电容器陶瓷-低频(铁电)
Y5V电容特性
Y5V材料电容特性Y5V电容器瓷属于低频高介电容器瓷，即Ⅱ类瓷，是强介铁电陶瓷，具有自发极化特性的非线性陶瓷材料，其主要成分为钛酸钡（BaTiO3）；其特点是介电系数特别高，介电系数随温度呈非线性变化，介电常数随施加的外电场有非线性变化的关系；Y5V：温度特性Y代表-25℃；“5”代表+85℃；温度系数V代表-80%~+30%；在交变电压作用下，电容器并不是以单纯的电容器的形式出现，它除了具有电容量以外，还存在一定的电感和电阻，在频率较低时，它们的影响可以不予考虑，但随着工作频率的提高，电感和电阻的影响不能忽视，严重时可能导致电容器失去作用。
因此，我们一般通过四个主要参数来衡量片式电容的一般电性能：电容量、损耗角正切、绝缘电阻、耐电压。
下面主要针对电容量的变化进行研究：1、电容量与温度的关系：温度是影响电容器电容量的一个重要因素，电容量与温度之间的这种关系特性称为电容器的温度特性，一般说来，对于Ⅱ类瓷电容器，其影响相对较大，故我们采用“%”来表示它的容量变化率。
下面以Y材料0402F/104规格产品为例来说明Y5V材料的温度特性：温度-25℃+5℃+20℃室温+40℃+85℃容量（nf）73.91 106.25 104.59 99.84 82.62 31.58变化率（%）-29.33 1.59 0 0 -21.01 -69.812、电容量与交流电压的关系：对于Ⅱ类瓷电容器，其容量基本是随所加电压的升高而加速递升的，在生产测试中，一般采用0.5±0.2V和1.0±0.2V作为电容量与损耗正切角的测试电压，电压较低，因此对于同一容量采用不同的介质厚度设计，最终表现出来的容量值不会有太大差异，但是，随着工作电路中交流电压的不同，这种差异较为明显。
下面以Y材料0805F/105规格产品为例来说明Y5V材料交流特性：测试电压0.1V 0.2V 0.3V 0.4V 0.5V 0.6V 0.7V 0.8V 0.9V 1.0V 容量（uf）0.92 1.009 1.08 1.13 1.18 1.21 1.24 1.26 1.277 1.287 变化率（%）0 9.67 17.39 22.83 28.26 31.52 34.78 36.96 38.8 39.89交流特性0.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%35.00%40.00%45.00%0.1V 0.2V 0.3V 0.4V 0.5V 0.6V 0.7V 0.8V 0.9V1V测试电压变化率系列13、电容量与直流电压的关系：在电路的实际应用中，电容器两端可能要施加一个直流电压，电容器在这种情况下的特性叫做直流偏压特性；相对X7R 材料来说，Y5V 材料偏压特性较差，可以通过增加介质厚度的方法取得较好的直流偏压特性。
第五章 铁电介质陶瓷95
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1、立方BaTi03 是理想的钙钛矿型结构，每 个钙钛矿型晶胞中包含一个分 子单位。
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钙钛矿结构
Ba2+
Ti4+
O2-
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从离子堆积的角度看，O2-离子和 Ba2+共同按立方最紧密堆积，堆积成
O2- 离子处于面心位置的“立方面心
结构”，Ti4+ 离子占据着6个O2- 组成
的八面体空隙的中间。
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施加反方向电场，达－Ec时， 极化强度P才回到0，继续提高电 场强度，P在反方向表现出来，变 至H点与A点相应，极化达饱和， GH为直线，降至电场强度为0时， P=－Pr，再施加正电场至Ec，P又 恢复到0，再提高电场强度，则沿 Ec－A到A。
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施加外电场后，再也不会回到E=0， P=0的原点，而是沿一个回线运动，这 个回线称为电滞回线。 Ec所表示的电场强度称为该陶瓷材 料的矫顽场。BA的延长线与P相交，Ps 称为自发极化强度。 三、BaTi03陶瓷介电温度特性 1、≌1000，因为陶瓷中存在玻璃相， 使较BaTi03晶体的低。
6
对容量要求一样时，用高介电常 数材料制备的电容器体积小，而用 低介电常数材料制备的电容器体积 很大。 为了减小元件的几何尺寸，各国 都在大力开发新的电介质陶瓷材料 和复合电介质材料。
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随着整机发展的要求，片式陶瓷
电容器、片式陶瓷电感、片式陶瓷
电阻等片式陶瓷元件，以及微叠层
陶瓷元件的研究，开发和生产的发
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5、畴壁：电畴与电畴之间的界面，称为
畴壁。
分为两种： （1）90o 畴壁：相邻电畴之间的取向相
差90o。 （2）180o畴壁：相邻电畴之间的取向相 差180o。
电容选用资料(2)瓷介电容器(公布)
三、瓷介电容器（一）概述1、电容器用陶瓷的分类方法：适合做电容器的陶瓷很多，为了生产和使用上的规范，将电容器用陶瓷材料按照其性能特点进行分类，分类的主要依据是介电常数ε、损耗角正切tgδ、频率特性、温度特性、电压特性等综合考虑，我国已有完整的电容器用陶瓷材料分类标准，将电容器瓷分成三类（1、2、3类），由此也将陶瓷电容器分成1、2、3类瓷介电容器。
通常将1类瓷称做高频瓷（顺电体陶瓷），2类瓷称为低频瓷（铁电体陶瓷），3类瓷称为半导体瓷。
