第二章-電介質(zhì)材料-講稿

1、第二章第二章 電介質(zhì)材料電介質(zhì)材料內(nèi) 容. 電介質(zhì)基本物理性能（電介質(zhì)基本物理性能（重點）重點）. 微波介質(zhì)材料微波介質(zhì)材料. 多多層電容器介質(zhì)材料層電容器介質(zhì)材料電介質(zhì)基本物理性能（重點）電介質(zhì)基本物理性能（重點） 一、簡介一、簡介 二、電介質(zhì)分類二、電介質(zhì)分類 三、極化類型三、極化類型 四、電介質(zhì)的物理性質(zhì)四、電介質(zhì)的物理性質(zhì)一、簡一、簡 介介電介質(zhì)電介質(zhì)材料定義材料定義： 什么是極化？什么是極化？ 在在電場作用下，電場作用下，電介質(zhì)中束縛著的電介質(zhì)中束縛著的電荷發(fā)生位移或者電荷發(fā)生位移或者極性按電場方向轉(zhuǎn)極性按電場方向轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象動的現(xiàn)象在電場作用下，能建立極化的一切物質(zhì)。在電場作用下，能

2、建立極化的一切物質(zhì)。 二、極化二、極化的微觀的微觀機制機制（1）無極分子：）無極分子： 正負電荷重心重合，正負電荷重心重合，0分子u0E感應(yīng)偶極矩感應(yīng)偶極矩位移極化位移極化例如，例如， He、H2、N2、 CO2 、CH4等。等。 -+0分子u（2）有極分子：有極分子： 正負電荷重心不重合，正負電荷重心不重合，0分子u + - 固有偶極矩固有偶極矩-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+0E+-+-+-+-+-+-+-+-+-取向極化取向極化例如，例如，H2O、NH3、CO、SO2、H2S、CH3OH 等。等。三三、極化的類型、極化的類型 電子位移極化、離子位移極化電子位移極化、離子位

3、移極化、偶極子、偶極子轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向極化等極化等1、電子、電子位移極化位移極化電場作用電場作用下，粒子中下，粒子中的的電子云電子云相對于原子核發(fā)生相對于原子核發(fā)生位移位移，而感生一個沿電場方向的感應(yīng)偶極矩而感生一個沿電場方向的感應(yīng)偶極矩。存存在于一切介質(zhì)中。在于一切介質(zhì)中。建立時間短；建立時間短；具有彈性；具有彈性；溫度影響不大。溫度影響不大。2、離子、離子位移極化位移極化 無電場作用時，離子處在正常結(jié)點位置并對外保持電中性，無電場作用時，離子處在正常結(jié)點位置并對外保持電中性， 偶極偶極矩矢量和為零；矩矢量和為零； 離子晶體離子晶體在電場作用下離子間的鍵合在電場作用下離子間的鍵合被拉長。被拉長。存在

4、于存在于具有具有 離子離子式結(jié)構(gòu)的固體無機化合物式結(jié)構(gòu)的固體無機化合物屬彈性極化，幾乎沒有能量損耗；屬彈性極化，幾乎沒有能量損耗；響應(yīng)時間也較響應(yīng)時間也較短短溫度升高，出現(xiàn)極化程度增強趨勢溫度升高，出現(xiàn)極化程度增強趨勢。3、偶極子、偶極子轉(zhuǎn)向極化轉(zhuǎn)向極化0E非彈性非彈性的、的、隨隨溫度的升高而溫度的升高而下降下降、響應(yīng)時間較長響應(yīng)時間較長4、松弛（弛豫）極化松弛（弛豫）極化 玻璃態(tài)玻璃態(tài)物質(zhì)、機構(gòu)松散的離子晶體及晶體的雜質(zhì)缺陷物質(zhì)、機構(gòu)松散的離子晶體及晶體的雜質(zhì)缺陷區(qū)域區(qū)域，存在，存在弱弱束縛束縛離子離子；晶格的熱振動、晶格缺陷、雜質(zhì)；晶格的熱振動、晶格缺陷、雜質(zhì)引入、化學成分局部改變等因素，

