材料及其应用简介_高斯贝尔功田电子

微波介质陶瓷材料及其应用简介_高斯贝尔功田电子
Ɛr>80
BaOR2O3TiO2系
铅基 钙钛 矿系
（A1-xBx） O3系，
如 CaTiO3
9
四 微波介质陶瓷近十多年发展路标
高介电常数 高Q值 温度稳定性
1992
εr：75~90
εr：120， Q：5000 @ 900MHz
NPO chips
εr：45， Q：16000 @ 3GHz
εr：55， Q：16000 @ 3GHz
（用于卫星通讯和移动电话基站）； εr： 35± 1， Qf>80000GHZ, τf =0 ± 5ppm/ ℃，
（用于卫星通讯和移动电话基站）； εr：82，Qf>8000GH Z ，τf=0±5ppm/℃，(用于移动GPS)； εr：91 ，Qf>5000GHZ，τf <15ppm/ ℃ ，(用于移动电话 )； εr：100， Qf>3600GHZ，τf <15ppm/ ℃，（用于移动电话）； εr：120， Qf>3000GHZ，τf <20ppm/ ℃，（用于移动电话）；
27
报告完毕
Thank You
28
六 高斯贝尔微波介质陶瓷产品
6.1 微波介质陶瓷材料体系性能一览表
介电常数r 品质因素Q•f (GHz) 谐振频率温度系数 说明
f(ppm/℃)
5.0±0.3
>36000
-10～0
6.7±0.5
>30000
-60～-10
温度系数可调
10 ±0.5
>60000
-60～+10
温度系数可调
20±0.7
>100000
有介电常数r、谐振品质因数Q值、谐振频率温度系数tf，这三个性能参数的综合数值决定 了微波陶瓷的应用价值。

第8章 电介质陶瓷制备原理及工艺

第8章 电介质陶瓷制备原理及工艺
第八章 电介质陶瓷制备原理及工艺
一、电介质瓷料制备原理 二、制造工艺控制 三、纳米晶材料的软化学制备技术
一、电介质瓷料制备原理
1.1 电介质瓷原料 1.2 原料的颗粒度与粉碎 1.3 颗粒表面能与粉料的活化 1.4 粉料粒度的测定 1.5 低介装置瓷瓷料制备
电介质陶瓷的优良特性主要决定于：晶相结构、 制备工艺 例如：ZnO压敏半导瓷 主晶相性能方面：六方纤锌矿结构，本征特性 为半导性。 制备工艺方面：ZnO压敏半导瓷对外加电压有 一定的响应，其机理主要是晶界效应，而晶界 在很大程度上由制备工艺决定。例如生烧使晶 粒过小，主晶相合成不完全；过烧产生二次晶 使个别晶粒粗大，它们均使ZnO压敏半导瓷压 敏性能变坏。 一般陶瓷工艺的主要流程：原料准备—坯体成 型—烧结—瓷件加工
（3）振磨机的粉碎程度 当进料尺寸小于250µm，则成品料平均细度 可达2～5µm。球磨与振磨比较其粉碎粒度 （超细磨<2µm ）要小得多，效率也较低。
1.2.5 砂磨工艺
棒钉可调卧式砂磨机 立式砂磨机
（1）影响砂磨效率的主要因素 砂磨主要以剪切、滚碾磨擦为主，故中轴转速、 磨体直径（指球形）及数量对砂磨效率具有重要 影响。 磨球直径：一般为φ2～φ5mm，以φ2～φ3mm 为佳。 磨球数量：比球磨、振磨要多。 转速：一般1000转/分。
（2）振磨工艺优缺点 优点：粉料在单位时间内受研磨体的冲击与研磨 作用次数极大，其作用次数成千倍于球磨机，因 此粉碎效率很高。粉碎粒度细，混入杂质较少。 一方面粉碎是靠疲劳破坏而粉碎，另一方面由于 研磨效率高，所用时间短，因此减少了混入杂质 的可能性。 缺点：粒形较差，呈棱角，混合效果及均匀度较 球磨差。振动噪音大，机械零件易疲劳而损坏， 装料尺寸应小于250µm（60目筛）。

