介电材料PPT课件
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第2章 介电材料概要
分子极化率一般由电子极化率α e、原子（离子） 极化率α a和取向极化率α 0三部分构成：
e a 0
图2－2 电子轨道位移
电子极化率：在外电场作用下，原子外围的电子 轨道相对于原子核发生位移（如图2－2所示）， 原子中的正负电荷重心产生相对位移，这种极化 称为电子位移极化。 根据玻尔原子模型，经典理论可以计算出电子的 平均极化率α e。
设正电荷与负电荷的 位移矢量为l，则定义 此偶极子的电偶极距
ql
图2－1 偶极子
规定其方向为负电荷 指向正电荷，即电偶 极距的方向与外电场 E的方向一致。
2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 1、分子极化率α 在电场作用下，介电材料的分子产生电偶极矩μ ， 而
E
在交变电场作用下，由于电场频率不同，极化对 电场变化的反应也不同。f越大，τ越小，极化建 立需要的τ：电子极化<离子极化<取向极化。 当f<100~1010Hz时，三种极化都可建立。 当1010<f<1013Hz时，取向极化来不及建立，只 有离子极化和电子极化能建立。 当1013<f<1015Hz时，取向极化和离子极化均来 不及建立，只有电子极化能建立，这叫极化的滞 后。 极化强度与交变电场频率的关系如图2－4所示。 在交变电场中，由于极化滞后，介电常数要用复 数ε *表示，又叫动态介电常数。 ' " * ' "
介电功能材料PPT
第四章 介电陶瓷
二、电介质的介电损耗
电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象， 这说明有局部电能已转化为热能耗散掉，这种介质 内的能量损耗称为介质损耗。常用tgδ表示，其值越 大，能量损耗也越大。 δ称介电损耗角，其物理意 义是指在交变电场下电位移D与电场强度E的相位差 。
tgδ是全部应用于交变电场中电介质的重要的品 质指标之一。介质损耗越小越好。
第四章 介电陶瓷
2、热稳定型电容器陶瓷材料 分为高频热稳定电容器陶瓷和微波介电陶瓷。
〔1〕高频热稳定电容器陶瓷 其主要特点是介电常数的温度系数确实定值很小，
有的甚至接近于零。 如：MgTiO3瓷，,介电损耗低,温度系数确实定值小,且
原料丰富,本钱低，但烧结温度较高〔~1450℃〕， 难以掌握。 典型配方为：菱镁矿71%、TiO2 24%、苏州土3%、 膨润土2%，CaF2 0.45%
Pb〔Mg1/3Nb2/3〕O3的合成： 一步合成法： PbO+MgO+Nb2O5
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
+Pb3Nb4O13 〔焦绿石相〕 承受的措施： 二次合成法： MgO+ Nb2O5 1000℃ MgNb2O6
MgNb2O6+ 3 PbO
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
第四章 介电陶瓷
〔3〕反铁电电容器陶瓷〔Ⅲ型〕，其特点是储能密 度高，储能释放充分，可用于储能电容器
二、电介质的介电损耗
电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象， 这说明有局部电能已转化为热能耗散掉，这种介质 内的能量损耗称为介质损耗。常用tgδ表示，其值越 大，能量损耗也越大。 δ称介电损耗角，其物理意 义是指在交变电场下电位移D与电场强度E的相位差 。
tgδ是全部应用于交变电场中电介质的重要的品 质指标之一。介质损耗越小越好。
第四章 介电陶瓷
2、热稳定型电容器陶瓷材料 分为高频热稳定电容器陶瓷和微波介电陶瓷。
〔1〕高频热稳定电容器陶瓷 其主要特点是介电常数的温度系数确实定值很小，
有的甚至接近于零。 如：MgTiO3瓷，,介电损耗低,温度系数确实定值小,且
原料丰富,本钱低，但烧结温度较高〔~1450℃〕， 难以掌握。 典型配方为：菱镁矿71%、TiO2 24%、苏州土3%、 膨润土2%，CaF2 0.45%
Pb〔Mg1/3Nb2/3〕O3的合成： 一步合成法： PbO+MgO+Nb2O5
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
+Pb3Nb4O13 〔焦绿石相〕 承受的措施： 二次合成法： MgO+ Nb2O5 1000℃ MgNb2O6