2、电容器瓷的介电常数并非一个恒定值，是一个与温度有关的电参数，为了描述介电常数这种温度特性，对1类瓷用温度系数TC(也用α表示，单位10-6/℃)来表达，对2、3类瓷用介电常数ε随温度的变化率△ε/ε（%）来表达。
温度特性是各类陶瓷电容器瓷分组的主要依据。
3、陶瓷电容可以有引线，也可以无引线（比如MLCC：贴片陶瓷电容）；其包封材料可以是酚醛树脂（液体涂封）、环氧树脂（粉末涂装，兰色、红色、绿色各种颜色）、釉膜涂装（烧结涂装）。
4、相关词语解释：1）结构类似元件：用相同的工艺和材料制造的电容器，即使它们的外形尺寸和数值可能不同，也可以认为是结构类似的电容器。
2）初始制造阶段：单层电容器的初始制造阶段是形成电极的介质金属化（即被银瓷片生产）。
多层电容器的初始制造阶段是介质-电极叠压后的第一次共同烧结。
3）1类瓷介固定电容器：专门设计并用在低损耗、电容量稳定性高或要求温度系数有明确规定的谐振电路中的一种电容器。
例如，在电路中做温度补偿之用。
该类陶瓷介质是以标称温度系数来确定的。
4）2类瓷介固定电容器：适用于作旁路、耦合或对损耗和电容量稳定性要求不高的电路中的具有高介电常数的一种电容器。
该类陶瓷介质是以在类别温度范围内电容量非线性变化来确定的。
5）3类瓷介固定电容器：是一种具有半导体特征的瓷介电容器。
该类电容器适于作旁路、耦合之用。
该类陶瓷介质是以在类别温度范围内电容量非线性变化来确定的。
高介高稳定性BaTiO3 基铁电陶瓷研究进展
第27卷第11期电子元件与材料V ol.27 No.11 2008年11月ELECTRONIC COMPONENTS AND MATERIALS Nov. 2008高介高稳定性BaTiO3基铁电陶瓷研究进展蒲永平，杨公安，王瑾菲，庄永勇（陕西科技大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 710021）摘要: 针对BaTiO3基铁电陶瓷材料的特点，介绍了提高其介电常数和温度稳定性的途径，综述了高介高稳定性BaTiO3基铁电陶瓷材料的研究现状。
指出随着电子整机向着微型化的方向发展，介电瓷粉材料也向着高介电常数、高稳定性的方向发展，并提出了解决此问题的思路。
关键词:无机非金属材料；BaTiO3；综述；稳定性；介电常数中图分类号: TM28 文献标识码:A 文章编号:1001-2028（2008）11-0001-03Research progress of BaTiO3-based ferroelectric ceramic materialswith high permittivity and high stabilityPU Yong-ping, YANG Gong-an, WANG Jin-fei, ZHUANG Yong-yong(School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)Abstract: According to the characteristics of BaTiO3-based ferroelectric ceramic materials, the ways to improve their permittivity and temperature stability were introduced, and the current research status of BaTiO3-based ferroelectric ceramic materials with high permittivity and high stability were reviewed. It is pointed out that dielectric ceramic powder materials would develop towards high permittivity and high stability with the miniaturization trend of electronic equipment. Moreover, the ways to solve these problems were put forward.Key words: non-metallic inorganic material; BaTiO3; review; stability; permittivity铁电陶瓷又称为II类低频电容器陶瓷，这类电容器多用于滤波、旁路和耦合等电子电路中，一般要求有极大的电容量，因此要求用介电常数很高的瓷料来制备。
陶瓷器件的介电性能调研(电容器为主)
电容器：[1]戴冬雪,王维,金攀,何小兵. 标准电容器材料和结构的研究[J]. 电测与仪表,2015,52(S1):97-99+103. [2017-10-10].[2]崔驭强,伍学正. 降低高压标准电容器介质损耗因数的研究[J]. 电力电容器,1985,(01):14-19+52. [2017-10-10]. DOI：10.14044/j.1674-1757.pcrpc.1985.01.002JJG183-1992标准电容器检定规程红色为网络搜集数据移相器：[1] 吕文中,李闯,汪小红. BSTO移相器材料结构与温度特性的研究[J]. 电子元件与材料,2006,(11):31-33. [2017-10-10]. DOI：10.14106/ki.1001-2028.2006.11.010相控阵移相器：介电常数在100左右红色为测量样品数据文献中说明基本满足移相器的要求移相器用铁电材料的性能要求：[D].刘成. 钙钛矿型无铅铁电陶瓷的介电与压电性能研究陕西师范大学, 2013.它的主要特性为：(1) 在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发极化消失，铁电相变为顺电相；(2)存在电畴；(3)发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出现峰值，并服从Curie-Weiss 定律；(4)极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线；(5)介电常数随外加电场呈非线性变化；(6)在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。