《电介质陶瓷》课件

《电介质陶瓷》课件

断裂韧性
衡量电介质陶瓷抗裂纹扩展能力的物 理量。断裂韧性好的电介质陶瓷在受 到裂纹作用时不易破裂。
热性能
热导率
衡量电介质陶瓷导热性能的物理量。热 导率越大，电介质陶瓷的导热性能越好
。
耐热性
衡量电介质陶瓷在高温下稳定性的物 理量。耐热性好的电介质陶瓷在高温
下不易分解和氧化。
热膨胀系数
衡量电介质陶瓷受热后尺寸变化的物 理量。热膨胀系数的大小影响陶瓷与 其它材料的匹配程度。
气氛稳定性
衡量电介质陶瓷在特定气氛下稳定性的物理量。气氛稳定性好的电 介质陶瓷在特定气氛下不易发生化学反应或性能变化。
03
电介质陶瓷的制备工艺
粉体制备
固相法
通过物理或化学手段将原料混合 、研磨、破碎，最终得到所需粒 度的粉体。
液相法
通过溶胶-凝胶法、化学沉淀法等 手段将原料转化为溶液，再通过 热处理得到粉体。
表面改性
通过物理或化学手段对陶瓷表面进行处理，改变其表面形态和化学性质，以提高其润湿性、粘结性等 性能。Leabharlann 04电介质陶瓷的应用实例
高压电容器
高压电容器是一种能够储存大量电荷的电子元件，广泛应用于电力系统中 。
电介质陶瓷作为高压电容器的介质材料，具有高介电常数、低损耗、温度 稳定性好等优点，能够提高电容器的储能密度和可靠性。
烧结工艺
高温烧结
在高温下使陶瓷胚体中的 颗粒相互熔融、扩散，形 成致密的陶瓷材料。
低温烧结
在较低的温度下使陶瓷胚 体中的颗粒相互熔融、扩 散，形成致密的陶瓷材料 。
烧结助剂
在烧结过程中添加适量的 烧结助剂，以促进陶瓷材 料的致密化。
表面处理
表面涂层
在陶瓷表面涂覆一层具有特殊功能的涂层，以提高其耐腐蚀、耐磨损等性能。

功能陶瓷电介质陶瓷和绝缘陶瓷中介微波介质陶瓷概要

功能陶瓷电介质陶瓷和绝缘陶瓷中介微波介质陶瓷概要

微波谐பைடு நூலகம்器的频率特征曲线
1.4.5 微波介质陶瓷
在微波频段 εr基本上为定值，不随频率而变化。 要使微波介质陶瓷具有高εr值。除需考虑微观晶相类型及 其组合外，应在工艺上保证晶粒生长充分，结构致密。
在微波频段，品质因数Q值与微波频率f有关，因此微波 介质陶瓷材料的介电损耗与品质因数则可表示为：
测试频率<1GHz,可用阻抗分析仪如HP4294A
1.4.5 微波介质陶瓷
Q值的测量
样品Q值可以通过测量TE011, 谐振峰的宽度计算出来。
Q fr f
相 对
△f为3dB频带宽度(BW)
辐 射
功
率
τf值的测量
f
f2 f1 f1 T2 T1
f1和f2分别是温度T1和T2时的谐振频率
1.4.5 微波介质陶瓷
材料的品质因数。
1.4.5 微波介质陶瓷
tanr02 f
ω0；γ衰减因子
Q fr02constant
在微波范围内，微波介质的εr及Qf值均基本不变。因此对 于同一材料，在较低频率下可获得更高的Q值;而衰减因子 γ越大，Q值越小。理想晶体中， γ取决于晶格振动的非谐 项，在多晶陶瓷中晶粒、晶界、杂质和缺陷成为损耗增大 的主要原因。为获得低损耗、高Q值的微波介质陶瓷，必 须尽可能使用高纯原料，并尽力控制工艺以制出杂质少、 缺陷少、晶粒均匀分布的陶瓷。
Avoidance Sensors Dielectric Resonator Antennas Motion Detectors
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功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷讲解PPT共80页

功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷讲解PPT共80页
功能陶瓷 电介质陶瓷和 绝缘陶瓷 中介 微波介
质陶瓷讲解
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就
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这种从原料矿物高温分解直接生成的莫来石称为一次莫来石。



按制造陶瓷电容器的材料性质分：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），又称强介电常数电容器陶瓷。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）。
用于制造电容器的陶瓷材料的性能要求： （1）介电常数要尽可能高。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、高压及其它恶劣环境下稳定可靠。 （3）介质损耗角正切值小。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1010Ω·m ，可保证在高温下工作。 （5）高的介电强度。

二、 一般特性 电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，其一般特 性是电绝缘性、极化（polarization）和介电损耗 （dielectric loss）。 1、电绝缘与极化

电介质陶瓷中的分子正负电荷在弱电场的作用下， 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 此具有较高的体积电阻率，具有绝缘性。
此外，随着电绝缘陶瓷的应用日益广泛，有 时还要求具有耐机械力冲击和热冲击的性能。如 高频装置瓷，除要求介质损耗小外，还要求热膨 胀系数小，热导率高，能承受较大的热冲击。作 为集成电路的基片材料，要求高导热系数，合适 的热膨胀系数、平整、高表面光洁度及易镀膜或 表面金属化。