MgNb2O6+ 3 PbO
Pb(Mg1/3Nb2/3)O3
第四章 介电陶瓷
〔3〕反铁电电容器陶瓷〔Ⅲ型〕，其特点是储能密 度高，储能释放充分，可用于储能电容器
介电材料
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
二、介电材料的种类 3. 固体 固体电介质也可分为非极性和极性两类。 前者如金刚石、硅和硫等晶体，非极性的陶瓷及非极 性高聚物如聚乙烯、聚四氟乙烯等。 后者如LiF、NaCl、KCl、TiO2、CH3NO2等晶体和极性 高聚物如聚氯乙烯等。
EXIT
介电材料
§2.2 铁电材料
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值
3. 静态介电常数ε
静态介电常数 E 和极化强度 P 的关系为:
0
P E
式中 ε0－－真空的介电常数；
E －－电场强度。
从式中可以看出，介质的极化强度 P 越大，ε也越大。方
便起见常用相对静态介电常数εr=ε/ε0，而把ε称为绝 对介电常数。
ε“ －－复介电常数虚部。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 6. 电导率σ 一般电介质或多或少有些电导率，其来源为漏电电导 率和位移电导率。 7. 击穿电压 U 电介质承受的电压超过一定值后，就丧失了电介质的绝 缘性，这个电压叫做击穿电压。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
α =αe+ αa+ αo
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 2. 极化强度 P
介电材料
§2.1 介电材料
二、介电材料的种类 3. 固体 固体电介质也可分为非极性和极性两类。 前者如金刚石、硅和硫等晶体，非极性的陶瓷及非极 性高聚物如聚乙烯、聚四氟乙烯等。 后者如LiF、NaCl、KCl、TiO2、CH3NO2等晶体和极性 高聚物如聚氯乙烯等。
EXIT
介电材料
§2.2 铁电材料
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值
3. 静态介电常数ε
静态介电常数 E 和极化强度 P 的关系为:
0
P E
式中 ε0－－真空的介电常数；
E －－电场强度。
从式中可以看出，介质的极化强度 P 越大，ε也越大。方
便起见常用相对静态介电常数εr=ε/ε0，而把ε称为绝 对介电常数。
ε“ －－复介电常数虚部。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 6. 电导率σ 一般电介质或多或少有些电导率，其来源为漏电电导 率和位移电导率。 7. 击穿电压 U 电介质承受的电压超过一定值后，就丧失了电介质的绝 缘性，这个电压叫做击穿电压。
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
α =αe+ αa+ αo
EXIT
介电材料
§2.1 介电材料
一、介电材料的特征值 2. 极化强度 P
介电材料
滑石瓷
§ 1-2-1 滑石瓷
1、滑石的结构
共价键\离子键 复合层 分子键
滑石瓷分子式： 3MgO· 4SiO2· H2O 滑石矿为层状结构的镁硅酸盐， 属单斜晶系，[SiO4]四面体联结 成连续的六方平面网，活性氧离 子朝向一边，每两个六方网状层 的活性氧离子彼此相对，通过一 层水镁氧层联结成复合层。
(2) 堇青石瓷 a、线膨胀系数小，室温到800℃：0.9~1.4×10-6/℃， 陶瓷材料中最小。 b、烧成温度范围很窄（几度）。
§ 1-2 典型低介装置瓷
扩大烧结温区的措施：
扩展下限： a) 、提高粉料的活性：粉料细化，降低预烧
温度或采用一次配料成瓷； b) 、加入助熔剂 BaCO3 ：在 800℃~950℃出现Ba-Al-Si玻璃，包裹偏硅酸镁晶粒促进烧 结；
扩展上限： a)、提高玻璃相黏度： b)、加入阻制剂 ZrO2、
• （ 3）机械强度要高，因为装置瓷在使用时，一般都要承 受较大的机械负荷。通常抗弯强度为 45～300Mpa，抗压 强度为400～2000Mpa。 • （4）良好的化学稳定性，能耐风化、耐水、耐化学腐蚀， 不致性能老化。
陶瓷基片
电子用陶瓷零件
陶瓷封装