(7)电性能：高的抗电压强度和介电常数。
低的老化率。
在一定温度范围内介电常数变化率较小。
介电常数或介质的电容量随交流电场或直流电场的变化率小加快了铁电陶瓷：应用在：1大容量低频电容器材料纯BaTiO在室温时介电常数约为1400，在居里点（120℃）附近高达6000~10000，3。
电容器陶瓷PPT课件
瓷也归为此类。下面主要讨论的就是其中的电容器陶瓷。
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目 ▪ ▪ ▪
▪
录
一，电介质陶瓷 1，电介质陶瓷一般特性 2，电介质陶瓷的分类
二，电容器陶瓷 1，电容器陶瓷简介 2，电容器陶瓷性能要求 3，电容器陶瓷的分类
三，各类电容器陶瓷 1，非铁电电容器陶瓷 （1）温度补偿型电容器陶瓷 （2）温度稳定型电容器陶瓷 2，铁电电容器陶瓷 3，反铁电电容器陶瓷 4，半导体电容器陶瓷 5，新型电容器陶瓷（独石电容器陶
▪
电介质陶瓷在静电场或交变电场中使用，评价其
特性的主要参数为：体积电阻率、介电常数和介电损耗
角。根据这些参数的不同，可把电介质陶瓷分为电绝缘
陶瓷，也称装置陶瓷（mounting ceramics）和电容器
陶瓷（capacitor ceramics） 。此外某些具有特殊性能
陶瓷，如压电陶瓷、铁电陶瓷及热释电陶瓷等电介质陶
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（2）极化（polarization）：电介质陶瓷在外 电场的作用下会造成电荷的移动，致使其中的正负 电荷中心不重合，这样在电介质陶瓷内部会形成偶 极矩，产生极化。极化的结果是在外电场垂直的电 介质陶瓷表面会出现感应电荷Q，这种感应电荷不 能自由移动，被称为束缚电荷。束缚电荷的面密度 即为极化强度P（intensity of polarization）。
瓷） 四，总结
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二，电容器陶瓷
▪ 1，电容器陶瓷简介
电容器是一种“通交流、隔直流”的电子元器件， 接在交流电源上时电容器连续地充电、放电，电路中就 会流过与交流电变化规律一致的充电电流和放电电流， 因而在电子电路中电容器常被用来产生电磁振荡、改变 波形、耦合、旁路，充当滤波器来存储和释放电荷，平 滑输出脉动信号等。此外利用电容器充电后储藏的电能 在放电时产生的强大电流和火花可以用来熔焊金属等。
(完整word版)功能陶瓷材料的分类及发展前景
功能陶瓷材料的分类及发展前景功能陶瓷是指在应用时主要利用其非力学性能的材料，这类材料通常具有一种或多种功能。
如电、磁、光、热、化学、生物等功能，以及耦合功能，如压电、压磁、热电、电光、声光、磁光等功能。
功能陶瓷已在能源开发、空间技术、电子技术、传感技术、激光技术、光电子技术、红外技术、生物技术、环境科学等领域得到广泛应用。
1.电子陶瓷电子陶瓷包括绝缘陶瓷、介电陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、热释电陶瓷、敏感陶瓷、磁性材料及导电、超导陶瓷。
根据电容器陶瓷的介电特性将其分为６类：高频温度补偿型介电陶瓷、高频温度稳定型介电陶瓷、低频高介电系数型介电陶瓷、半导体型介电陶瓷、叠层电容器陶瓷、微波介电陶瓷。
其中微波介电陶瓷具有高介电常数、低介电损耗、谐振频率系数小等特点，广泛应用于微波通信、移动通信、卫星通信、广播电视、雷达等领域。
2.热、光学功能陶瓷耐热陶瓷、隔热陶瓷、导热陶瓷是陶瓷在热学方面的主要应用。
其中，耐热陶瓷主要有Al2O3、MgO、SiC等，由于它们具有高温稳定性好，可作为耐火材料应用到冶金行业及其他行业。
隔热陶瓷具有很好的隔热效果，被广泛应用于各个领域。
陶瓷材料在光学方面包括吸收陶瓷、陶瓷光信号发生器和光导纤维，利用陶瓷光系数特性在生活中随处可见，如涂料、陶瓷釉。
核工业中，利用含铅、钡等重离子陶瓷吸收和固定核辐射波在核废料处理方面广泛应用。
陶瓷还是固体激光发生器的重要材料，有红宝石激光器和钇榴石激光器。
光导纤维是现代通信信号的主要传输媒介，具有信号损耗低、高保真性、容量大等特性优于金属信号运输线。
透明氧化铝陶瓷是光学陶瓷的典型代表，在透明氧化铝的制造过程中，关键是氧化铝的体积扩散为烧结机制的晶粒长大过程，在原料中加入适当的添加剂如氧化镁，可抑制晶粒的长大。
其可用作熔制玻璃的坩埚，红外检测窗材料，照明灯具，还可用于制造电子工业中的集成电路基片等。
3.生物、抗菌陶瓷生物陶瓷材料可分为生物惰性陶瓷和生物活性陶瓷，生物陶瓷除了用于测量、诊断、治疗外，主要是用作生物硬质组织的代用品，可应用于骨科、整形外科、口腔外科、心血管外科、眼科及普通外科等方面。
陶瓷电容器特性
陶瓷电容器特性特别说明：本文档所有内容来气村田制作所网站，作者仅将所需要的内容总结在一起方便阅读查阅，Q ：高介电常数型（X5R/B、X7R/R特性等）与温度补偿型（CH、C0G特性等）的特征和用途有哪些区别？A : 请参阅下表。
Q:陶瓷电容器的静电容量会不会随时间而变化？此外，对于随时间变化有哪些注意事项？A: 陶瓷电容器中，尤其是高诱电率系列电容器(B/X5R、R/X7R特性)，具有静电容量随时间延长而降低的特性。
当在时钟电路等中使用时，应充分考虑此特性，并在实际使用条件及实际使用设备上进行确认。
例如，如下图所示，经过的时间越长，其实效静电容量越低。
(在对数时间图上基本呈直线线性降低)＊下图横轴表示电容器的工作时间(Hr)，纵轴表示的是相对于初始值的静电容量的变化率的图表。
如图中所示，静电容量随着时间延长而降低的特性称为静电容量的经时变化(老化)。