5、使電子能態(tài)發(fā)生改變，引入、化學成分局部改變等因素，使電子能態(tài)發(fā)生改變，出現(xiàn)位于禁帶中的局部能級，形成出現(xiàn)位于禁帶中的局部能級，形成弱束縛電子弱束縛電子。離子松弛極化率與離子松弛極化率與溫度成溫度成反比反比；熱運動越劇烈對弱離子規(guī)熱運動越劇烈對弱離子規(guī)則運動阻礙越大。則運動阻礙越大。建立建立的時間較慢，約為的時間較慢，約為10-2 s；是非是非可逆的可逆的過程；過程；電介質(zhì)定義的解析：電介質(zhì)定義的解析： 電介質(zhì)電介質(zhì)是在電場中沒有穩(wěn)定傳導電流是在電場中沒有穩(wěn)定傳導電流通過，而通過，而以以感應(yīng)的方式對外場做出感應(yīng)的方式對外場做出相應(yīng)擾動的物質(zhì)的統(tǒng)稱相應(yīng)擾動的物質(zhì)的統(tǒng)稱。電介質(zhì)電介質(zhì)的特征是以正、負

6、電荷重心不重合的的特征是以正、負電荷重心不重合的電極電極化化方式傳遞、存儲或記錄電的作用和影響，但其中方式傳遞、存儲或記錄電的作用和影響，但其中起主要作用的是起主要作用的是束縛電荷。束縛電荷。物質(zhì)對電場的響應(yīng)分為：物質(zhì)對電場的響應(yīng)分為： 傳導（自由電荷的長程移動）傳導（自由電荷的長程移動） 感應(yīng)（束縛電荷的短程運動）感應(yīng)（束縛電荷的短程運動）電介質(zhì)電介質(zhì)= =絕緣體絕緣體? ?物質(zhì)對電場的兩種響應(yīng)方式：傳導和極化物質(zhì)對電場的兩種響應(yīng)方式：傳導和極化。傳導傳導性：絕緣體、半導體與導體；性：絕緣體、半導體與導體；極化極化特性：順鐵體、鐵電體、反鐵電體、壓電體、特性：順鐵體、鐵電體、反鐵電體、壓電體

7、、熱釋電體等電介質(zhì)。熱釋電體等電介質(zhì)。絕緣體肯定是電介質(zhì)，電介質(zhì)卻不僅僅包括絕緣體。絕緣體肯定是電介質(zhì)，電介質(zhì)卻不僅僅包括絕緣體。半導體甚至金屬都有電介質(zhì)的特性，只是對外電場半導體甚至金屬都有電介質(zhì)的特性，只是對外電場的響應(yīng)中傳導效應(yīng)遠遠超過了極化效應(yīng)。的響應(yīng)中傳導效應(yīng)遠遠超過了極化效應(yīng)。四、電介質(zhì)的物理性質(zhì)四、電介質(zhì)的物理性質(zhì)電介質(zhì)材料電介質(zhì)材料的三個的三個基本參數(shù)基本參數(shù)： 介電常數(shù)、介電損耗、介電強度介電常數(shù)、介電損耗、介電強度1. 介電常數(shù)介電常數(shù)介電介電性：性： 將將某一均勻的電介質(zhì)作為電容器的介質(zhì)而置于其兩極之某一均勻的電介質(zhì)作為電容器的介質(zhì)而置于其兩極之間，由于電介質(zhì)的極化，可造

8、成電容器的電容量比以真空為間，由于電介質(zhì)的極化，可造成電容器的電容量比以真空為介質(zhì)時的電容量增加若干倍，電介質(zhì)的這一性質(zhì)稱為介電性介質(zhì)時的電容量增加若干倍，電介質(zhì)的這一性質(zhì)稱為介電性。介電常數(shù)：用來介電常數(shù)：用來表示材料介電性的表示材料介電性的大小的參數(shù)。大小的參數(shù)。 極化極化能力的表征能力的表征 介電常數(shù)介電常數(shù) 定義電容器充以電介質(zhì)時的電容量定義電容器充以電介質(zhì)時的電容量C與真空時的與真空時的電容量電容量C0的比值為該的比值為該電介質(zhì)的電介質(zhì)的相對介電常數(shù)：相對介電常數(shù)：0CCr00EDEDr 介電常數(shù)反映了介質(zhì)極化能力的大小，介電常數(shù)介電常數(shù)反映了介質(zhì)極化能力的大小，介電常數(shù)值越大，極化