• 电绝缘陶瓷材料按化学组成分为氧化物系和非氧化物系两 大类。氧化物系主要有Al2O3和MgO等电绝缘陶瓷，非氧 化物系主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、AlN等。大量 应用的主要有以下几个多元系统陶瓷：
介电功能材料课件
介电功能材料具有高绝缘性，其电阻率极高，在极端的实验条件下也很难被击穿。
介电常数和介电损耗
介电常数是衡量电场中电介质对电场影响的参数，而介电损耗则是电介质在电场作用下能量损失的量 度。
热学性能
热稳定性
介电功能材料具有较好的热稳定性， 能在较宽的温度范围内保持其物理和 化学性质。
热膨胀系数
材料的热膨胀系数决定了材料在温度 变化时尺寸的稳定性。
特性
介电功能材料具有高介电常数、低介 质损耗、良好的绝缘性能和稳定的物 理化学性质等特点。
介电常数与介质损耗
介电常数
表示电场在介质中传播时的能量存储能力，是衡量介电功能材料介电性能的重要参数。
介质损耗
表示电场在介质中传播时的能量损耗，是衡量介电功能材料稳定性和可靠性的重要参数。
介电功能材料的分类
溶胶凝胶法的缺点在于制备周期较长，需要经过多次热处理才能得到所 需的材料，且在制备过程中容易引入杂质和缺陷，影响材料的性能。
化学共沉淀法
01
化学共沉淀法是一种制备介电功能材料的方法，其基本原理是将两种或多种阳 离子混合在一起，加入沉淀剂使它们同时沉淀出来，形成均匀的沉淀物，然后 经过热处理得到所需的介电功能材料。
ONE
KEEP VIEW
介电功能材料课件
目 录
• 介电功能材料简介 • 介电功能材料的物理性能 • 介电功能材料的制备方法 • 介电功能材料的应用 • 介电功能材料的发展趋势与挑战 • 参考文献
介电常数和介电损耗
介电常数是衡量电场中电介质对电场影响的参数，而介电损耗则是电介质在电场作用下能量损失的量 度。
热学性能
热稳定性
介电功能材料具有较好的热稳定性， 能在较宽的温度范围内保持其物理和 化学性质。
热膨胀系数
材料的热膨胀系数决定了材料在温度 变化时尺寸的稳定性。
特性
介电功能材料具有高介电常数、低介 质损耗、良好的绝缘性能和稳定的物 理化学性质等特点。
介电常数与介质损耗
介电常数
表示电场在介质中传播时的能量存储能力，是衡量介电功能材料介电性能的重要参数。
介质损耗
表示电场在介质中传播时的能量损耗，是衡量介电功能材料稳定性和可靠性的重要参数。
介电功能材料的分类
溶胶凝胶法的缺点在于制备周期较长，需要经过多次热处理才能得到所 需的材料，且在制备过程中容易引入杂质和缺陷，影响材料的性能。
化学共沉淀法
01
化学共沉淀法是一种制备介电功能材料的方法，其基本原理是将两种或多种阳 离子混合在一起，加入沉淀剂使它们同时沉淀出来，形成均匀的沉淀物，然后 经过热处理得到所需的介电功能材料。
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介电功能材料课件
目 录
• 介电功能材料简介 • 介电功能材料的物理性能 • 介电功能材料的制备方法 • 介电功能材料的应用 • 介电功能材料的发展趋势与挑战 • 参考文献
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滑石瓷
§ 1-2-1 滑石瓷 1、滑石的结构
共价键\离子键 复合层
滑石瓷分子式：
3MgO·4SiO2·H2O 滑石矿为层状结构的镁硅酸盐， 属单斜晶系，[SiO4]四面体联结 成连续的六方平面网，活性氧离 子朝向一边，每两个六方网状层 的活性氧离子彼此相对，通过一 层水镁氧层联结成复合层。
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10
§ 1-2 典型低介装置瓷
偏硅酸镁 M• g SO i2 O M (Sgi3)2 O
呈单链状辉石结构，它有三种晶型：
Mg•OSiO 2 1 20 C 0Mg•OSiO 2 70 0CMg•OSiO 2
顽辉石
原顽辉石
斜顽辉石
高 温 稳 定 相 （ ） 缓 原 变 顽 （ 室辉 低 温 ） 石 温 稳 定 相 （ ） 斜 方 （ 正 同 质 交 异） 单 构 斜
分子键
9
2、滑石的相变 120~200℃，脱去吸附水 1000℃，脱去结构水，转变为偏硅酸镁
3 M • 4 S 2 g • H i 2 O O 3 ( M • S 2 ) g i S 2 O O H i 2 O O
1557℃，再次失去Si，生成镁橄榄石 2 ( M • S g 2 ) i O O 2 M • S g 2 iO S O 2 iO
