介电陶瓷材料
高介微波介质陶瓷材料
高介微波介质陶瓷材料高介微波介质陶瓷材料是一种特殊的材料，具有高介电常数和低介质损耗的特点。
它在微波领域有着广泛的应用，如通信设备、雷达系统、无线电频率调谐器等。
本文将介绍高介微波介质陶瓷材料的特点、制备方法以及应用领域。
高介微波介质陶瓷材料具有高介电常数的特点，这意味着它在微波频率下具有较高的介电响应。
这使得它可以在微波电路中作为介质材料来调整电路的性能。
此外，高介电常数的材料还可以增加微波电路的电场集中效应，提高微波能量的传输效率。
除了高介电常数，高介微波介质陶瓷材料还具有低介质损耗的特点。
介质损耗是指材料在电场或磁场作用下，因材料内部能量的耗散而导致的能量损失。
高介质损耗会使微波电路的效能下降，而高介微波介质陶瓷材料的低介质损耗能够降低电路中的能量损失，提高电路的工作效率。
高介微波介质陶瓷材料的制备方法多样。
其中一种常见的方法是采用固相反应法。
首先，选取合适的原料，通常是氧化物或碳酸盐等化合物。
然后，将原料混合均匀，并进行烧结。
在烧结过程中，原料中的化合物会发生反应，形成陶瓷材料的晶体结构。
通过调整原料的配比和烧结温度，可以获得具有高介电常数和低介质损耗的高介微波介质陶瓷材料。
高介微波介质陶瓷材料在通信设备领域有着广泛的应用。
在无线通信系统中，高介微波介质陶瓷材料可以作为天线的介质，提高天线的性能。
此外，它还可以作为滤波器、耦合器和隔离器等微波电路的基础材料，用于调整电路的频率响应和增强微波信号的传输效果。
雷达系统是另一个应用高介微波介质陶瓷材料的领域。
在雷达系统中，高介微波介质陶瓷材料可以作为天线的支持材料，提高天线的稳定性和性能。
此外，它还可以用于制作雷达天线的匹配器和耦合器，提高雷达系统的工作效率和灵敏度。
此外，高介微波介质陶瓷材料还可以应用于无线电频率调谐器。
在无线电频率调谐器中，高介微波介质陶瓷材料可以作为可调谐电容器的介质，用于调整电路的频率响应和改变电路的电容值。
这使得无线电频率调谐器可以在不同频率范围内实现高效的信号调谐。
电子陶瓷的介电常数与介质损耗
电子陶瓷的介电常数与介质损耗电子陶瓷是一种重要的功能材料，在电子器件与通信领域中扮演着至关重要的角色。
其中，介电常数和介质损耗是电子陶瓷关键性能参数，对其电学性能和应用效果具有重要影响。
一、介电常数的定义及作用介电常数是电子陶瓷的重要物理性质，它表征了材料在电场作用下的介电响应能力。
介电常数表示了材料中自由电荷与应变场或电场之间的相互作用程度。
在电子器件中，介电常数决定了材料的电容性能。
具有高介电常数的电子陶瓷能够存储更多的电荷，并提供更大的电容量。
因此，在制备高电容电容器、介电选择性滤波器和功率电子器件等方面，高介电常数是十分重要的。
二、介质损耗的定义及影响介质损耗是指电子陶瓷在电场作用下产生的能量损耗。
它是介电材料中自由电荷相互摩擦引起的，也可以理解为能源的转化和耗散过程。
介质损耗对电子器件的性能有着重要的影响。
当电子陶瓷具有较高的介质损耗时，会导致电路中能量的不必要损耗，增加电路的功耗，并可能引起因能量的转化而产生的热量。
因此，对于一些对信号传输质量要求较高的应用，如通信和微波电路，低介质损耗是十分关键的。
三、影响介电常数与介质损耗的因素1. 材料成分：电子陶瓷的成分决定了其电学性能。
不同的组分会对介电常数和介质损耗产生不同的影响。
通过调整组分，可以改变电子陶瓷的微观结构和界面效果，从而实现对介电常数和介质损耗的调控。
2. 结晶度：材料的晶体结构会对其电学性能产生重要影响。
较高的结晶度有助于提高介电常数，并减小介质损耗。
因此，在制备电子陶瓷时，应注重晶体结构的控制和优化。
3. 温度：温度对电子陶瓷的介电性能有较大影响。
随着温度的升高，材料的介电常数会发生变化，并伴随着介质损耗的变化。
因此，设计和应用电子陶瓷材料时，应考虑温度对性能的影响，选择适合的工作温度范围。
四、优化电子陶瓷的方法为了优化电子陶瓷的介电性能，提高介电常数并降低介质损耗，研究人员尝试了多种方法和技术。
1. 控制材料成分：通过合理选择和调控电子陶瓷的组分，可以实现对介电常数和介质损耗的调节。
介电材料的极化
液晶材料
一種介於固態和液態的中間狀態， 即所謂的液晶（liquid cystal Display，即LCD）的普及化，而變得廣 為人知。舉凡科學儀器上跳動的指示燈、 電子手錶等，都因為液晶顯示螢幕而開 創了新的紀元。
液晶材料
西元1888年，奧地利植物學 者Reinitzer 注意到他所合成的 苯甲酸膽固醇酯（Chelesteryl benzoate） 竟有兩個熔點：在145℃ 時，熔解為一種混 濁的液狀物；達179℃ 時，又突然變為一般 的透明液體。德國物理學者Lemann取得此樣 品，以偏光顯微鏡確認其為有組織方位性的 液體，即結晶液體crystalline liquid）。
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A2：
動態隨機存取記憶體(DRAM)的記 憶胞 ( memory cell ) 是由一個電晶 體與一個電容所組成。電晶體控制讀 寫開關，電容是否儲存電荷則代表數 元 1 或 0。
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光纖材料
光纖就是能輸送光線的纖維，而 在全反射的狀況下，整條光纖就像一 條周圍都是鏡子的管線，一旦光線進 入這條管子，只有從出口的那一端出 來，就完成了光波的傳輸 。
全反射-光纖材料的應用原理
全反射為光線 由折射率較大 的介質射向折 射率較小的介 質時，入射光 線將全部反射 回來，不會有 折射發生。
電容器是用來貯存從一電路接收到的電荷之 電子元件，電容器的功用有:使電訊號波動變得 平滑，積存電荷以避免電路的其他部份損壞。