此外，对于老化特性，不仅仅限于本公司的产品，在所有高诱电率型电容器中都有此现象，在温度补偿用电容器中没有老化特性。
另外，因老化而导致静电容量变小的电容器，当由于工序中的焊接作业等使温度再次被加热到居里温度(约125°C)以上时，静电容量将得到恢复。
而且，当电容器温度降至居里温度以下时，将再一次开始老化。
关于老化特性的原理陶瓷电容器中的高诱电率系列电容器，现在主要使用以BaTiO3(钛酸钡)作为主要成分的电介质。
BaTiO3具有如下图所示的钙钛矿(perovskite)形的晶体结构，在居里温度以上时，为立方晶体(cubic)，Ba2+离子位于顶点，O2-离子位于表面中心，Ti4+离子位于立方体中心的位置。
上图是在居里温度(约125℃)以上时的立方体(cubic)的晶体结构，在此温度以下的常温领域，为一个轴(C轴)伸长，其他轴略微缩短的正方晶系(tetragonal)晶体结构。
此时，作为Ti4+离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的结果，产生极化，不过，这个极化即使在没有外部电场或电压的情况下也会产生，因此，称为自发极化(spontaneous polarization)。
电容的种类和用途(作用)
电容的种类和用途（作用）纸介电容用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。
它的特点是体积较小，容量可以做得较大。
但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合适。
云母电容用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。
它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。
陶瓷电容用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。
它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。
铁电陶瓷电容容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。
薄膜电容结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。
涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。
聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。
金属化纸介电容结构和纸介电容基本相同。
它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。
油浸纸介电容它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。
它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。
铝电解电容它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。
还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。
它的特点是容量大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。
使用的时候，正负极不要接反。
钽、铌电解电容它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。
它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。
用在要求较高的设备中。
半可变电容也叫做微调电容。
它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。
调节的时候改变两片之间的距离或者面积。
它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。
铁电陶瓷的特性,介绍其潜在应用
多层电容 压电变换器
压电马达 压电驱动器 电致伸缩驱
动器
块材
介电电容器 红外探测器
压电传感和 驱动器 电光快门
电光显示器
膜材
非易失随 机存储器
阻挡层 集成光学 抗反射膜
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非易失随机存储器
普及型室内幕帘式被动红 外线移动探测器，尤其适 合于小区防盗使用，外形 时尚精致，线条流畅
压电陶瓷马达
高介电型陶瓷 电容器常数
图4 不同应力下的电滞回线
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2.4 软硬性铁电陶瓷的比较
比较两条曲线[2]
相同点：包括初始近似线性段,曲
线斜率先从递减向递增转化的非线 性段,以及在应力增加到一定值时, 又变成曲线斜率较大的近似线性段. 并且,非线性曲线上从斜率递减向 递增转化的拐点G处应力值． 不同点：对于硬PZT4大约为 125MPa,软PZT4在70MPa左右.这 表明PZT铁电陶瓷在载荷作用下的
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1、铁电陶瓷的电畴理论 900
↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ →→→
图中 小方格代表晶胞 箭头代表电矩方向
↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ ↓ → →→→ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ ↓ →→ →→→ ↑ ↑ ↑ ↓ ↓ →→→ →→→