原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石
第三章_介电材料
偶极子极化：由偶极分子结合 成的共价化合物，偶极子在无 电场时是随机取向的，但在电 场作用下，偶极子沿电场方向 取向，产生的电极化称作偶极 极化。
源自文库
b . 离子极化
c. 偶极子极化
极化强度P：介电材料的极化强度是单位体积内电 偶极矩的矢量和
P
V
n
极化效应的大小通常用单位体积内的电偶极矩或其介质表面的极 化电荷密度来衡量，称作电极化强度P，相应电场强度为E，那么有： P=α E 式中α 定义为介电晶体的电极化率，决定于介电物质的本质。电极化 率可以分解为电子极化率α e、离子极化率α i、偶极极化率α d，总极 化率α 是它们的总和： α =α e+α i+α d
1.3 几个物理量
介电常数：表征介质在外电场作用下极化程度的 物理量，介电常数代表了电介质的极化程度，也就是 对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能 力越强。用ε 表示 ，其单位是F·m-1。
介电常数的大小：用于衡量绝缘体储存电能的性 能. 它是两块金属板之间以绝缘材料为介质时的电容 量与同样的两块板之间以空气为介质或真空时的电容 量之比。
这3种极化作用并非在任何类型的介电材料中都等额地存在。
在一种类型的材料中，往往只有一种或二种极化起主导地位。一般 说来，电子极化存在于一切类型的固体物质中，离子极化主要存在 于离子晶体中，偶极极化主要存在于具有永久偶极的物质中，空间 极化则主要存在于那些结构非理想的、内部可以发生某种长程电荷 迁移的介电物质中。例如氯化钠晶体中存在阴离子空位时，阳离子 可以优先向负极方向迁移，因此在电极-NaCl界面处建立了一个双电 层。当然，这类效应显著时，则形成了导体或快离子导体，而不再 是介电质了。另外，上述4种极化率的大小程度也不相同，一般大小 次序为： αe<αi < αd
介电材料
功能高分子材料
新型高分子材料的开发，特别是无机材料与高分子材 料的复合产生了许多功能材料，如导电高分子材料、 光电转换高分子材料、导热绝缘高分子材料、PTC高 分子材料、吸波高分子材料以及低损耗塑料光导纤维 等，这些都为电介质的研究开辟了新的领域。
（3）新型电介质—生物电介质
➢ 我国制造电机的容量亦由50年代的6千千瓦发展到自制60万 千瓦，电能原是少数大城市使用的稀缺能源，目前已成为 城、乡村、工、农业、人民生活不可缺少的能源。应该说 绝缘介质的发展为世界各国电气化事业作出了重要的贡献。
3. 电介质学科的建立
➢ 国际上电介质学科是在20世纪20-30年代形成的，标志性的 事件是：国际电气及电子工程师学会 (IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers) 在1920年开始召开国 际 绝 缘 介 质 会 议 ， 以 后 又 建 立 了 相 应 的 分 会 ( IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society)。
纳米材料
纳米材料是几何尺寸介于原子、分子与块状物体之间的金属 以及各种化合物的粒子或粒子的集合体。随着粒子的粒径的 减小，表面原子对材料的性能的影响加剧，即出现表面效应； 粒子的体积的减小引起体积效应，表现了粒子的量子尺寸效 应，因而纳米粒子在热、光、磁等物理性能上表现出种种异 常，具有特殊的电学、光学特性。
材料的介电性能幻灯片
在物理阻碍：晶界，相界， 自由表面，缺陷等处，自由电 荷积聚就可形成空间电荷极化。 在夹层、气泡处形成的称为界 面极化。
特点： ➢反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢随温度升高而减弱； ➢存在于结构不均匀的陶瓷电介质中； ➢非弹性极化；
电解质的分类：极性分子电解质和非极性分子电解 质----分子的正负电荷统计重心是否重合，是否有点 偶极子？
电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重 心重合将产生分离，产生电偶极矩。
Q：所含电量； l：正负电荷重心距离
据分子的电结构，电介质可分为：
极性分子电介质：H2O;CO（有）
非极性分子电介质：CH4;He 电极化强度（P） ：电解质极化程度的量度 （C/m2）.