電容器-有關電容器的運算公式
Q=CV
其中Q為電容器貯存的電荷量(庫侖) C為電容值(法拉第) V為電壓(伏特)
C=ε(A/d)其中C為電容(法拉第) ε為介電係數(常數) A為電容平板的面積(平方公尺) d為電容平板間的距離(公尺)
钛酸钡材料综述
钛酸钡材料综述1.引言钛酸钡铁电陶瓷是20世纪中叶发展起来的一种性能卓越的介电材料，即便其发展时间较短，但其具有卓越的压电性能、介电性能及热释电性等，使其一跃成为功能陶瓷领域内极为重要的组成部分，并且其作为电子陶瓷元器件的基础材料，推动了电子工业的发展。
近些年，全球电子工业发展迅速，其高性能、高精度、小型化的特点对主要原料提出了更高的要求，这无形中也对钛酸钡铁电陶瓷的发展也提出了较高要求[1]。
在实际生产中，要求钛酸钡铁电陶瓷粉体超细、超纯，并对主要原料掺杂改性技术方面不断完善。
2.钛酸钡铁电陶瓷的主要制备技术钛酸钡铁电陶瓷材料的常用制备方法有固相合成法、液相合成法两大类。
针对每个大类的合成方法下面还包含了诸多支路，其具体操作各具特色。
传统固相合成法是一种常用的合成方法，但是由于该方法年代久远，因此所制备的产物粉体纯净度较低，且回收颗粒物体积大、化学活性较差，所以当前工业上使用该方法生产钛酸钡粉效果较差。
尤其是在电子产业中，对元件性能要求高，需要可靠、固态化、多功能性、多层化等高要求的元件。
面对此趋势，经过改进后的液相合成法可以达到较好的效果，液相合成法包括凝胶法、化学沉淀法、水热合成法等。
由于这些方法合成温度要求低且其各组分是在分子水平合成的，所以该方法制备出来得纯钛酸钡粉产物具有结晶性好、组成均匀、粒径可控、无团聚、纯度极高等优势，可充分发挥元器件的电子性能。
以钛酸四丁酯Ti(OC4H9)4(98．0％)、硝酸钡Ba(N03)：(99．5％)和草酸H2C204(99．5％)为初始原料，在微波温度为80℃，微波时间为10 min，煅烧温度为700℃和煅烧时间为1 h的条件下制备一定量晶粒尺寸在30—50 nm的BaTiO，纳米粉放入研钵中，用浓度5％作为粘合剂的PVA溶液制造颗粒，再用80～120目的筛子对颗粒进行筛选。
每次称取0．35 g左右的样品放入模具中，在10 MPa 的压力下对粉体进行干压成型，最后对瓷坯进行排胶、烧结等后续处理。
储能陶瓷材料的研究现状
储能陶瓷材料的研究现状高介电常数陶瓷材料：研究人员致力于开发具有高介电常数的陶瓷材料，这些材料能够存储更多的电荷，并且在电容器等储能设备中能够实现更高的能量密度。
钙钛矿型氧化物：钙钛矿型氧化物被认为是潜在的储能陶瓷材料，它们具有良好的介电性能和电化学性能。
一些钙钛矿型氧化物，如钛酸锶钡（STB）和钛酸钡（BT），已经被广泛研究用于储能应用中。
复合材料：研究人员还探索将陶瓷材料与其他功能材料（如导电聚合物、金属氧化物等）组合以制备复合材料，以提高其储能性能。
界面工程：针对储能设备中界面问题的研究也在不断进行。
界面工程旨在改善储能陶瓷材料与电极之间的界面接触和电荷传输，以提高储能设备的性能和稳定性。
纳米结构陶瓷：纳米结构陶瓷材料因其特殊的物理和化学性质，被认为在储能领域有着巨大的潜力。
纳米结构能够提高材料的表面积和界面反应活性，从而改善其储能性能。
可再生能源集成：随着可再生能源的快速发展，储能陶瓷材料也被研究用于与太阳能电池板和风力发电等可再生能源设备集成，以平衡能源供应和需求。
综合来看，储能陶瓷材料的研究方向主要集中在提高材料的储能密度、电化学性能、界面特性以及与可再生能源设备的集成等方
面。
随着科学技术的不断进步，相信储能陶瓷材料将在未来的能源存储和转换领域发挥更为重要的作用。
熔融石英陶瓷材料介电性能影响因素分析
第43卷第2期2024年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.2February,2024熔融石英陶瓷材料介电性能影响因素分析崔唐茵1,2,王㊀鹏1,2,3,刘瑞祥2,王洪升2,曹俊倡2,陈东杰2(1.山东理工大学材料科学与工程学院,淄博㊀255000;2.山东工业陶瓷研究设计院有限公司,淄博㊀255000;3.国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室,长沙㊀410073)摘要:采用凝胶注模成型工艺制备熔融石英陶瓷,通过XRD㊁SEM 和电性能网络分析仪对陶瓷样品的晶体结构㊁微观形貌㊁介电性能进行分析,研究了熔融石英陶瓷介电性能的影响因素,为筛选制备石英陶瓷材料最优工艺方案提供依据㊂研究结果表明:材料制备工艺一定时,制备不同厚度的石英陶瓷板,平铺烧结,同一块方板沿垂直方向自上而下,密度逐渐下降,密度与介电常数呈正相关,密度每上升0.01g /cm 3,介电常数对应上升0.01~0.02,密度对损耗角正切数值影响不大;同一块板同样厚度位置,边角与中间位置的密度几乎没有变化;同一块板,同样厚度方向,介电常数变化不大;石英陶瓷板中引入松香导致试样更致密,密度升高,介电常数随之增大;相同密度的试样,采用不同的介电测试方式计算所得的介电常数有约0.03的偏差㊂关键词:熔融石英陶瓷;凝胶注模成型;坯板厚度;坯板密度;松香;介电性能中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)02-0666-07Analysis of Influencing Factors on Dielectric Properties of Fused Quartz CeramicsCUI Tangyin 1,2,WANG Peng 1,2,3,LIU Ruixiang 2,WANG Hongsheng 2,CAO Junchang 2,CHEN Dongjie 2(1.School of Materials Science