试谈材料的电学性能PPT课件(18张)

三、介电强度
❖ 介质在电场中的破坏 ❖ 电击穿 ❖ 热击穿 ❖ 局部放电击穿
介质在电场中的破坏
➢ 介质的击穿:介质的特性是指在一定的电场强度范围内 的材料的特性。当电场强度超过某一临界值时，介质 由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破 坏，或叫介质的击穿。（电介质分子的正负电荷中心被拉开，甚至脱
“雪崩”电击穿理 论
“雪崩”电击穿理论以碰撞电离后自由电子数倍 增到一定数值作为电击穿判据。
“雪崩”电击穿和本征电击穿在理论上有明显 的区别：
本征击穿理论中增加导电电子是继稳态破 坏后突然发生的，而“雪崩”击穿是考虑到高 场强时，导电电子倍增过程逐渐达到难以忍受 的程度，最终介质晶格破坏。
热击穿
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2、电介质损耗的微观机理
极化损耗与交变电场频率、松弛时间关系 德拜公式
德拜公式结论：
讨论介质损耗的意义
❖ 绝缘结构设计时必须注意到绝缘材料的tgδ ❖ 用于冲击测量的连接电缆，其绝缘的tgδ必须
很小 ❖ 在绝缘预防性试验中，tgδ是一项基本测试项
目，当绝缘受潮或劣化时，tgδ急剧上升。 ❖ 介质损耗引起的发热有时也可以利用
❖ 热击穿的本质是:处于电场中的介质，由于其中的 介质损耗而受热，当外加电压足够高时，可能从 散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发 出的热量比散去的多，介质温度将愈来愈高，直 至出现永久性损坏，这就是热击穿。
局部放电击穿
❖ 局部放电击穿的本质是:某些陶瓷材料有气泡。
材料中气泡的ε及σ很小，因此加上电压后气泡上的电场较高， 介电强度远低于固体介质，所以首先气泡击穿，引起气 体放电（电离）产生大量的热，容易引起整个介质击穿。
由于在产生热量的同时，形成相当高的内应力，材料也易丧 失机械强度而被破坏，这种击穿称为电一机械一热击穿。
➢传导电流
四、电介质的导电性
电子电导：载流子电子和空穴，传递电荷（高电场） 离子电导：载流子离子和离子空位，接力式运动传递物质微粒 （低电场）
➢极化电流
体电组率：表示介质抵抗体积漏电性能由材料本质决定；
极化损耗：由于各种电介质极化的建立所造成的电流引起的损耗。（只有 缓慢极化过程才会引起能量损耗，如偶极子的极化损耗）。
共振吸收损耗：对于离子晶体， 外电场的频率等于晶格振动光频波 的频 率，则发生共振吸收。带电质点吸收外电场能量，电介质 极化强度逐渐增加，最后通过质点间的碰撞和电磁波的辐 射把能量耗散掉， 这种损失就是光学材料的光吸收的本质。
离约束而成为自由电荷，电介质变为导电材料）
➢ 介电强度：相应的临界电场强度称为，或称为击穿电 场强度。
➢ 击穿电压：电介质（或电容器）击穿时两极板的电压。 ➢ 击穿类型分为三种：热击穿、电击穿、局部放电击穿。
击穿
击穿过程非常复杂，影响因素如下：
▪ 内因：固体结构及其分子组成 ▪ 外因(实验条件)：周围媒质的温度、电压频率、
理想电介质：Φ=π/2 实际电介质：Φ＜π/2， Φ=π/2-δ
单位体积电介质：
二、电介质损耗
➢介质损耗角—tan δ：意义 在于：有功电流密度和无功 电流密度之比，其值越大， 介质损耗越大
➢品质因素Q值： Q=1/tan δ，材料的一个本征性质。
二、电介质损耗
2、电介质损耗的微观机理
电导（漏导）损耗：在电场作用下，介质中会有泄漏电流流过，引起电导 损耗。（束缚较弱的带电质点的宏观运动引起的能量损耗） （交变电场频率很低时）
电压增加的速度、加压的时间、电极与试样的 情况
电击穿
固体电击穿理论是在气体放电的碰撞 电离理论基础上建立的。
▪本征电击穿理论 ▪“雪崩”电击穿理 论
本征电击穿理论
❖ 与介质中自由电子有关，室温下即可发生，发 生时间很短(10-8～10-7s)。
❖ 介质中的自由电子的来源： （１）杂质或缺陷能级； （２）价带。
第二章 材料的电学性能
2.3材料的介电性能 一、电介质极化 二、电介质损耗 三、介电强度 四、电介质导电性
2.3材料的介电性能
二、电介质损耗 1、电介质损耗概念 2、电介质损耗微观机理
二、电介质损耗 1、电介质损耗概 念➢任何电介质在电场作用下，总有部分电能转化为热能，
单位时间内因发热而消耗的能量称为电介质损耗 ➢交变电压产生电流功率—介电材料功率损失
表面电阻率：表示介质抵抗表面漏电的性能，与材料的表 面状况及周围环境关系很大。如：材料表面湿度。
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