材料 二氧化硅玻璃
金刚石 -SiC 多晶ZnS 聚乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 钛酸钡 刚玉
频率范围/Hz 102-1010 直流 直流 直流 60 60 60 106 60
相对介电常数 6.78 6.6 9.70 8.7 2.28 6.0 6.5 6000 9
介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料
弱联系离子：在玻璃状态的物质、结构松散 的离子晶体、晶体中的杂质或缺陷区域，离子自 身能量较高，易于活化迁移，这些离子称为弱联 系离子。由弱联系离子在电场和热作用下建立的 极化为离子弛豫极化。
不可逆；反应时间为 10-5－10-2S；随温度 变化有极大值。
特点： ➢反应时间很长，几秒到数十分钟； ➢随温度升高而减弱； ➢存在于结构不均匀的陶瓷电介质中； ➢非弹性极化；
电解质的分类：极性分子电解质和非极性分子电解 质----分子的正负电荷统计重心是否重合，是否有点 偶极子？
电介质在外电场作用下，无极性分子的正负电荷重 心重合将产生分离，产生电偶极矩。
Q：所含电量； l：正负电荷重心距离
据分子的电结构，电介质可分为：
极性分子电介质：H2O;CO（有）
非极性分子电介质：CH4;He 电极化强度（P） ：电解质极化程度的量度 （C/m2）.
材料 二氧化硅玻璃
金刚石 -SiC 多晶ZnS 聚乙烯 聚氯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 钛酸钡 刚玉
频率范围/Hz 102-1010 直流 直流 直流 60 60 60 106 60
相对介电常数 6.78 6.6 9.70 8.7 2.28 6.0 6.5 6000 9
介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料
弱联系离子：在玻璃状态的物质、结构松散 的离子晶体、晶体中的杂质或缺陷区域，离子自 身能量较高，易于活化迁移，这些离子称为弱联 系离子。由弱联系离子在电场和热作用下建立的 极化为离子弛豫极化。
不可逆；反应时间为 10-5－10-2S；随温度 变化有极大值。
《介电和铁电材料》课件
介电材料的发展趋势
高性能化
随着科技的发展，对介电材料的性能要求越来越高，如高介电常 数、低介电损耗等。
环保化
随着环保意识的提高，对介电材料的环保性能要求也越来越高， 如无铅、无卤素等。
多功能化
介电材料的应用领域不断扩大，需要具备多种功能，如压电、热 电、光电等。
铁电材料的发展趋势
微型化
随着微电子技术的发展，对铁电材料的小型化和集成 化要求越来越高。
稳定性
介电材料具有优良的稳定性，不易受环境温度和 湿度的影响。
介电常数可调
通过改变介电材料的组分和结构，可以调节介电 常数，以满足不同应用需求。
02
铁电材料介绍
铁电材料的定义
铁电材料
指在一定温度范围内具有自发极化、 且自发极化方向随温度变化的一类功 能材料。
自发极化
铁电材料内部存在的电偶极矩，不需 外电场作用就能产生自发极化。
产生电荷，这种现象称为压电效应。
热释电效应
03
当铁电材料受到温度变化时，其内部自发极化状态发生变化，
从而产生电荷，这种现象称为热释电效应。
03
介电和铁电材料的比较
介电和铁电材料的共性
响应电场
介电和铁电材料都能响应外部电 场，表现出一定的极化行为。
存在自发极化
介电和铁电材料都存在自发极化 ，即在没有外部电场的情况下， 材料内部的正负电荷中心发生相 对位移，形成一定的电偶极矩。
材料的介电性课件
详细描述
介电强度是衡量材料耐受电场作用的能力。 随着温度的升高，材料内部的原子或分子的 振动幅度增大，可能会降低材料的介电强度 。但需要注意的是，这个影响相对较小，并
且不同材料的表现可能会有所不同。
04
介电性与频率
频率对介电常数的影响
总结词
随着频率的增加，介电常数通常会减 小。
详细描述
在高频电场下，材料的内部极化不能 跟上电场的变化，导致介电常数减小 。这种现象在具有快速响应的极化机 制的材料中尤为明显，如铁电材料。
温度对介电常数的影响
总结词
温度对介电常数的影响是复杂的，通常 随着温度的升高，介电常数会呈现先减 小后增大的趋势。
VS
详细描述
在低温区域，随着温度的升高，材料内部 的电子活动增加，导致介电常数增大。而 在高温区域，材料内部的原子或分子的振 动幅度较大，会占据更多的空间，使得有 效介电常数减小。
温度对介电损耗的影响
总结词
温度对介电损耗的影响是显著的，随着温度 的升高，介电损耗通常会增加。
详细描述
介电损耗主要是由于材料内部的自由电荷或 极化子的运动引起的。随着温度的升高，这 些电荷或极化子的运动速度会增加，导致更 多的能量转化为热能，从而增加了介电损耗 。
温度对介电强度的影晌
总结词
温度对介电强度的影响较小，但仍然存在一 定的趋势。通常随着温度的升高，介电强度 会略有降低。
介电材料
---------------
U
介质
---------------
工程应用上通常 将相对介电常数 称作“介电常数”
D E C r C0
C
Q U
真空介 电常数 εr=ε/ε0
介电损耗 dielectric loss