and Engineering,Shandong University of Technology,Zibo 255000,China;2.Shandong Industrial Ceramic Research and Design Institute Co.,Ltd.,Zibo 255000,China;3.Key Laboratory of New Ceramic Fibers and Composites,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China)Abstract :Fused silica ceramics were prepared by gel-casting molding process.The crystal structure,micro-morphology and dielectric properties of ceramic samples were analyzed by XRD,SEM and electrical network analyzer,and the influencing factors on dielectric properties of fused silica ceramics were studied to provide basis for screening the optimal preparation technology of fused silica ceramics.The results show that quartz ceramic slabs of different thicknesses are prepared and sintered horizontally with certain material preparation,the density of the same square slab decreases from top to bottom along the vertical direction,and the density has a positive correlation with the dielectric constant,for every 0.01g /cm 3increase in density,the dielectric constant increases by 0.01~0.02.And the density has little effect on the tangent value of the loss angle.For the same slab of the same thickness,the density of the edge and the middle positionbarely unchanged.For the same slab and the same thickness direction,the dielectric constant does not change much.The rosin in the quartz ceramic slab makes the sample denser and the dielectric constant increases with the increase of the density,the calculated permittivity has a deviation of about 0.03.Key words :fused silica ceramics;gel-casting molding;slab thickness;slab density;rosin;dielectric property 收稿日期:2023-08-15;修订日期:2023-10-23基金项目:山东省自然科学基金(ZR2023ME035,ZR2020ME027);国防科工局国防科技重点实验室稳定支持科研项目(WDZC20215250504);国家自然科学基金(51802176)作者简介:崔唐茵(1980 ),女,高级工程师㊂主要从事多频段高透波率陶瓷透波材料的设计与制备技术的研究㊂E-mail:2291355787@0㊀引㊀言从20世纪90年代开始,空战进入了信息化对抗时代,这个阶段的战争包括1999年的科索沃战争㊁2003㊀第2期崔唐茵等:熔融石英陶瓷材料介电性能影响因素分析667年的伊拉克战争[1]㊂该阶段第四代空空导弹AIM-120开始进入实战,同时超视距空战比例开始超过近距格斗㊂这一时期空战的典型特点是具有信息化对抗特点,在美国参加的几次战争中,先进的预警机在其空战体系中占据中心地位,空战态势基本上处于单向透明,同时数据链技术广泛应用,在目标探测㊁指挥控制和多机协同中发挥重要作用㊂1999年的科索沃战争,南联盟损失的6架米格-29先进战机大多是刚刚起飞就被预警机引导下的北约战机用AIM-120先进中距空空导弹击毁㊂面对强大的北约空中体系,南联盟战机在战场态势感知方面处于绝对劣势,大多数都是还未反应过来(发现被攻击)即被击毁㊂科索沃战争也是人类历史上第一场以空制胜的战争[2]㊂科索沃战争㊁伊拉克战争等战争实践表明,现代战争很大程度上是空中实力的较量,空战可主宰战争全局进程与最终结果,以空制胜成为可能㊂空中对抗主要武器性能的高低已成为决定战争胜负的重要因素[3-4]㊂导弹天线罩是保证雷达天线系统正常工作的关键部件,它既是弹体的组成部分又是雷达制导系统的组成部分,承担防热㊁透波和抗烧蚀的作用,保证导引头的正常工作㊂熔融石英陶瓷材料由于具有热膨胀系数小㊁导热率较低㊁抗热震性能稳定而且介电性能稳定等特性,是目前战术导弹天线罩较为理想的材料[5-7]㊂熔融石英陶瓷材料以原子结构