电介质陶瓷分解共60页
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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
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
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
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？
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。
介电材料PPT课件
第一章 电介质陶瓷
.
1
第一节 电介质陶瓷
• 电介质陶瓷是指电阻率大于108Ωm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 陶瓷和电容器陶瓷。随着材料科学的发展，在这类材料中又相 继发现了压电、铁电和热释电等性能，因此电介质陶瓷作为功 能陶瓷又在传感、电声和电光技术等领域得到广泛应用。
• 电绝缘陶瓷材料按瓷坯中主要矿物成分可分为钡长石瓷、高 铝瓷、高硅瓷、莫来石瓷、滑石瓷、镁橄榄石瓷、硅灰石瓷 及锆英石瓷等。
• 在无线电设备中，电绝缘瓷主要用于高频绝缘子、插座、瓷 轴、瓷条、瓷管、基板、线圈骨架、波段开关片、瓷环等。 陶瓷基片为绝缘陶瓷材料的主要研究方向，市场占有率也比 较高。
.
.
27
§ 1-2 典型低介装置瓷
预烧的作用: 促使晶型转变 减少胚体的烧结收缩率，保证产品尺寸的准确性 可使碱金属离子减少或去除，起纯化的作用，破坏 Al2O3颗粒聚集状态，以获得细颗粒的原料。
.
28
§ 1-2 典型低介装置瓷
(2) 化学法 铝的草酸盐热分解 醇盐水解 sol-gel法
.
38
§ 1-2 典型低介装置瓷
性质
AlN
SiC
导热率(w/m·k) (室温)
100~270
270
Al2O3 20
BeO 310
BN 20~60
电阻率（Ω·m） (室温)
>1012
1011
>1012
>1012
>1013
抗电强度（105v/m）
(室温)
140~170
0.7
100
100~140
300~400
声子热传导（类似于气体）
.
1
第一节 电介质陶瓷
• 电介质陶瓷是指电阻率大于108Ωm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 陶瓷和电容器陶瓷。随着材料科学的发展，在这类材料中又相 继发现了压电、铁电和热释电等性能，因此电介质陶瓷作为功 能陶瓷又在传感、电声和电光技术等领域得到广泛应用。
• 电绝缘陶瓷材料按瓷坯中主要矿物成分可分为钡长石瓷、高 铝瓷、高硅瓷、莫来石瓷、滑石瓷、镁橄榄石瓷、硅灰石瓷 及锆英石瓷等。
• 在无线电设备中，电绝缘瓷主要用于高频绝缘子、插座、瓷 轴、瓷条、瓷管、基板、线圈骨架、波段开关片、瓷环等。 陶瓷基片为绝缘陶瓷材料的主要研究方向，市场占有率也比 较高。
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§ 1-2 典型低介装置瓷
预烧的作用: 促使晶型转变 减少胚体的烧结收缩率，保证产品尺寸的准确性 可使碱金属离子减少或去除，起纯化的作用，破坏 Al2O3颗粒聚集状态，以获得细颗粒的原料。
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§ 1-2 典型低介装置瓷
(2) 化学法 铝的草酸盐热分解 醇盐水解 sol-gel法
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38
§ 1-2 典型低介装置瓷
性质
AlN
SiC
导热率(w/m·k) (室温)
100~270
270
Al2O3 20
BeO 310
BN 20~60
电阻率（Ω·m） (室温)
>1012
1011
>1012
>1012
>1013
抗电强度（105v/m）
(室温)
140~170
0.7
100
100~140
300~400
声子热传导（类似于气体）
功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷概要共80页文档
பைடு நூலகம்
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷概要
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 中介 微波介质陶瓷概要
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
功能陶瓷 电介质陶瓷和绝缘陶瓷 高介 半导体电介质陶瓷
5
阻挡层电容器(第三类介电材料)
(b)内绝缘阻挡层
Barrier-layer capacitors
Internal barrier layers
导致材料具有很大有效介电常数的再氧化绝缘薄层，其性 质同压敏电阻相似。由于在半导体晶粒表面上存在着肖特 基绝缘阻挡层，这将使得它们具有与两个背对背二极管相 同的特性。由于其电流必须较低，因而工作电压也受到限 制。为了使材料满足抗高压性能的要求，在电极之间应存 在大量的这种陶瓷绝缘阻挡层，另外还含有晶界相，在氧 化作用下，其中的氧离子和杂质离子能扩散到晶面。
9
阻挡层电容器(第三类介电材料) (c)计算模型
设 则每个单元的电容 晶体块状材料的电容 由于单位面积存在 个小块，则单位面积的电容C为:
电介质的有效相对介电常数可求得 若 则
在实际中是可以得到这样结果，且通常其tanδ为0.03。
10
内阻挡层电容器结构示意图
11
11