• 电解质中含有能导电的载流子,在外加电场 作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转 为热能。电介质在交变电场中,由于消耗部 分电能而使电解质本身发热的现象。 • 在电场作用下，介电体单位时间内消耗的 能量。包括漏电损耗、电离损耗、极化损 耗和结构损耗等
极化 polarization
• 在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发 生位移或者极性按电场方向转动的现象， 称为电介质的极化。 • 单位面积的极化电荷量称为极化强度，它 是一个矢量，用P表示，起单位为C/m2。
电介质极化类型
电子位移极化
热离子位移极化 自发极化 自发极化 自发极化。 在没有外电场作用时，晶体中存在
离子位移极化
空间电荷极化
着由于电偶极子的有序排列而产生的极化称为
介电常数 dielectric constant
表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数 同一电容器中用某一物质为介电体与该物质在真空中的电容 的比值，用ε表示无量纲
Q0
+++++++ +++++
U
介质
---------------
工程应用上通常 将相对介电常数 称作“介电常数”
D E C r C0
C
Q U
真空介 电常数 εr=ε/ε0
介电损耗 dielectric loss
• 电解质中含有能导电的载流子,在外加电场 作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转 为热能。电介质在交变电场中,由于消耗部 分电能而使电解质本身发热的现象。 • 在电场作用下，介电体单位时间内消耗的 能量。包括漏电损耗、电离损耗、极化损 耗和结构损耗等
极化 polarization
• 在电场作用下，电介质中束缚着的电荷发 生位移或者极性按电场方向转动的现象， 称为电介质的极化。 • 单位面积的极化电荷量称为极化强度，它 是一个矢量，用P表示，起单位为C/m2。
电介质极化类型
电子位移极化
热离子位移极化 自发极化 自发极化 自发极化。 在没有外电场作用时，晶体中存在
离子位移极化
空间电荷极化
着由于电偶极子的有序排列而产生的极化称为
介电常数 dielectric constant
表征材料极化并储存电荷能力的物理量称为介电常数 同一电容器中用某一物质为介电体与该物质在真空中的电容 的比值，用ε表示无量纲
Q0
+++++++ +++++
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.
16
§ 1-2 典型低介装置瓷
4、滑石瓷的用途
滑石瓷便宜，但热稳定性差，主要用于制造
绝缘子
线圈骨架
波段开关
管座
绝缘子
电阻基体
线圈骨架
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管座
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§ 1-2 典型低介装置瓷
5、其他滑石类瓷简介 (1) 镁橄榄石瓷（MgO·SiO2） (2) 堇青石瓷（ 2MgO·2Al2O3·5SiO2 ）
组成为MgO(20%)、Al2O3(18.3%)、SiO2(61.4%)，与 滑石瓷的组成非常接近，故滑石瓷在1350℃左右开始 出现液相，并随温度的升高，液相数量急剧增加，使 胚体软化、变形、甚至报废。
由于粉料经高温预烧后活性下降，烧结温度过低会 出现生烧。因此滑石瓷的烧结温区一般为10~20℃。
大类。氧化物系主要有Al2O3和MgO等电绝缘陶瓷，非氧 化物系主要有氮化物陶瓷，如Si3N4、BN、AlN等。大量 应用的主要有以下几个多元系统陶瓷：
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• BaO-Al2O3-SiO2系统；Al2O3-SiO2系统；MgO- Al2O3-SiO2 系统；CaO- Al2O3-SiO2系统；ZrO2- Al2O3-SiO2系统。
§ 1-2 典型低介装置瓷
(2) 堇青石瓷
a、线膨胀系数小，室温到800℃：0.9~1.4×10-6/℃， 陶瓷材料中最小。
• 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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原顽辉石是滑石瓷的主晶相，有少量斜顽辉石
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3、滑石瓷存在的问题及解决方案 (1) 老化 (2) 开裂 (3) 烧结温区过窄
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(1) 老化（粉化）: 老化原因：
原顽 斜 辉 顽 石 密 辉 体 度 石 积 内 应力
微 裂 纹 老、 化白 斑
防老化措施： a. 用粘度大的玻璃相包裹晶粒，防止相变 b. 抑制晶粒生长 c. 去除游离石英
电容器
• 电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，衡量其特性的主要 参数是体积电阻率、介电常数和介电损耗。