长程无序的玻璃形态高纯熔融石英管料为主要原材料,是目前导弹上技术成熟度最高㊁用量最大㊁性价比最高的天线罩原材料㊂高性能陶瓷材料优异透波性能主要由材料本身介电性能决定㊂本文阐述了熔融石英陶瓷材料试样的凝胶注模成型工艺,讨论了试样介电性能的影响因素和有效改善方法,以及介电性能影响因素的作用机理等㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料当前,在凝胶注模成型工艺中技术最成熟的是丙烯酰胺系统[8-9],它的单体是含有单功能团的丙烯酰胺(AM),配合使用的交联剂是含有双功能团的N,Nᶄ-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)㊂技术要领是:先配制单体和交联剂的预混液,预混液中单体的浓度范围为5.0%~18.6%(质量分数),MBAM与AM的质量比为3ʒ35~1ʒ90㊂加入过硫酸钠或者过硫酸钾,作为聚合反应的引发剂,聚合反应速度的控制可以通过加入催化剂N,N,Nᶄ,Nᶄ-四甲基乙二胺(TEMED)来实现,有机单体聚合成高分子聚合物的化学反应可以通过自由基引发㊁阴离子引发和阳离子引发三种途径来实现[10-12]㊂以原子结构长程无序的玻璃形态高纯熔融石英管料(SiO2)为主要原材料,其中SiO2含量高于99.5%(质量分数)㊂1.2㊀试样的制备采用氧化铝球磨制浆法,加入有机单体AM㊁交联剂MBAM㊁去离子水和有机溶剂搅拌溶解,再加入乳酸调节pH值至3~6,采用2步制浆法:一是将熔融石英砂A㊁分散剂㊁单体溶液㊁溶剂准确称量,配比,然后加入球磨机中球磨3~8h;二是再加入熔融石英砂B,混合球磨4~20h,得到石英陶瓷浆料㊂将浆料置于真空搅拌机中处理5~10min,加入引发剂后,通入0.05~0.1MPa压缩空气,将浆料加压浇注进模型中,固化温度60~80ħ,保温时间0.5~2h,坯体完全固化后,立即打开模具,坯体成型;将坯体在70~90ħ烘干8~16h㊂当温度控制在30~300ħ时,升温速率为100ħ/h;当温度在300~600ħ时,升温速率为50~70ħ/h,达到600ħ时保温1h;当温度在600~1000ħ时,升温速率为100ħ/h;从1000ħ升至烧结温度,为避免熔融石英方石英化,升温速率应大于150ħ/h,对坯体方板进行烧结[13]㊂最后将坯体加工制备成40mmˑ40mmˑ2mm 的介电薄片试样㊂1.3㊀测试与表征采用阿基米德排水法,利用MZ-ST5000-D50密度孔隙率分析仪测试烧结样品的密度㊂先称出烧结样品在空气中的质量m0(单位:g),然后称出烧结样品被蒸馏水完全淹没时的质量m2,再将样品从水中移出测其质量m1,则烧结样品的密度D(单位:g/cm3)为D=m0m1-m2ˑρ水(1)式中:ρ为蒸馏水的密度,g/cm3㊂水利用安捷伦公司的N52300-225电性能测试仪对样品进行介电常数和介电损耗测试,测得样品的电容及668㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷低频下的介电损耗,测试频率为16GHz㊂介电常数εr 可以利用式(2)进行计算㊂εr =144ˑC ˑd D 2(2)式中:C 为室温下测得样品的电容,pF;d 为样品厚度,mm㊂利用美国quanta250场发射环境扫描电子显微镜(SEM)对样品表面微观形貌进行观察及表征㊂利用D /max-ⅢB X-射线衍射仪对样品的晶相结构进行分析,测试条件为Cu-K α射线,2θ范围20ʎ~80ʎ,扫描步宽0.02ʎ㊂2㊀结果与讨论2.1㊀密度对介电性能的影响2.1.1㊀取样位置对密度的影响图1㊀坯板取样位置及层数Fig.1㊀Sampling position and layer number of slab 介电试样均由石英坯板加工而成,对烧成后的石英坯板边角及中间位置切割取样,在取样厚度方向按10mm 左右每层分别加工试样,坯板取样位置及层数见图1,然后进行密度㊁介电常数㊁损耗角正切㊁弯曲强度㊁弹性模量测试,分析取样位置对石英试样性能的影响,制备的石英坯板的厚度分别为55和85mm㊂两块石英坯板的密度测试情况分别见表1和表2㊂由表1和表2的实测数据可得,烧结后的方板沿厚度垂直方向,密度自上而下逐渐下降,上层密度高,底层密度低㊂沿方板水平方向,同样厚度位置,边角与中间位置的密度差异不大㊂表1㊀55mm 坯板密度测试表Table 1㊀55mm slab density test tableThickness /density Sampling position Density /(g㊃cm -3)Sampling position Density /(g㊃cm -3)B1(upper layer of corner) 1.87Z1(upper layer of middle) 1.86B2(1layer in corner) 1.82Z2(1layer in middle) 1.8155mm /1.83g㊃cm -3B3(2layer in corner) 1.80Z3(2layer in middle) 1.80B4(3layer in corner) 1.79Z4(3layer in middle)1.78B5(4layer in corner) 1.78Z5(4layer in middle) 1.77B6(bottom layer of corner) 1.78Z6(bottom layer of middle) 1.78表2㊀85mm 坯板密度测试表Table 2㊀85mm slab density test tableThickness /density Sampling position Density /(g㊃cm -3)Sampling position Density /(g㊃cm -3)B1(upper