介質(zhì)陶瓷介電常數(shù)介質(zhì)損耗及電擊穿強度測試性能表征

1 介質(zhì)陶瓷的性能表征 

       介質(zhì)陶瓷的主要性能參數(shù)有介電常數(shù) εr、介電損耗 tanδ 和電擊穿強度 Eb，這三個參數(shù)決定了材料的實用性和應(yīng)用領(lǐng)域。 

1.1  介電常數(shù) εr與極化 

在平行板電容器的兩極板上充以一定的電荷，當兩極板存在電介質(zhì)時，兩極板間的電勢差低于沒有電介質(zhì)時的電勢差，這樣就會產(chǎn)生感應(yīng)電荷。電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象稱為電極化，如圖 1.3 所示。 

電極化是介質(zhì)材料最基本的性質(zhì)，介電常數(shù)是反應(yīng)電介質(zhì)極化的宏觀物理量，設(shè)極板面積為 S，兩極板間距為 d，則平行板電容器的電容 C0可由 1.4 算出。 

（1.4）

其中 ε0為真空介電常數(shù)，如果兩極板間存在電介質(zhì)，電容器的電容增大。兩極板間放入電介質(zhì)與真空時的電容之比即為相對介電常數(shù) ε

（1.5）

由 1.4 和 1.5 可得相對介電常數(shù)的計算式

相對介電常數(shù)是介質(zhì)陶瓷中一個非常重要的參數(shù)，不同用途的介質(zhì)陶瓷對介電常數(shù)有不同的要求。

2  介電損耗

       電介質(zhì)在電場作用下會將一部分電能轉(zhuǎn)換成熱能使介質(zhì)發(fā)熱而損耗掉，在此過程中，單位時間所損耗的電能稱為介電損耗，常用 tanδ 來表示，介電損耗越大，表明能量損耗越大，從而使電介質(zhì)溫度升高，可能影響器件的正常工作。所以，一般來說，介電損耗越小越好。 

      介質(zhì)陶瓷材料中的介電損耗主要來源于三部分：電導(dǎo)損耗、取向極化和弛豫極化損耗以及結(jié)構(gòu)損耗。在電導(dǎo)和極化過程中，帶電質(zhì)點（弱束縛電子和弱聯(lián)系離子以及偶極子或者空位、空穴等）移動時，由于與外電場作用不同步，因而吸收了電場的能量并把它傳給周圍的分子，使電磁能轉(zhuǎn)化為分子的熱振動能；結(jié)構(gòu)損耗主要是指介質(zhì)陶瓷材料中含有玻璃相，以離子晶體為主晶相的介質(zhì)陶瓷材料損耗主要來源于玻璃相。因此，降低損耗可以從以下幾個方面入手。 

（1）選擇結(jié)構(gòu)緊密的晶體作為主晶相。 

（2）進行摻雜改性時，盡量避免產(chǎn)生空位等缺陷。 

（3）適當引入玻璃相改善微觀形貌，但玻璃相太多會增加介電損耗。 

（4）燒結(jié)氣氛及溫度要合適，如含鈦介質(zhì)陶瓷不宜在還原氣氛下燒結(jié)。 

3  電擊穿強度 

      電介質(zhì)在一定的電場作用下能夠保持其自身性質(zhì)而正常工作，當電場強度超過某一臨界值時，介質(zhì)材料就會由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，發(fā)生不可逆的破壞，

     這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)的擊穿。相應(yīng)的臨界電場強度稱為擊穿場強，也稱作電擊穿強度。電擊穿強度常用 Eb表示，其與介質(zhì)材料所加電壓 U 以及介質(zhì)材料厚度 d有關(guān)，常用單位 kV/mm 或 kV/cm。 

      為了進一步提高介質(zhì)陶瓷的電擊穿強度，需要了解材料在電場下的擊穿行為及機理。