↑ ↑ ↑ ↓ →→→→ →→→
1800 图1 BaTiO3电畴结构示意图
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在同一晶粒内具有相同取向的自发极化和自发 应变的晶胞团称为电畴[4].
应力应变非线性响应与压电材料微 观电畴偏转密切相关．
图５ 软硬铁电陶瓷的应力－电位移曲线
根据两者对应力的敏感性不同，可以在应用在不同的领域．
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ห้องสมุดไป่ตู้
3、铁电陶瓷的特性及其应用
以上介绍了电滞回线的变化规律及其原因，我们深刻的认识到 电畴翻转是铁电陶瓷产生非线性曲线的原因，也正是有了这一 理论，使我们对铁电陶瓷产生了浓厚的兴趣，在对它的认识过 程中挖掘出了许多有利于人们生活的应用[3]。
电容电感的选择
电容电感的选择及EMI中的应用(转载于internet)电容谐振频率电容值DIP (MHz) STM (MHz)1.0μF2.5 50.1μF8 160.01μF 25 501000pF 80 160100 pF 250 50010 pF 800 1.6(GHz)一NPO电容器NPO是一种最常用的具有温度补偿特性的单片陶瓷电容器。
它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。
NPO电容器是电容量和介质损耗最稳定的电容器之一。
在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃，电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。
NPO电容的漂移或滞后小于±0.05%，相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。
其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。
NPO电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同，大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。
下表给出了NPO电容器可选取的容量范围。
封装DC=50V DC=100V0805 0.5---1000pF 0.5---820pF1206 0.5---1200pF 0.5---1800pF1210 560---5600pF 560---2700pF2225 1000pF---0.033μF1000pF---0.018μFNPO电容器适合用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。
二X7R电容器X7R电容器被称为温度稳定型的陶瓷电容器。
当温度在-55℃到+125℃时其容量变化为15%，需要注意的是此时电容器容量变化是非线性的。
X7R电容器的容量在不同的电压和频率条件下是不同的，它也随时间的变化而变化，大约每10年变化1%ΔC，表现为10年变化了约5%。
X7R电容器主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。
它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。
电容器陶瓷高频
（2）金红石生产中存在的问题：
①严防SiO2杂质的进入。SiO2会使介电常数下降， 介电常数的温度系数绝对值变小，因此，球磨必 须用刚玉磨球及内衬。
（2）金红石生产中存在的问题：
②由于TiO2可塑性差,坯料常需适当的陈腐时间, 使TiO2水解,以提高可塑性。新练出的泥料可通 过加入酸(如醋酸)碱（如氨水）适当调节PH值， 克服坯料触变性，提高成型性能。另外，在新练 的泥中，掺入50%左右的回坯料，亦可使坯料水 份均匀，改善或消除坯料的触变性，这也是工厂 中常用的有效措施之一。
§ 2-2 电容器瓷的介电特性
一、高频电容器瓷的分类
二、 值不同的原因
三、ε的对数混合法则 四、产生高介电系数的原因 五、含钛陶瓷的介质损耗
§ 2-2 电容器瓷的介电特性
一、 高频电容器瓷的分类
金红石瓷：TiO2
按主晶相分
钛酸盐瓷：CaTiO3、SrTiO3、MgTiO3 锡酸盐瓷：CaSnO3、 SrSnO3 锆酸盐瓷：CaZrO3
La2O3·2TiO2：ε=38, αε=+30×10-6/℃ Bi2O3·2TiO2：ε=104, αε=-150×10-6/℃
当有CaCO3过量时,会生成部分 Ca3Ti2O7(ε=55),使材料的ε下降。因此,配方宁可 TiO2稍稍过量。
烧块的质量可以由测定游离氧化钙的含量来评 价。
此外,如果希望降低瓷料的温度系数绝对值, 尚 可采用La2Ti2O7,若希望瓷料的介电常数增大,则 可用SrTiO3和Bi2Ti2O7来调整性能。
陶瓷电容器以其体积小、容量大、结构简单、优 良的高频特性、品种繁多、价格低廉、便于大批 量生产而广泛应用于家用电器、通信设备、工业 仪器仪表等领域。
陶瓷电容器是目前飞速发展的电子技术的基础之 一,今后,随着集成电路（IC)、大规模集成电路 (LSI)的发展,可以预计,陶瓷电容器将会有更大的 发展。
陶瓷电容选型指导
技术文件陶瓷电容设计选型指导技术文件版本：A版页数：第6页共22 页（3）陶瓷电容的封装表（4）为贴片电容常用的封装描述。