layer of corner) 1.86Z1(upper layer of middle) 1.87B2(1layer in corner) 1.82Z2(1layer in middle) 1.83B3(2layer in corner) 1.81Z3(2layer in middle) 1.8185mm /1.83g㊃cm -3B4(3layer in corner) 1.81Z4(3layer in middle) 1.81B5(4layer in corner) 1.81Z5(4layer in middle) 1.81B6(5layer in corner) 1.81Z6(5layer in middle)1.81B7(6layer in corner) 1.81Z7(6layer in middle) 1.80B8(bottom layer of corner) 1.81Z8(bottom layer of middle) 1.80凝胶注模成型工艺中,单体形成的长链分子是通过交联剂分子中的双碳键桥接成网络结构的,即浆料注入成型模具后,在(70ʃ10)ħ条件下通过交联剂将有机单体聚合成网络结构,从而完成凝胶注模原位固化第2期崔唐茵等:熔融石英陶瓷材料介电性能影响因素分析669㊀反应形成坯体,整体固化时间为15~25min,靠近模具的表面会影响交联剂的共聚程度,进而影响坯体的密度和强度,因此靠近模具表面会最早进行聚合反应,密度较其他区域稍高一些㊂图2为不同密度试样的SEM 照片,图3为不同密度试样的析晶情况㊂生坯烧结过程内外表面温度会由于坯体厚度而有所偏差,由内至外逐渐升高,温度的偏低导致制品的结构十分疏松(见图2(a));随着烧结温度的升高使石英的熔融情况逐渐增多,石英玻璃液相填充入颗粒间的缝隙孔洞中,使得样品的气孔相对低温烧结时减少(见图2(b)),使得密度逐渐增大,因此结构更为致密,表面析晶情况越明显(见图3)㊂图2㊀不同密度试样的SEM 照片Fig.2㊀SEM images of samples with different densities图3㊀不同密度试样的析晶情况Fig.3㊀Crystallization of samples with different densities 2.1.2㊀不同密度对应介电性能变化情况三块石英坯板介电试样在16GHz 频率下的介电常数测试情况分别见表3㊁表4㊂从测试数据可得密度与介电常数呈正相关,密度每上升0.01g /cm 3,介电常数对应上升0.01~0.02,材料密度对损耗角正切数值影响不大㊂坯板在同一厚度层面水平方向的不同取样位置对介电性能影响不大㊂表3㊀55mm 坯板介电性能Table 3㊀55mm slab dielectric propertiesSampling position Density /(g㊃cm -3)Dielectric constant Loss angle tangent Sampling position Density /(g㊃cm -3)Dielectric constant Loss angle tangent B1 1.87 3.160.0006Z1 1.86 3.150.0006B2 1.82 3.120.0006Z2 1.81 3.110.0006B3 1.80 3.080.0005Z3 1.80 3.080.0006B4 1.79 3.090.0005Z4 1.78 3.060.0008B5 1.78 3.050.0006Z5 1.77 3.050.0006B6 1.78 3.040.0008Z6 1.78 3.040.0008670㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷表4㊀85mm 坯板介电性能Table 4㊀85mm slab dielectric properties Sampling position Density /(g㊃cm -3)Dielectric constant Loss angle tangent Sampling position Density /(g㊃cm -3)Dielectric constant Loss angle tangent B1 1.86 3.170.0006Z1 1.87 3.180.0008B2 1.82 3.130.0007Z2 1.83 3.120.0008B3 1.81 3.100.0006Z3 1.81 3.100.0008B4 1.81 3.110.0008Z4 1.81 3.100.0006B5 1.81 3.100.0007Z5 1.81 3.100.0006B6 1.81 3.100.0006Z6 1.81 3.090.0008B7 1.81 3.080.0009Z7 1.80 3.080.0008B8 1.81 3.090.0009Z8 1.80 3.070.0007石英陶瓷材料介电常数随密度的变化如图4所示,随密度的变大,石英陶瓷材料的介电常数增大㊂该现象可由Walton 公式[13](见式(3))解释,孔隙率越小,密度越大,介电常数就越大㊂log εP =(1-P )log ε0(3)式中:P 为材料的气孔率,(1-P )可视为材料的相对密度,εP 为材料气孔率为P 