阻挡层电容器(第三类介电材料)
AST掺杂的范围较宽，重复性也较好。
22
BaTiO3瓷的半导化机理
4. 工业纯原料原子价控法的不足 对于工业纯原料，由于含杂量较高，特别是含有Fe3+、 Mn3+(或Mn2+)、Cu+、Cr3+、Mg2+、Al3+(K+、Na+)等离子， 它们往往在烧结过程中取代BaTiO3中的Ti4+离子而成为受 主，防碍BaTiO3的半导化。例如：
半导体瓷——晶界效应及表面效应
13
1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、表面层 电容器 2. NTC热敏半导体瓷（由Cu、Mn、Co、Ni、Fe 等过渡金属氧化物烧成，二元、三元、多元 系）→NTC热敏电阻
阻挡层电容器(第三类介电材料)
(b)内绝缘阻挡层
Barrier-layer capacitors
Internal barrier layers
导致材料具有很大有效介电常数的再氧化绝缘薄层，其性 质同压敏电阻相似。由于在半导体晶粒表面上存在着肖特 基绝缘阻挡层，这将使得它们具有与两个背对背二极管相 同的特性。由于其电流必须较低，因而工作电压也受到限 制。为了使材料满足抗高压性能的要求，在电极之间应存 在大量的这种陶瓷绝缘阻挡层，另外还含有晶界相，在氧 化作用下，其中的氧离子和杂质离子能扩散到晶面。
9
阻挡层电容器(第三类介电材料) (c)计算模型
设 则每个单元的电容 晶体块状材料的电容 由于单位面积存在 个小块，则单位面积的电容C为:
电介质的有效相对介电常数可求得 若 则
在实际中是可以得到这样结果，且通常其tanδ为0.03。
10
内阻挡层电容器结构示意图
11
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阻挡层电容器(第三类介电材料)
AST掺杂的范围较宽，重复性也较好。
22
BaTiO3瓷的半导化机理
4. 工业纯原料原子价控法的不足 对于工业纯原料，由于含杂量较高，特别是含有Fe3+、 Mn3+(或Mn2+)、Cu+、Cr3+、Mg2+、Al3+(K+、Na+)等离子， 它们往往在烧结过程中取代BaTiO3中的Ti4+离子而成为受 主，防碍BaTiO3的半导化。例如：
半导体瓷——晶界效应及表面效应
13
1. BaTiO3半导体瓷 a. PTC热敏电阻瓷 →PTC热敏电阻 b. 半导体电容器瓷 →晶界层电容器、表面层 电容器 2. NTC热敏半导体瓷（由Cu、Mn、Co、Ni、Fe 等过渡金属氧化物烧成，二元、三元、多元 系）→NTC热敏电阻
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
＋
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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：
功能陶瓷--电介质陶瓷和绝缘陶瓷-中介-微波介质陶瓷概要
P.R.China: 6 companys mainly
浙江正原电气股份有限公司、潮州三环(集团)股份有限公司、景华电子有限责任 公司(999厂)、苏州捷嘉电子有限公司、浙江嘉康电子有限公司、福建南安讯通电 子公司、高斯贝尔公司、嘉兴佳利电子有限公司、西安广芯电子科技有限公司、 张家港燦勤电子元件有限公司、武汉凡谷电子技术股份有限公司、江苏江佳电子 股份有限公司
Dielectric Filter
7
7
在微波电路中的应用主要有以下几方面： 用作微波电路的介质基片 起着电路元器件及线路的承载、支撑和绝缘作用； 用作微波电路的电容器 起着电路或元件之间的耦合及储能作用； 用作微波电路的介质天线 起着集中吸收储存电磁波能量的作用； 用作微波电路的介质波导 起着导引电磁波沿一定方向传播的作用； 用作微波电路的介质谐振器件（最主要应用） 起着类似于一般电子线路中LC谐振电路的作用
微波谐振器的频率特征曲线
17
17
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。
18
18
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：
27
测试频率<1GHz,可用阻抗分析仪如HP4294A
28
28
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
浙江正原电气股份有限公司、潮州三环(集团)股份有限公司、景华电子有限责任 公司(999厂)、苏州捷嘉电子有限公司、浙江嘉康电子有限公司、福建南安讯通电 子公司、高斯贝尔公司、嘉兴佳利电子有限公司、西安广芯电子科技有限公司、 张家港燦勤电子元件有限公司、武汉凡谷电子技术股份有限公司、江苏江佳电子 股份有限公司
Dielectric Filter
7
7
在微波电路中的应用主要有以下几方面： 用作微波电路的介质基片 起着电路元器件及线路的承载、支撑和绝缘作用； 用作微波电路的电容器 起着电路或元件之间的耦合及储能作用； 用作微波电路的介质天线 起着集中吸收储存电磁波能量的作用； 用作微波电路的介质波导 起着导引电磁波沿一定方向传播的作用； 用作微波电路的介质谐振器件（最主要应用） 起着类似于一般电子线路中LC谐振电路的作用
微波谐振器的频率特征曲线
17
17
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。
18
18
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：
27
测试频率<1GHz,可用阻抗分析仪如HP4294A
28
28
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