电介质陶瓷电介质陶瓷

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 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。
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。
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 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 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 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 类材料中又相继发现了 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。
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 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 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 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。
静电场中介质的极化

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。（C/A= εr /d）

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 热稳定性能好，工艺性能好，烧结温度不高，且烧结温度 艺性能好 烧结温度不高 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，高益广泛，有 时还要求具有耐机械力冲击和热冲击的性能 如 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 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 的热膨胀系数、平整、高表面光洁度及易镀膜或 表面金属化。

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 性是电绝缘性、极化（ （dielectric loss）。 1、电绝缘与极化 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。
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。
(2) ( )二次莫来石的生成 次莫来石的 成 一次莫来石生成的同时，还伴生游离石英。石英有多晶转变， 对瓷质不利，在生产高铝瓷时要增加 Al2O3 成分，使之与游 离石英起反应生成莫来石 这时所生成的莫来石称为二次莫 离石英起反应生成莫来石，这时所生成的莫来石称为二次莫 来石。
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 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。 实际中所使用的电绝缘材料都不是完全理想的电介质， 其电阻不是无穷大的。在外电场的作用下，总有 些带 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，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”。 损耗称为“漏导损耗”
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。 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 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400 400~2000MPa 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。