时的介电常数,ε0为气孔率为0时的介电常数㊂由于熔融石英陶瓷材料介电性能的好坏由陶瓷材料的配方主导,当材料配方一定时,其介电性能主要由其结构中的杂质㊁气孔㊁晶粒㊁晶格缺陷决定,烧结致密后,材料的介电性能与材料的致密度有一定的关系㊂当材料中有较多的气孔及水分时,最直观的表现就是样品的密度减小,这不仅降低了材料的致密度,也降低材料的介电性能㊂随着烧结温度的升高,发生熔融的石英逐渐增多,熔融的石英填补了颗粒间的空隙,使得材料的气孔率降低,密度提高,介电常数也随之提高[14]㊂2.2㊀石蜡中松香对介电性能的影响随着生产领域不断扩张和延伸,在陶瓷加工领域使用胶黏结剂粘接固定试样取代了传统用有机㊁无机类胶水的时代㊂石蜡具备低温易融化㊁易操作的特点,同时,作为柔性胶水,在加工中对于一般性的冲击具备一定的缓冲作用,有利于陶瓷工件在加工中不易在加工盘上脱落或者受损㊂但传统石蜡针对特种陶瓷件的粘接缺乏较好的粘接性能,加工中无法保证较高的效率,而且渗透性不强,在具体生产中会面临一些困难,加工有风险㊂而松香在热熔㊁压敏和溶剂型胶黏剂中常用作增黏树脂,增加初黏性,提高粘接强度㊂因此陶瓷试样在加工过程中为保证效率和安全,往往在石蜡中加入松香进行试样的粘接固定㊂使用含有树脂的松香粘接加工后的试样介电常数的实测数值较不含树脂的松香粘接加工试样的介电常数偏高,实测数据详见图5㊂图4㊀石英陶瓷材料介电常数随密度的变化Fig.4㊀Change of dielectric constant with density of quartzceramics 图5㊀松香对石英陶瓷材料介电性能的影响Fig.5㊀Effect of rosin on dielectric properties of quartz ceramics ㊀㊀松香亦名松脂㊁树脂,分子式为C 20H 30O 2,温度达到或超过300ħ时,就开始分解与炭化,形成环氧树脂,第2期崔唐茵等:熔融石英陶瓷材料介电性能影响因素分析671㊀试样经过高温处理后,树脂残留于试样内部,环氧树脂的介电常数在3~4,同时树脂在试样内部的残留导致试样的气孔率降低,试样更致密,密度升高,在多种因素影响下,介电常数随之增大㊂2.3㊀不同测试方法对介电常数的影响(Ku波段)某院所对介电试样测试采用的是封闭腔式谐振腔法㊂优点:操作方便,测量准确㊂缺点:只能在有限频率点下进行测量,适用于低损耗㊁低介电材料㊂某测试单位对介电试样测试采用的是传输线法和开口腔式谐振腔法,该测试方式可以在任意频率下进行测量,多用于测量低㊁中损耗材料,一般用于测试介电常数较大的材料㊂优点:简单精度高,适用于任何频率㊂缺点:对薄膜和表面粗糙材料测量不准确㊂但是不同型号的相同密度的产品,采用不同的介电测试方式,计算所得的介电常数有等幅度的变化,数据详见表5㊂谐振腔法测试型号Ⅰ介电试样,传输线法测试型号Ⅱ介电试样㊂型号Ⅰ介电试样相对于型号Ⅱ介电试样测试数据偏高0.03左右,相同密度对应的介电数据幅度变化情况详见图6㊂表5㊀相同密度下型号Ⅰ和型号Ⅱ试样介电数据的偏差情况Table5㊀Deviation of dielectric data of modelⅠandⅡsamples at same densityDensity/ (g㊃cm-3)Average dielectric constant measured byresonant cavity methodAverage dielectric constant measured bytransmission line methodMean deviation of dielectric constantat same density1.78 3.0700001.79 3.11700 3.0756250.0413751.80 3.12520 3.0832500.0419501.81 3.13480 3.0934400.0413601.82 3.13870 3.1039170.0347831.83 3.14545 3.1147800.0306701.84 3.14797 3.1200000.027970图6㊀相同密度对应的介电数据幅度变化情况Fig.6㊀Variation of dielectric data amplitude corresponding to same density大量实测数据绘制的密度介电对应波形图表明每种方式测试的石英陶瓷材料的介电性能趋势稳定,对应关系明显㊂等幅度的介电偏差是由于设备不同和测试方式不同共同影响所致㊂两种测试方式的密度介电对应波形图趋势一致,表明石英陶瓷材料的介电性能一致性较好㊂3㊀结㊀论1)烧结后的坯板沿厚度垂直方向,密度自上而下为逐渐下降,上层密度高,底层密度低㊂沿坯板水平方向,同样厚度位置,边角与中间位置的密度差异不大㊂2)生坯烧结温度由内至外逐渐升高,温度偏低导致制品的结构十分疏松;随着烧结温度的升高,石英的熔融程度也逐渐增加,石英玻璃液相填充入颗粒间的缝隙孔洞,使得样品的气孔减少,密度逐渐增大㊂3)材料的介电性能与材料的致密度有一定的关系,当材料中有较多的气孔及水分时,最直观的表现就是样品的密度减小,这不仅降低了材料的致密度,也降低了材料的介电性能㊂随着烧结温度的升高,发生熔672㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷融的石英逐渐增多,熔融的石英填补了颗粒间的空隙,使得材料的气孔率降低,密度提高,相对介电常数也随之提高㊂4)树脂经过高温处理后,残留于试样内部,环氧树脂的介电常数在3~4,同时树脂在试样内部的残留导致试样的气孔率降低,试样更致密,密度升高,在多种因素影响下,介电常数随之增大㊂5)采用不同介电测试方式计算所得的相同密度的试样的介电常数有约0.03的偏差㊂参考文献[1]㊀樊会涛,崔㊀颢,天㊀光.空空导弹70年发展综述[M].北京:航空兵器,2016.FAN H T,CUI H,TIAN G.70years of air-to-air missile development[M].Beijing:Aerial Weapons,2016(in Chinese).[2]㊀刘克俭,王修柏,李春芳.第一场以空制胜的战争:科索沃战争[M].北京:军事科学出版社,2008.LIU K J,WANG X B,LI C F.The first battle won by air:the Kosovo War[M].Beijing:Military Science Press,2008(in Chinese). 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介电材料的性质及应用
