特种陶瓷第四讲 电介质陶瓷PPT课件
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特种陶瓷课件
第一章 特种陶瓷粉体的制备及其性能表征
制备工艺过程→显微结构→特殊性能
制备工艺过程：粉体制备、成型、烧结。
粉体制备是基础。
如：粉体的流动性、团聚状况、颗粒度→坯 体的质地、致密度、是否有缺陷→陶瓷件的 显微结构均匀性、致密度、内部有无缺陷、 外表是否平整。
1.1 特种陶瓷粉体应有的特性
1、化学组成精确：它决定了产品晶
3、等沉降速度球相当径：也称为斯托克斯径，它 是以在流体中与实际颗粒以相等沉降速度下降的球 的直径来表示实际颗粒的粒度的。斯托克斯定律：
其中，V--斯托克斯沉降速度；D--斯托克斯径；η— 流体介质的粘度；ρs、ρf—分别是颗粒及流体的 密度。
4、马丁径：沿一定方向把颗粒的投影面 积二等分线的长度。该等分线可以在任何 方向画出，只要对所有颗粒来说，保持同 一方向； 5、费莱特径：颗粒影象的二对边切线 （相互平行）之间的距离。只要选定一个 方向后，任意颗粒影象的切线都必须与该 方向平行； 6、投影面积径：与颗粒影象有相同面积 的圆的直径。 其中，只有显微镜法，可以有目的地将一 次颗粒径与团聚颗粒径分开。
4、研究制备材料的最佳工艺；
5、对烧后制品进行冷加工技术。
7、研究趋向与展望
研究趋向：
从单一的力学、热学、电学、磁学、光学等向 复合功能的发展； 制备过程中多种材料组成、形式的复合化，以 改善陶瓷材料的脆性； 基础科学的研究。 展望： 特种陶瓷材料的产业化 the honour of “china”
dv
=
3
6V π
2、等面积球相当径：与颗粒等表面积的球的直径称为等表
面积球相当径，其大小
对表面积的测定一般通过流体透过法或吸附法间接得到，流体
透过多孔体的运动在层流条件下服从达西公式；氩气、液体吸 附法是当吸附与脱附平衡后，服从朗格缪尔方程。
功能陶瓷材料-电功能陶瓷ppt课件
13
❖离子电导行为
如果材料的离子迁移数等于1，或者说离子电导率比电子电 导率大许多，并几乎为材料中总的电导率值，亦即材料中的载 流子几乎全部为离子，材料的导电行为称为离子导电。
在许多离子晶体中，虽然离子迁移数接近于1，但是晶体中的载 流子迁移率很低，材料实际上不导电。离子导电材料在结构上一般 需要满足三个条件：
3
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
10
传统硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷是离子晶体。在离子晶体中，离 子导电和电子导电都存在。但一般情况下，以离子导电为主，电 子导电很微弱。然而，材料含变价离子，生成非化学计量化合物 或引入不等价杂质时，将产生大量自由电子或空穴，电子导电增 强，称为半导体。离子晶体热缺陷造成的离子电导称为本征离子 电导，杂质造成的离子电导称为杂质电导。
关于快离子导体的导电机制，一般认为是：其晶体由两种亚晶格 组成，一种是不运动离子亚晶格，另一种是运动离子亚晶格。当晶 体处于快离子相时，不运动离子构成骨架，为运动离子的运动提供 通道。运动离子像液体那样在晶格中做布朗运动，可以穿越两个平 衡位置的势垒进行扩散，快速迁移。
19
快离子导体的主要特点是：
Ag在AgI晶胞中 的位置
21
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。
❖离子电导行为
如果材料的离子迁移数等于1，或者说离子电导率比电子电 导率大许多，并几乎为材料中总的电导率值，亦即材料中的载 流子几乎全部为离子，材料的导电行为称为离子导电。
在许多离子晶体中，虽然离子迁移数接近于1，但是晶体中的载 流子迁移率很低，材料实际上不导电。离子导电材料在结构上一般 需要满足三个条件：
3
❖ 对于传统陶瓷，人们利用陶瓷材料的电性能主要是其绝缘 性能；而对于先进陶瓷材料，除了其绝缘性能外，人们更关 心的是陶瓷材料的导电能力。目前高温超导氧化物的导电能 力已超过金属，得到应用的先进陶瓷材料的电导率覆盖了从 良导体到绝缘体的范围。
❖ 陶瓷材料的导电机制比较复杂，其导电性能与材料组成、 掺杂、微结构、晶体缺陷、制备工艺及后处理过程等密切相 关。
10
传统硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷是离子晶体。在离子晶体中，离 子导电和电子导电都存在。但一般情况下，以离子导电为主，电 子导电很微弱。然而，材料含变价离子，生成非化学计量化合物 或引入不等价杂质时，将产生大量自由电子或空穴，电子导电增 强，称为半导体。离子晶体热缺陷造成的离子电导称为本征离子 电导，杂质造成的离子电导称为杂质电导。
关于快离子导体的导电机制，一般认为是：其晶体由两种亚晶格 组成，一种是不运动离子亚晶格，另一种是运动离子亚晶格。当晶 体处于快离子相时，不运动离子构成骨架，为运动离子的运动提供 通道。运动离子像液体那样在晶格中做布朗运动，可以穿越两个平 衡位置的势垒进行扩散，快速迁移。
19
快离子导体的主要特点是：
Ag在AgI晶胞中 的位置
21
具有β-Al2O3结构的氧化物
β-Al2O3结构属于六角晶系。这种结构的导电性源于一价碱金立方堆积，铝粒子处在八 面体和四面体间隙位置上。A+和氧层连接在一起，这种疏松的连接层是 无序的，它提供了原子通道，使晶格中的A离子很容易移动。
电容器陶瓷PPT课件
▪ 四，总结
31.10.2020
21
三，各类电容器陶瓷
▪ 1，非铁电电容器陶瓷
非铁电高介电容器陶瓷的品种繁多， 按照材料介电系数的温度系数α的大小，可 分为温度补偿电容器陶瓷及温度稳定电容 器陶瓷两类：
31.10.2020
22
（1）温度补偿电容器陶瓷（以金红石瓷和 钛酸钙陶瓷为例）
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，而且可以通过组成的调节，使介 电常数的温度系数灵活的变化。Q值高，高频带仍能使用， 且介电常数不随电压而变化。介电常数的温度系数为负值， 可以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。一般温度补偿电容器陶瓷都具有一种特性， 其具体为：随着ξ提高，其温度系数由正值变为负值，且 其值逐渐变小，这种特性叫NPO特性。目前正在使用的， 具有NPO特性且介电常数最高的材料是（钛酸钕） Nd2Ti2O7-BaTiO3-Bi2O3-TiO2-PbO系材料。
31.10.2020
10
实际中电绝缘材料都不是完全的电介质，其电阻 不是无穷大的，在外电场的作用下，总有一些带电质 点会发生移动而引起漏导电流，这种漏导电流流经介 质时使介质发热而损耗了电能。这种因电导而引起的 介质损耗称为“漏导损耗”。同时一切介质在电场中 均会呈现出极化现象，除电子、离子弹性位移极化基 本上不消耗能量以外，其他缓慢极化，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，这种损耗一般称为“极化损 耗 ” 。极化损耗与外电场频率和工作温度密切相关， 一般在高温、高频时损耗较大。
要求日益迫切。固体电解电容器只能适用于直流场合，因此在