表（4）EIA(inch) 国标（mm）长宽高0402 1005 1.0±0.10 0.5±0.10 0.25±0.150603 1608 1.6±0.15 0.8±0.15 0.35±0.150805 2012 2.0±0.20 1.25±0.20 0.5±0.251206 3216 3.2±0.20 1.6±0.20 0.5±0.251210 3225 3.2±0.20 2.5±0.20 0.5±0.201812 4832 4.5±0.30 3.2±0.20 0.6±0.352225 5665 5.6±0.25 6.5±0.40 0.64±0.40备注说明1812及以上的封装，由于体积较大，在加工过程中容易受温度和机械应力而产生不良，目前在我司禁用(华为要求)。
（4）陶瓷电容的材料特性陶瓷是个绝缘体，而作为电容器介质用的陶瓷除了具有绝缘特性外，还有一个重要的特性，就是极化，即在外电场的作用下，正负电荷会偏离原有的位置，从而表现出正负两个极性，绝缘体的极化特性一般用介电常数ε来表示，即介质的κ值。
下表（5）为几种材料的介质常数，图（1）为陶瓷电容的极化图。
表（5）介质介质常数值真空 1.0空气 1.004BaTiO3（钛酸钡）400左右铁电陶瓷1000～12000图(1)技术文件陶瓷电容设计选型指导技术文件版本：A版页数：第7页共22 页（5）陶瓷电容的制造工艺和内部结构a、陶瓷电容的制造工艺多层陶瓷介质电容器的绝缘体材料主要使用陶瓷，其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠，即由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，烧结成整体，然后是电极制造，引线焊接，涂覆，包封。
陶瓷电容的材料
陶瓷电容的材料
陶瓷电容器的主要材料包括：
1. 陶瓷介质材料：这是陶瓷电容的核心部分，通常选用的陶瓷介质有钛酸钡（BaTiO₃）、锆钛酸铅（PZT）、铌酸锶钡（SrBi₂Nb ₂O₉）等。
这些陶瓷材料经过精密配方设计和高温烧结后具有高介电常数、低损耗、稳定的电气性能以及良好的温度特性。
2. 金属电极材料：在陶瓷介质上涂覆的金属层作为电容器的两个导电极板，常用的金属材料包括镍、银、钯及其合金等，它们需要与陶瓷介质有良好的化学结合力，并且电阻率要低以降低接触电阻和提高电容器的效能。
3. 封装材料：为了保护内部结构不受外界环境影响，陶瓷电容器外部会采用环氧树脂、塑封料、陶瓷封装体等材料进行封装。
不同的应用领域和性能要求，会选择不同类型的陶瓷介质材料制作电容器，例如：
- NPO（Negative Temperature Coefficient of Capacitance）类陶瓷电容器使用的是温度系数非常低的高稳定型陶瓷介质。
- X7R和Y5V等类型则是利用了温度系数较高的铁电陶瓷，这类电容器在特定温度范围内电容量变化较大，适用于成本敏感且对容量稳定性要求相对较低的应用场合。
铁电陶瓷
(3) 薄膜材料制备工艺。
（三）透明铁电陶瓷
一、透明铁电陶瓷的组成和相图
由于气孔相、晶界和杂质相的散射，一般多晶体陶瓷是不透 明的，通过适当的工艺，可以控制其显微结构和晶界性质，使
之成为透明陶瓷，一般 Al2O3 、 Y2O3 、 MgO、 BeO、 ThO等都
可制成透明陶瓷。 PLZT 既有透明性，又有铁电和压电性，其光学性质与铁电
•压电陶瓷超声波焊接
压电超声马达
世界上最小的马达（电机）：重36mg，长5mm，直径 1mm，可作为人造心脏的驱动器。
压电喇叭应用实例
N506i V501T
•压电陶瓷超声清洗
•压电陶瓷探伤仪
•压电陶瓷测厚仪
•压电陶瓷加湿器
压电陶瓷变压器雷 达显示器高压电源
压电变压器电警棍
•压电陶瓷喷墨打印
的电场时，那些取向和电场方向一致的畴生长变大，而
其它方向的畴收缩变小，随后产生净极化强度。
铁电陶瓷与其它的电介质陶瓷不同，它的极化强度 不与施加电场成线性关系，并具有明显的滞后效应。
饱和极化强度Ps
剩余极化强度Pr 矫顽电场强度Ec
饱和电场强度Esat
铁电体的电滞回线
主要内容
一、 压电陶瓷
二、 热释电陶瓷
•压电陶瓷内部结构（电畴形成）
由于压电陶瓷极化后具有压电性，因此，构成陶瓷
的晶体必须是铁电体。铁电体从顺电相转变为铁电 相时具有自发极化，自发极化方向一致的区域成为 电畤。铁电畴之间的界面称为电畤壁。两电畤平行 排列的边界称为180°畴壁，两电畤互相垂直的边界
称为90°畴壁。
相邻两个畴中自发极化方向只能成90°角或180°角， 相应电畴交界面就分别称为90°畴壁和180°畴壁。
电容器介质陶瓷反铁电体
二 反铁电介质陶瓷的特性和用途
反铁电体的宏观 特征：具有双电 滞回线
1 反铁电介质陶瓷特征：具有双电滞回线
E<E临:P与E呈线性关系
E临<E< E饱和:电滞回线
E饱和 E临
E> E临反铁电相被迫转 变为铁电相—强迫相变
E> E饱和:线性
电滞回线斜率为介
电系数
反铁电体介电系数和电容量随电场强度
（1）优良的储能材料，利用反铁电相-铁 电相的相变可作储能电容器应用；
（2） 以PbZrO3 为基的反铁电材料相变 场强较高，一般为40-100KV/cm可用于 制作高压陶瓷电容器 ；
（3） 反铁电相-铁电相的相变形变， 可作电-机换能器，不需要共振频率。
三 反铁电陶瓷的组成、性质和生产工艺
反铁电陶瓷由PbZrO3或以PbZrO3为基
的变化规律：
E<E临:定值 E临<E<E饱和:先
逐渐增大，再逐 渐减低
E饱和<E:定值
反铁电体与铁电体的主要不同：
当外电场降至零时，反铁电体没有剩余极化， 而铁电体则有剩余极化。
反铁电体与铁电体
注意：除外电场外，温度、压力也能诱
导反铁电相向铁电相转变，呈现双电滞回
线——强迫相变
2 反铁电介质陶瓷用途
一 反铁电体的晶体结构
线性介质的微观结构特征是没有自发极化； 铁电介质微观结构特征是具有很强的自发极化。
C1
B1
A1
反铁电体宏观特征：具有双电滞回线
低压时:P与E呈线性关系 高压时: P与E呈明显的非线性关系
反铁电体微观结构特征：
居里温度以上为立方相 居里温度以下为反铁电相 PbZrO3Tc=230℃
Y5V电容特性