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一、电绝缘陶瓷
• 电绝缘陶瓷又称装置瓷，有人又称它为电子工业用的结构陶 瓷。主要用作集成电路基片，也用于电子设备中安装、固定、 支撑、保护、绝缘、隔离及连接各种无线电零件和器件。装 置瓷应具备以下性质：
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§ 1-2 典型低介装置瓷
(2) 开裂 开裂原因：
(内因)层状结构 各向异性 收缩各向异性
(外因)成型过程中的定向排列 密度各向异性
晶 粒 结 构 定 向 排 列
防开裂措施：
a. 1300~1350℃高温预烧
b. 热压铸成型
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§ 1-2 典型低介装置瓷
(3) 烧结温区过窄 MgO-Al2O3-SiO2系统的最低共熔点为1335℃，其
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滑石瓷
§ 1-2-1 滑石瓷 1、滑石的结构
共价键\离子键 复合层
滑石瓷分子式：
3MgO·4SiO2·H2O 滑石矿为层状结构的镁硅酸盐， 属单斜晶系，[SiO4]四面体联结 成连续的六方平面网，活性氧离 子朝向一边，每两个六方网状层 的活性氧离子彼此相对，通过一 层水镁氧层联结成复合层。
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分子键
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§ 1-2 典型低介装置瓷
(1) 镁橄榄石
a、镁橄榄石瓷在高温、高频下介电性能优于滑石瓷； b、高温下，绝缘电阻高； c、热膨胀系数与Ti-Ag-Cu 或Ti-Ni合金相匹配，有
利于真空封接； d、可作金属膜电阻，碳膜电阻和绕线电阻的基体以
及IC基片； e、线膨胀系数大，抗热冲击性能差；
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2、滑石的相变 120~200℃，脱去吸附水 1000℃，脱去结构水，转变为偏硅酸镁
3 M • 4 S 2 g • H i 2 O O 3 ( M • S 2 ) g i S 2 O O H i 2 O O
1557℃，再次失去Si，生成镁橄榄石 2 ( M • S g 2 ) i O O 2 M • S g 2 iO S O 2 iO
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§ 1-2 典型低介装置瓷
扩大烧结温区的措施： 扩展下限：a)、提高粉料的活性：粉料细化，降低预烧 温度或采用一次配料成瓷； b)、加入助熔剂BaCO3：在 800℃~950℃出现Ba-Al-Si玻璃，包裹偏硅酸镁晶粒促进烧 结； 扩展上限：a)、提高玻璃相黏度：b)、加入阻制剂ZrO2、 ZnO，使Mg-Al-Si液相黏度大，胚体不易变形。
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• （3）机械强度要高，因为装置瓷在使用时，一般都要承 受较大的机械负荷。通常抗弯强度为45～300Mpa，抗压 强度为400～2000Mpa。
• （4）良好的化学稳定性，能耐风化、耐水、耐化学腐蚀， 不致性能老化。
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陶瓷基片
电子用陶瓷零件
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陶瓷封装
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• 电绝缘陶瓷材料按化学组成分为氧化物系和非氧化物系两
第一章 电介质陶瓷
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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。
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• （1）高的体积电阻率（室温下大于1012Ωm）和高介电强 度（>104kVm－1），以减少漏导损耗和承受较高的电压。
• （2）高频电场下的介电损耗要小（tanδ一般在2×10－4～ 9×10－3范围内）。介电损耗大，会造成材源自文库发热，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。
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§ 1-2 典型低介装置瓷
偏硅酸镁 M• g SO i2 O M (Sgi3)2 O
呈单链状辉石结构，它有三种晶型：
Mg•OSiO 2 1 20 C 0Mg•OSiO 2 70 0CMg•OSiO 2
顽辉石
原顽辉石
斜顽辉石
高 温 稳 定 相 （ ） 缓 原 变 顽 （ 室辉 低 温 ） 石 温 稳 定 相 （ ） 斜 方 （ 正 同 质 交 异） 单 构 斜