介电材料的性质及应用介电材料是电子学领域中非常重要的一类材料，具有一些独特的物理和化学性质，因此在多个领域得到了广泛的应用。
本文将介绍介电材料的性质及其应用。
一、介电材料的定义及分类介电材料也叫绝缘体，是指在电场作用下，在其内部不会通过电流的半导体材料。
它们属于非金属材料，具有高电阻、低导电率、不导电和电介质性质。
根据Dielectric Constant的数值大小，介电材料可以分为高介电常数介电材料和低介电常数介电材料。
通常来说，介电常数大于10的材料属于高介电常数介电材料，介电常数小于10的材料属于低介电常数介电材料。
二、介电材料的性质介电材料的性质是其被应用的重要因素，以下是一些重要的介电性质。
1. 介电常数介电常数是介电材料最重要的性质之一，定义为在介电材料中测量两个金属电极间的电容时，在真空电容下测得的电容与介电材料电容之比。
介电常数较高的介电材料可以在电容器中存储更多的电荷，具有更大的储能能力。
2. 损耗角正切介电材料的损耗角正切（TAN）是指材料中电流与电场之间的相位差。
通常来说，TAN越小，说明介电材料越适合高频应用，因为它的信号传输衰减更小。
3. 介电强度介电强度是介电材料所能承受的最大电压，超过这个电压材料会失去绝缘能力而烧毁。
介电强度越大，材料的耐压能力更强。
4. 抗弯曲和力学强度某些介电材料需要具有非常高的机械强度以便应对各种形式的机械应力。
这个性质通常被称为抗弯曲和力学强度。
三、介电材料的应用介电材料被广泛应用于电子学、电力学和通讯学等领域。
1. 电容器电容器是电子器件中广泛使用的元器件之一，介电材料在其中的应用非常重要。
介电常数高的介电材料可以在电容器中存储更多电荷，提高储能能力，因此，介电常数大的介电材料通常用作高容量电容器。
2. 电缆在现代电信和信息技术应用中，信号的传输质量对网络性能有很大影响。
使用低损耗的介电材料可以尽量减少信号传输信号弱化。
一些低损耗介电材料，如聚四氟乙烯（PTFE）和聚酰亚胺（PI），被广泛应用于微波传输和通信电缆中。
4-陶瓷材料的介电常数的测定 - 副本
实验三 陶瓷材料的介电温度特性的测定高介电材料具有十分广阔的市场，因其在电气电子、IT 、电力等领域的重要应用一直是各国科学材料研究与开发的热点。
对于材料的介电的测试与评价，是一项重要的实验和科研技能。
一、实验目的（1）了解介电测试系统的基本原理，掌握材料介电常数的基本知识。
（2）学会陶瓷材料电极的制备方法。
（3）掌握测量材料的介电温谱的方法。
（4）掌握高介电材料的介电性质和温度及频率之间的关系。
二、实验原理1．介电常数的测量原理如图3.1所示，一面积为S 、间距为d 的平行板电容器，极板间为真空，其电容为C 0。
电介质在恒定电场（直流电场）作用下，两极板间的电压为U 0。
极板上的电荷为：00U C Q = （3.1）撤去电源，维持极板上Q 不变；并在两极板间充满均匀的各向同性的电介质。
则实验测得rU U ε0=（3.2）充满电介质的平行板电容器的电容为：0C C r ε= [ 00C U QU Q C r r εε===] （3.3） r ε -- 电介质的相对电容率；0ε -- 真空电容率；r εεε0= -- 电介质的电容率。
由于rU U ε0=，dU E 00=，则图3.1 平行板电容器简易图rr E d U d U E εε00===（3.4） 充满电介质后，平行板电容器的电场强度为原来的1/εr 倍。
电容器的电容不仅依赖于电容器的形状，还与极板间电介质的电容率有关。
因此，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（permittivity ），又称电容率.。
如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。
极板间的电压越大，电场强度越大。
当电场强度增大到某一最大值E b 时，电介质分子发生电离，从而使电介质失去绝缘性，这时电介质被击穿。
电介质能承受的最大电场强度E b ，称为电介质的击穿场度。
dU E bb =（3.5） 在外加电压下，电介质中一部分电能转换为热能的现象，称为介质损耗。
常见材料的介电强度
常见材料的介电强度介电强度是指材料在电场作用下可以承受的最大电场强度，表示材料对电场的耐受能力。
常见材料的介电强度因材料类型不同而异，下面将介绍几种常见材料的介电强度。
1.空气：空气是一种常见的绝缘材料，其介电强度约为3-30千伏/厘米。
空气的介电强度与温度、湿度等因素有关，一般情况下，在常温下，干燥的空气的介电强度要高于湿润的空气。
2.陶瓷：陶瓷是一种常见的绝缘材料，其介电强度比较高，一般在50-200千伏/厘米之间。
陶瓷的介电强度主要取决于其杂质含量、制备工艺等因素。
3.橡胶：橡胶是一种常见的绝缘材料，其介电强度比较低，一般在20-30千伏/厘米之间。
橡胶的介电强度受其分子结构、硬度等因素的影响。
4.塑料：塑料是一种常见的绝缘材料，其介电强度因塑料类型不同而异。
一般来说，常见的聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的介电强度在10-40千伏/厘米之间。
5.纸张：纸张是一种常见的绝缘材料，其介电强度比较低，一般在10-20千伏/厘米之间。
纸张的介电强度与其厚度、含水量等因素有关。
6.玻璃：玻璃是一种常见的绝缘材料，其介电强度相对较高。
根据玻璃的成分和制备工艺不同，其介电强度在40-100千伏/厘米之间。