Y5V材料电容特性Y5V电容器瓷届丁低频高介电容器瓷，即皿类瓷，是强介铁电陶瓷，具有自发极化特性的非线性陶瓷材料，其主要成分为钛酸彻（BaTiO3）;其特点是介电系数特别高，介电系数随温度呈非线性变化，介电常数随施加的外电场有非线性变化的关系；Y5V :温度特性Y代表-25C； "5”代表+85C ;温度系数V代表-80%~+30%;在交变电压作用下，电容器并不是以单纯的电容器的形式出现，它除了具有电容量以外，还存在一定的电感和电阻，在频率较低时，它们的影响可以不予考虑，但随着工作频率的提高，电感和电阻的影响不能忽视，严重时可能导致电容器失去作用。
因此，我们一般通过四个主要参数来衡量片式电容的一般电性能：电容量、损耗角正切、绝缘电阻、耐电压。
下面主要针对电容量的变化进行研究：1、电容量与温度的关系：温度是影响电容器电容量的一个重要因素，电容量与温度之间的这种关系特性称为电容器的温度特性，一般说来，对丁皿类瓷电容器，其影响相对较大，故我们采用“％”来表示它的容量变化率。
卜面以Y 材料0402F/104规格产品为例来说明Y5V材料的温度特性:温度-25 C+5C+20 C室温+40 C+85 C容量（nf）73.91106.25104.5999.8482.6231.58变化率（%）-29.33 1.5900-21.01-69.81容量随温度变化变化率对丁皿类瓷电容器，其容量基本是随所加电压的升高而加速递升的，在生产测试中，一股采用0.5土0.2V和1.0土0.2V作为电容量与损耗正切角的测试电压，电压较低，因此对丁同一容量采用不同温度的介质厚度设计，最终表现出来的容量值不会有太大差异，但是，随着工作电路中交流电压的不同，2、电容量与交流电压的关系:这种差异较为明显。
卜面以Y材料0805F/105规格产品为例来说明Y5V材料交流特性:测试电压0.1V0.2V0.3V0.4V0.5V0.6V0.7V0.8V0.9V 1.0V 容量（uf ）0.92 1.009 1.08 1.13 1.18 1.21 1.24 1.26 1.277 1.287变化率（％09.6717.3922.8328.2631.5234.7836.9638.839.89交流特性45.00%40.00%率化变测试电压3、电谷量与直流电压的关系：在电路的实际应用中，电容器两端可能要施加一个直流电压，电容器在这种情况下的特性叫做直流偏压特性；相对X7R材料来说，Y5V材料偏压特性较差，可以通过增加介质厚度的方法取得较好的直流偏压特性。
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长，a，b轴略有缩短，c/a ≈1.01。该温度
范围沿c轴出现自发极化呈现铁电性。
钛酸钡晶胞与自发极化图
四方相BaTiO3
四方相十分重要，因为它存在的温度区 间（0～120℃）正是材料的使用温度。
铁 电 陶 瓷
立方相转变为四方相 时，a、b轴收缩，c轴 伸长，使c轴的O2－和 Ti4＋发生位移，产生 极化，形成偶极子。
基本概念1. 铁电体
介电晶体在某温度范围内可以自发极化（介电常数很
高），而且极化强度可以随外电场反向而反向。同铁磁体具有
磁滞回线一样，把具有电滞回线的晶体称为铁电体。 虽然叫铁电体，但这些晶体并不含有铁。 铁电性(ferroelectricity)是指在一定温度范围内具有
自发极化，在外电场作用下,自发极化能重新取向,而且电位移
铁电陶瓷的特性决定了它的用途:
• 利用其高介电常数，可以制作大容量的电容器、高 频用微型电容器、高压电容器、叠层电容器和半导 体陶瓷电容器等，电容量可高达0.45µF/cm2。 • 利用其介电常数随外电场呈非线性变化的特性，可 以制作介质放大器和相移器等。 • 利用其热释电性，可以制作红外探测器等。 • 利用其压电性可制作各种压电器件。 • 此外，还有一种透明铁电陶瓷，其光学效应可用于 制造光阀、光调制器、激光防护镜和热电探测器等。
钛离子处于氧八面体中，
两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37
钛离子的直径：2× 0.64= 1.28
结果分析：
氧八面体空腔体积大于钛离子体积，给钛离子位 移的余地。
较高温度时，热振动能比较大，钛离子难于在偏 离中心的某一个位臵上固定下来，接近六个氧离子的 几率相等，晶体保持高的对称性，自发极化为零。
波，旁路，稳压，整流及交流断路器中广泛使用。这类瓷 料不仅要求ε值高，而且要求温度稳定性好，居里点在工 作温度范围内，且能方便地被调整。与高频(1型) 介电陶 瓷比较，其tanδ值较大，适用于低频频段(1KHz或以下)。 • 它主要包括BaTiO3系，SrTiO3和反铁电系三类。 • BaTiO3系是最主要的高介材料，由于该类材料的介电常数 值特别高通常也称为“强介体”或“强介材料”。
90°
180°
2.4.1 BaTiO3晶体结构与性能
BaTiO3在1460℃以上为六方晶型，1460 ℃～120 ℃为 立方晶系。1460 ℃以下存在三次相变，四种不同晶型，依 次为立方、四方、正交、三角晶系。
0℃
－80℃
120℃
铁 电 陶 瓷
立方
四方
正交
三角
BaTiO3晶胞参数
铁 电 陶 瓷
立方相BaTiO3
铁电陶瓷材料
ferroelectric ceramics materials
• 铁电陶瓷材料，是指具有铁电效应的一类材料，它是热释电材料 的一个分支。铁电陶瓷的主要特性为： ① 在一定温度范围内存在自发极化，当高于某一居里温度时，自发 极化消失，铁电相变为顺电相； ② 存在电畴； ③ 发生极化状态改变时，其介电常数-温度特性发生显著变化，出 现峰值，并服从Curie-Weiss定律； ④ 极化强度随外加电场强度而变化，形成电滞回线； ⑤ 介电常数随外加电场呈非线性变化； ⑥ 在电场作用下产生电致伸缩或电致应变。 ⑦ 电性能：高的抗电压强度和介电常数。在一定温度范围内(55～+85℃)介电常数变化率较小。介电常数或介质的电容量随 交流电场或直流电场的变化率小.