交流的情况下，陶瓷电容器则具有其特殊的重要性。陶瓷电容
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三，各类电容器陶瓷
▪ 1，非铁电电容器陶瓷
非铁电高介电容器陶瓷的品种繁多， 按照材料介电系数的温度系数α的大小，可 分为温度补偿电容器陶瓷及温度稳定电容 器陶瓷两类：
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22
（1）温度补偿电容器陶瓷（以金红石瓷和 钛酸钙陶瓷为例）
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，而且可以通过组成的调节，使介 电常数的温度系数灵活的变化。Q值高，高频带仍能使用， 且介电常数不随电压而变化。介电常数的温度系数为负值， 可以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。一般温度补偿电容器陶瓷都具有一种特性， 其具体为：随着ξ提高，其温度系数由正值变为负值，且 其值逐渐变小，这种特性叫NPO特性。目前正在使用的， 具有NPO特性且介电常数最高的材料是（钛酸钕） Nd2Ti2O7-BaTiO3-Bi2O3-TiO2-PbO系材料。
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10
实际中电绝缘材料都不是完全的电介质，其电阻 不是无穷大的，在外电场的作用下，总有一些带电质 点会发生移动而引起漏导电流，这种漏导电流流经介 质时使介质发热而损耗了电能。这种因电导而引起的 介质损耗称为“漏导损耗”。同时一切介质在电场中 均会呈现出极化现象，除电子、离子弹性位移极化基 本上不消耗能量以外，其他缓慢极化，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，这种损耗一般称为“极化损 耗 ” 。极化损耗与外电场频率和工作温度密切相关， 一般在高温、高频时损耗较大。
要求日益迫切。固体电解电容器只能适用于直流场合，因此在
交流的情况下，陶瓷电容器则具有其特殊的重要性。陶瓷电容
电介质陶瓷-PPT文档资料
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：
－ + － + －
+ － －
－ +
+ －
－ +
+ －
+ － － +
－ + － +
－ + －
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：
《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PPT课件
(VHF)， 厘米波段： λ =10cm-1cm，f=3GHz-30GHz，超高频段
(SHF)； 毫米波段： λ =1cm-1mm，f=30GHz-300GHz，极高频
段(EHF) 亚毫米波段： λ =1mm-0.1mm，f=300GHz-3000GHz，
极超高频段(SEHF)。
3
1.4.5 微波介质陶瓷 (Microwave dielectric ceramics)
10
1.4.5 微波介质陶瓷
微波陶瓷的介电性能
介质谐振器的典型工作模式
由于微波陶瓷介质工作在微波频率下，介质材料的主要 特性参数(εr 、tgδ、 τf)具有某些特殊要求。对εr而言，由 于时间常数大的电极化形式在微波条件下来不及产生， 而电子位移式极化在介电常数中所占比例极小，所以起 主要作用的是金属离子位移式极化。
tan
r1 r2
r2
Q f
f
2
2 r
常数
tan
εγ1、εγ2、ωγ、γ、ω代表有功介电常数、无功介电常数、 材料固有角频率rad/s、衰减因子、频率为f时的角频率。
可以看出，在微波频率下，介电材料的介质损耗tanδ正 比于ω的增大而增大，材料的品质因数Q则随着频率f的
增加而减小。但是对于同一材料来说Q×f乘积值是基本 保持不变，因此，在微波频段下，可以采用Q×f来表征
4
分米波 VHF
厘米波 SHF
毫米波 亚毫米 EHF SEHF
Frequency bands covered by the various wireless technologies (*includes ‘Bluetooth’; Harald Blatand (Bluetooth) was a famous King of Denmark c.960 who is known for encouraging communication between people).
(SHF)； 毫米波段： λ =1cm-1mm，f=30GHz-300GHz，极高频
段(EHF) 亚毫米波段： λ =1mm-0.1mm，f=300GHz-3000GHz，
极超高频段(SEHF)。
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1.4.5 微波介质陶瓷 (Microwave dielectric ceramics)
10
1.4.5 微波介质陶瓷
微波陶瓷的介电性能
介质谐振器的典型工作模式
由于微波陶瓷介质工作在微波频率下，介质材料的主要 特性参数(εr 、tgδ、 τf)具有某些特殊要求。对εr而言，由 于时间常数大的电极化形式在微波条件下来不及产生， 而电子位移式极化在介电常数中所占比例极小，所以起 主要作用的是金属离子位移式极化。
tan
r1 r2
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Q f
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常数
tan
εγ1、εγ2、ωγ、γ、ω代表有功介电常数、无功介电常数、 材料固有角频率rad/s、衰减因子、频率为f时的角频率。
可以看出，在微波频率下，介电材料的介质损耗tanδ正 比于ω的增大而增大，材料的品质因数Q则随着频率f的
增加而减小。但是对于同一材料来说Q×f乘积值是基本 保持不变，因此，在微波频段下，可以采用Q×f来表征
4
分米波 VHF
厘米波 SHF
毫米波 亚毫米 EHF SEHF
Frequency bands covered by the various wireless technologies (*includes ‘Bluetooth’; Harald Blatand (Bluetooth) was a famous King of Denmark c.960 who is known for encouraging communication between people).
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4
2、介电损耗 电介质在电场作用下，把部分电能转变成热能使 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。
5
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及装置陶 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。
9
（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。
10
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。
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，电容器的体积可以做的更小。
7
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。
8
❖ 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。
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。
11
❖ 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）。
(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。
6
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。
14
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。
第一章 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
1
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
13
四、 电绝缘陶瓷生产工艺、性能及应用
（一）电绝缘陶瓷的生产特点
电绝缘陶瓷的性能，主要强调三个方面，即高体积电阻率、低介电 常数和低介电损耗。除此之外，还要求具有一定的机械强度。
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。
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。
3
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。
12
❖ 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1的介电强度。
（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。
2
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）。
2、介电损耗 电介质在电场作用下，把部分电能转变成热能使 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。
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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及装置陶 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。
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（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。
10
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。
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，电容器的体积可以做的更小。
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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。
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❖ 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。
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。
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❖ 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）。
(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。
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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。
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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。
第一章 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
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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
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四、 电绝缘陶瓷生产工艺、性能及应用
（一）电绝缘陶瓷的生产特点
电绝缘陶瓷的性能，主要强调三个方面，即高体积电阻率、低介电 常数和低介电损耗。除此之外，还要求具有一定的机械强度。
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。
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。
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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。
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❖ 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1的介电强度。
（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。
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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）。