7.木材：木材是一种常见的绝缘材料，其介电强度较低，一般在5-25千伏/厘米之间。
木材的介电强度与其纤维结构、含水量等有关。
8.降低介电强度的方式：对于需要降低介电强度的材料，可以采取一些措施来改善材料的耐电场能力。
例如，可以通过添加填料、改变材料的配方，提高材料的介电强度。
此外，还可以通过加工处理，如改变材料的结构，提高材料的抗电场能力。
总结起来，空气、陶瓷、橡胶、塑料、纸张、玻璃和木材都是常见的材料，它们的介电强度各有差异。
了解材料的介电强度可以帮助我们在电场应用和绝缘材料选择中做出适当的决策，以确保设备和系统的安全和可靠运行。
PVDF基复合陶瓷材料介电性能研究
PVDF基复合陶瓷材料介电性能研究伴随着人类科学技术的进步,人们开始高度关注高介电聚合物基陶瓷复合材料。
传统功能型的陶瓷材料尽管具备高介电常数和耐腐蚀的优势,但是仍有损耗高、成型温度高、易碎裂、加工成本高昂等这些缺点,使传统陶瓷材料在电子行业的发展和应用中受到了极大的阻碍。
而尽管聚合物介电常数较低,然而聚合物自身具有优异的物理机械功能,低介电损耗以及低成本等优势。
所以,聚合物基陶瓷复合材料作为当今信息功能材料在信息和微电子产业扮演了重要角色。
最近研究表明,将高介电常数陶瓷与铁电聚合物PVDF复合,得到的PVDF基复合陶瓷材料有着广泛的应用前景。
本文通过传统的固相反应法制备Na0.35%Ba99.65%Ti99.65%Nb0.35%O3(NNBT)、BaFe03-δ(BFO)、CaCu3Ti4O12-15wt%Ag(CCTO/Ag15)三种介电常数不同的高介电常数的陶瓷材料,以PVDF为基体,将陶瓷颗粒作为填料制备复合材料。
复合材料由共混-热压法制备而成,研究了不同陶瓷材料对复合材料介电性能的影响,具体内容如下:(1)—种最新开发的无铅铁电环保型材料Na0.35%Ba99.65%Ti99.65%Nb0.35%O3(NNBT)作为填料,采用聚偏氟乙烯(PVDF)合成陶瓷-聚合物复合材料。
通过溶液混合和热压法制备具有不同体积分数的复合材料PVDF-xNNBT(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4和0.5)。
在室温至250℃的温度范围和102至106Hz的频率范围内研究其介电性质,PVDF-xNNBT复合材料都显示出高介电常数(ε’>100)和低损耗角正切(tanδ<5%),其中PVDF-0.5NNBT表现出最佳的介电性能,室温下,频率为1 kHz,该复合材料介电常数为220,损耗角正切为0.037,并具有较好的频率和温度稳定性。
界面所引起的界面弛豫被认为是PVDF-xNNBT复合材料具有优异介电性能的主要原因。
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介电陶瓷材料
介电陶瓷材料是一种具有特殊电介质性能的陶瓷材料，广泛应用于电子器件、通信设备、储能装置等领域。
本文将从介电陶瓷材料的定义、特性、分类、应用等方面进行介绍。
一、定义
介电陶瓷材料是一种具有高介电常数和低损耗因子的陶瓷材料。
它具有良好的绝缘性能和高温稳定性，能够在高频率和高电场强度下保持较低的电导率和磁导率。
介电陶瓷材料通常由金属氧化物或非氧化物组成，如二氧化锆、二氧化钛、铝酸锶等。
二、特性
1. 高介电常数：介电陶瓷材料的介电常数通常在几十到上千之间，使其能够在电场中存储大量电荷，具有较高的电容性。
2. 低损耗因子：介电陶瓷材料的损耗因子通常在10^-3以下，表明其在电场中能够保持较低的能量损耗。
3. 良好的绝缘性能：介电陶瓷材料具有较高的绝缘电阻和击穿电压，能够有效隔离电场和防止电流泄漏。
4. 高温稳定性：介电陶瓷材料能够在高温环境下保持稳定的电性能，不易发生热膨胀和热应力破裂。
5. 耐腐蚀性：介电陶瓷材料能够耐受酸、碱等化学物质的腐蚀，能够在恶劣环境下长时间稳定工作。
三、分类
介电陶瓷材料可以根据其组成和性能特点进行分类。
常见的分类方法包括根据材料成分、介电常数、温度系数等。
根据材料成分，介电陶瓷材料可以分为无机陶瓷和有机陶瓷。
无机陶瓷主要由金属氧化物、非氧化物等无机物质组成，具有优异的电性能和机械性能。
有机陶瓷则以有机高分子材料为基础，具有较低的介电常数和温度系数，适用于高频率和高速传输的电子器件。
根据介电常数，介电陶瓷材料可以分为高介电常数陶瓷和低介电常数陶瓷。
高介电常数陶瓷适用于电容器、滤波器等需要储存大量电荷的应用。
低介电常数陶瓷则适用于微波电路、天线基座等需要减少信号传输损耗的应用。
根据温度系数，介电陶瓷材料可以分为负温度系数陶瓷和零温度系数陶瓷。
负温度系数陶瓷的介电常数随温度升高而降低，适用于温度补偿电路、温度传感器等需要稳定工作的应用。
零温度系数陶瓷的介电常数在一定温度范围内基本保持不变，适用于高精度电容器、电路补偿等应用。
四、应用
介电陶瓷材料在电子器件、通信设备、储能装置等领域有着广泛的应用。
1. 电容器：介电陶瓷材料的高介电常数和低损耗因子使其成为制造电容器的理想材料。
电容器广泛应用于电子电路中的滤波、耦合、绝缘等功能。
2. 传感器：介电陶瓷材料的高温稳定性和良好的绝缘性能使其成为制造压力传感器、温度传感器等的重要材料。
3. 陶瓷电路：介电陶瓷材料可以通过压电效应和介电效应实现信号的传输和处理，被广泛应用于微波电路、天线基座等领域。
4. 储能装置：介电陶瓷材料的良好绝缘性能和高介电常数使其成为制造电容储能装置的重要材料。
电容储能装置具有高能量密度、长寿命等优点，在电动汽车、太阳能储能等领域得到广泛应用。
介电陶瓷材料以其特殊的电介质性能，在电子器件和通信设备等领域发挥重要作用。
随着科技的发展，介电陶瓷材料的研究和应用将进一步拓展，为人类的科技进步做出更大的贡献。