电绝缘陶瓷按化学组成可分为氧化物系（如氧化 铝瓷、氧化镁瓷等）和非氧化物系（如氮化硅瓷、 氮化硼瓷等）两大类。除上述多晶陶瓷外，近年 来发展了单晶电绝缘陶瓷，如人工合成云母、人 造蓝宝石、尖晶石、氧化铍及石英等。
2、莫来石的生成 (1)一次莫来石的生成 偏高岭石（ Al2O3· 2SiO2 ）或硅线石（ Al2O3· SiO2 ）在高 温下按下式分解：
1200℃
3（Al2O3· 2SiO2）
1300~1500℃
3Al2O3· 2SiO2+4SiO2
3 Al2O3· 2SiO2+4SiO2
3（Al2O3· SiO2）
6.2 电介质陶瓷
一、概念 二、一般特性 1、电绝缘与极化 2、介电损耗 三、性能与分类 四、电绝缘陶瓷生产工艺、性能及应用 五、非铁电电容器陶瓷 六、铁电电容器陶瓷 七、反铁电电容器陶瓷
一、 概念

电介质陶瓷是指电阻率大于108Ω·m的陶瓷材料， 能承受较强的电场而不被击穿。 按其在电场中的极化特性，可分为电绝缘陶瓷 （insulation ceramics）和电容器陶瓷 （capacitor ceramics；condenser ceramics）。 随着材料科学的发展，在这类材料中又相继发现了 压电、热释电和铁电等性能。
作为装置陶瓷要求具备以下性质： （1）高的体积电阻率（室温下，大于1012Ω·m ）和高介电 强度（大于104 kV/m）。以减少漏导损耗和承受较高的 电压。 （2）介电常数小（常小于9）。可以减少不必要的分布电 容值，避免在线路中产生恶劣的影响，从而保证整机的 质量。 （3）高频电场下的介电损耗要小。介电损耗大会造成材料 发热，使整机温度升高，影响工作。 （4）机械强度要高，通常抗弯曲强度为45~300MPa，抗压 强度为400~2000MPa。 （5）良好的化学稳定性。能耐风化、耐水、耐化学腐蚀， 不致于性能老化。
三、 性能与分类
根据体积电阻率、介电常数和介电损耗等参数的 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。此外，某些具有特殊性质，如 压电性、铁电性及热释电性的电介质陶瓷，按性 质分别称为压电陶瓷、热释电陶瓷和铁电陶瓷。 (一)电绝缘陶瓷 电绝缘陶瓷又称装置陶瓷，是在电子设备中作为 安装、固定、支撑、保护、绝缘以及连接各种无 线电元件及器件的陶瓷材料。

由于电荷的移动，造成了正负电荷中心不重合，在电介质陶 瓷内部形成偶极矩，产生了极化。在与外电场垂直的电介质 表面上出现了感应电荷Q，这种感应电荷不能自由迁移，称 之为束缚电荷。束缚电荷的面密度即为极化强度P。 对于平板型真空电容器，极板间无电介质存在，当电场强度 为E时，其表面的束缚电荷为Q0，电容为C0，在真空中插入 电介质陶瓷时，则束缚电荷增为Q，电容也增至C。评价同 一电场下材料的极化强度，可用材料的相对介电常数εr 表示。 用下式计算：
Q / Q0 = C / C0 = εr 相对介电常数越大，极化强度越大，即电介质陶瓷表面的束 缚电荷面密度大。用于制作陶瓷电容器的材料， εr越大，电 容量越高，相同容量时，电容器的体积可电能转变成热能使 介质发热，在单位时间内因发热而消耗的能量称 为损耗功率或简称为介电损耗。常用tgδ表示，其 值越大，损耗越大，其中δ称为介质损耗角。

四、 电绝缘陶瓷生产工艺、性能及应用
（一）刚玉-莫来石瓷及莫来石瓷 1、概述 莫来石瓷是以莫来石（3Al2O3· 2SiO2）和石英（SiO2）为 主晶相的陶瓷，它是应用最早的高频装置瓷。

刚玉-莫来石瓷的结晶相不是单一的刚玉，而是共存有莫来 石，因此称为刚玉-莫来石瓷。其主要原料是粘土、氧化铝 和碳酸盐。刚玉-莫来石瓷的电性能较好，机械强度较高， 热稳定性能好，工艺性能好，烧结温度不高，且烧结温度 范围宽。可用来制造高频高压绝缘子，线圈骨架，电容器 外壳及其他绝缘支柱，高压开关及其他大型装置器件等。
（二）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(热)补偿型（Ⅰ型）：使用非铁电陶瓷，高
频损耗小，介电常数随温度线性变化，可补偿 电路中或电阻随温度系数的变化，维持谐振频 率的稳定。

温度(热)稳定型：使用非铁电陶瓷，特点是介电 常数随温度变化很小，接近于零，适用于高频和 微波电路中。 高介电常数型：采用铁电或反铁电陶瓷，特点是 介电常数非常高，可达30000，适用于低频高容 量电容器。 半导体型：非线性电阻电容器，用于开关电路或 热保护电路中，起自动开关作用。