③由于BaTiO3在升温和降温过程中晶胞参数变化不重合，导致
ε＝f(T)曲线在相变温度附件亦不重合，被称为“热滞现象”； ④介电常数随温度的变化不呈直线关系，而显示明显的非线性。
2.4.2 BaTiO3基陶瓷的组成结构和性质
• BaTiO3和以BaTiO3基固溶体为主晶相的陶瓷，是 铁电陶瓷的代表性陶瓷材料。 • BaTiO3基陶瓷的晶粒很微小，3～10μm。 BaTiO3
特别是工作在高温（≥85℃），高湿，长期在直流电场
下（1000小时），Ti4＋ →Ti3+ ，造成ρv↓↓，故要求室温 ρv≥1012Ω.cm 抗电强度Eb：尽可能提高Eb。（因为铁电瓷抗电强度本 来低，分散性又大）。
四、BaTiO3陶瓷改性 （1）臵换改性
当添加元素的电价与Ti4＋或Ba2＋相等，半径 与其相近时，离子能大量溶入BaTiO3中，形成臵
在居里温度以上， BaTiO3的介电常数随温度的变化遵从 居里-外斯定律：
C TC T0
其中： BaTiO3的居里-外斯常数为C=（1.6～1.7）×105℃ ；
BaTiO3的居里温度TC与特征温度T0不相等， Tc-T0 =10～11℃
BaTiO3陶瓷介电特性与频率的关系
铁 电 陶 瓷
陶瓷是由许多微小的钛酸钡晶粒构成的集合体。
每个晶粒内部都有自发极化形成的一个个电畴。
晶粒间存在晶界或边界层。晶粒和晶界层或边界
层构成了陶瓷的整体结构。
一、BaTiO3陶瓷的电致伸缩
在电场作用下，陶瓷电畴取向趋向一致，材料在沿E方 向伸长，垂直E方向收缩。 去除电场后，电畴和应变不能再回到原始状态。 而剩余伸缩或伸长就叫电致伸缩或者电致应变。
极化。
• 出现自发极化的必要条件是晶体不具有对称中心。
众所周知，晶体划分为32类晶型(32个点群)，其 中有21个不具有对称中心，但只有10种为极性晶 体，具有自发极化现象。由此可见，并非所有不 存在对称中心的晶体都具有自发极化。
基本概念3.居里点
铁电体的自发极化在一定温度范围内呈现，当温度高于
温度降低，钛离子平均热振动能降低，因热涨落， 热振动能特别低的离子占很大比例，其能量不足以克 服氧离子电场作用，有可能向某一个氧离子靠近，在 新平衡位臵上固定下来，并使这一氧离子出现强烈极 化，发生自发极化，使晶体顺着这个方向延长，晶胞 发生轻微畸变，由立方变为四方晶体。
当T<120℃时则为四方晶型，其中c轴略有增
本章着重介绍低频电容器介质用的铁电陶瓷。
•目前得到广泛使用的铁电陶瓷材料，几乎都是以钙 钛矿结构为主的固溶体陶瓷。 •BaTiO3和以BaTiO3基固溶体为主晶相的陶瓷，是铁 电陶瓷的代表性陶瓷材料。
§2.4 低频高介电容器陶瓷-铁电陶瓷
• 被称为“强介”的陶瓷介质，ε可高达4000～8000，在滤
5～-90℃
低于-90℃
正交晶系mm2点群三方晶系来自m点群BaTiO3晶体介电-温度特性
铁 电 陶 瓷
钛酸钡介电温度特性
BaTiO3晶体介电-温度特性 ① BaTiO3晶体的介电常数很高。在a轴方向测得的数值远高于 在c轴方向测得的数值。高介电常数与铁电晶体的自发极化和电 畴结构有关； ② 相变温度附近，介电常数均有峰值，在居里温度处（120℃） 的峰值介电常数最高；
理想的钙钛矿ABO3结构。 正电中心和负电中心重合，顺电相。
A为电价较低、半径较大的离
子Ba2＋，和O2－离子按面心立
方密堆积。B为电价较高、半 径较小的离子Ti4＋，处于氧八 面体中心，B离子有6个配位氧， A离子则有12个配位氧。这样 [B-O6]八面体彼此以顶角相联 成三维结构。
等轴晶系（大于120℃） ： 晶胞常数：a=4.01Å 氧离子的半径：1.32Å 钛离子的半径： 0.64Å
矢量与电场程度之间的关系呈电滞回线现象的特性。 铁电体重要的特征之一是电滞回线。
基本概念2.自发极化 • 在晶体中，如果晶胞中正负电荷中心不重合，即
每一个晶胞具有一定的固有偶极矩，由于晶体结
构的周期性和重复性，晶胞的固有偶极矩便会沿
同一方向排列整齐，使晶体处于高度极化状态。
• 这种在无外电场作用下存在的极化现象称为自发
由于压电陶瓷在其相变点附近时各种性能是不 稳定的，作为压电体使用时，这种现象造成各压电 常数的不稳定。 加入百分之几摩尔ABO3型化合物形成固溶体，使 相变点向低温方向移动；同时造成居里温度点上升 和矫顽场增加，可得到稳定的压电体。 贾菲（Jaffe）等人发现：因成分变化引起晶体 结构发生变化的所谓同质异晶相变的成分附近，可 获得大的压电性。 这是由于晶体结构的不稳定而造成的。于是出 现了二元系压电陶瓷和三元系压电陶瓷等。
某一临界温度Tc时，自发极化消失（P＝0），铁电晶体从铁
电相转变为非铁电相（又称顺电相），这一临界温度称为居 里温度（居里点）。 如果晶体有两个或两个以上自发极化相（铁电相），则 在不同温度下可能发生好几次相变，通常只把温度最高的相
变点称为居里点，其他相变点为转变点。
居里温度：铁电－顺电转变温度
• BaTiO3的例子：
对BaTiO3电容器的要求
介电常数ε： 要 求在工作温区的ε 尽可能高，但ε随 温 度 的 变 化 率 （ △ ε/ε25℃ ） 要 小 。 ε随电场强度的变 化率也要尽可能小。
石油钻探
军事
航空
高介高稳定
介电损耗tgδ： 由于BaTiO3电容器主要用于低频电路中起滤波，旁路， 隔直流，耦合等作用，因而，只要tgδ≤3％即可。 0 exp( E / kT ) 绝缘电阻ρv: T↑→ρv↓
剩余极化强度
矫顽电场
向的电畴则变小。
电滞回线存在的原因：电畴
基本概念5.电畴
铁电晶体内存在电畴。电畴指自发极化方向相同的小区域，铁电体
中一般包括多个电畴。电畴之间的界面叫做电畴壁。 两电畴相互平行的边界为180°畴壁；相互垂直为90°畴壁。 如果是单晶体，不同电畴中极化强度的相互取向有简单关系；如果 是多晶体，由于晶粒本身取向的任意性，不同电畴中极化强度的相互取 向可以是无规律的。
的损耗成正比，该能量损耗用
来克服自发极化改变方向和克 服杂质、气孔、晶界等缺陷对 畴壁运动产生的摩擦阻力。 因此，对结构完整的单晶， 因介质损耗小，回滞曲线较窄；
铁 电 陶 瓷