9、能力越強。值越大，極化能力越強。80.1水水26.4乙醇乙醇4.274.34石英石英3.80玻璃玻璃1.00059空氣空氣2.02.51.00000石蠟石蠟真空真空常用電介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)常用電介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)5.18.6酚醛樹脂酚醛樹脂2.62.93.64.14.552.112.26天然橡膠天然橡膠環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂聚氯乙烯聚氯乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯聚乙烯聚乙烯2000 110鈦酸鋇鈦酸鋇 金紅石（金紅石（TiO2）Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 MgSiO3 云母云母10456.1巨介電常數(shù)材料巨介電常數(shù)材料CaCu3Ti4O12：105復介電常數(shù)復介電常數(shù)復介電常數(shù)的復介電常

10、數(shù)的實部實部反映介質(zhì)的儲存電荷的反映介質(zhì)的儲存電荷的能力能力；復介電常數(shù)的復介電常數(shù)的虛部虛部是由材料內(nèi)部的各種極化跟不上外是由材料內(nèi)部的各種極化跟不上外高頻電場變化而引起的弛豫現(xiàn)象，高頻電場變化而引起的弛豫現(xiàn)象，代表著材料的損耗代表著材料的損耗項項。物理意義是單位體積介質(zhì)中當單位場強變化一周。物理意義是單位體積介質(zhì)中當單位場強變化一周時所消耗的能量，這些能量通常轉(zhuǎn)化成熱能而耗散掉。時所消耗的能量，這些能量通常轉(zhuǎn)化成熱能而耗散掉。恒定靜電場作用下介質(zhì)電流與電壓相位相同，介電常恒定靜電場作用下介質(zhì)電流與電壓相位相同，介電常數(shù)為一恒定值。數(shù)為一恒定值。多相系統(tǒng)電介質(zhì)材料的介電常數(shù)多相系統(tǒng)電介質(zhì)材料

11、的介電常數(shù)多相系統(tǒng)多相系統(tǒng)： 系統(tǒng)中存在兩個或兩個以上的相態(tài)。系統(tǒng)中存在兩個或兩個以上的相態(tài)。影響因素：影響因素： 各相的介電常數(shù)、體積濃度以及相與相之間的配置。各相的介電常數(shù)、體積濃度以及相與相之間的配置。配置情況：配置情況：并并聯(lián)聯(lián) 串聯(lián)串聯(lián)多相系統(tǒng)電介質(zhì)材料的介電常數(shù)多相系統(tǒng)電介質(zhì)材料的介電常數(shù)如果二相的介電常數(shù)相差不大，而且均勻分布時，如果二相的介電常數(shù)相差不大，而且均勻分布時，其混合物的介電常數(shù)為：其混合物的介電常數(shù)為：2211lnlnlnxx當介電常數(shù)為當介電常數(shù)為 的球形顆粒均勻地分散在介電常的球形顆粒均勻地分散在介電常數(shù)為數(shù)為 的基相中時，其混合物的介電常數(shù)為：的基相中時，其混

12、合物的介電常數(shù)為：dmdmdmddmdmmxxx)332()332(介電常數(shù)的溫度系數(shù)介電常數(shù)的溫度系數(shù)指隨溫度的變化，介電常數(shù)的相對變化率，即：指隨溫度的變化，介電常數(shù)的相對變化率，即：dTdTK1各種極化的溫度系數(shù)：各種極化的溫度系數(shù)：電子位移極化的溫度系數(shù)電子位移極化的溫度系數(shù)： 具有不大的負溫度系數(shù)具有不大的負溫度系數(shù)離子位移極化的溫度系數(shù)離子位移極化的溫度系數(shù)：具有正的溫度系數(shù)具有正的溫度系數(shù)松弛極化的溫度系數(shù)松弛極化的溫度系數(shù)：可能出現(xiàn)極大值：可能出現(xiàn)極大值當一種材料由兩種介質(zhì)復合而成，且這兩種介質(zhì)當一種材料由兩種介質(zhì)復合而成，且這兩種介質(zhì)的粒度都非常小，分布均勻時，該材料的溫度系

13、數(shù)的粒度都非常小，分布均勻時，該材料的溫度系數(shù)可由定義式微分得到，即：可由定義式微分得到，即：2211TKxTKxTK應(yīng)用：熱穩(wěn)定陶瓷電容器應(yīng)用：熱穩(wěn)定陶瓷電容器 用用一種一種TK值為很小正值的晶體作為主晶體，加入值為很小正值的晶體作為主晶體，加入另一種具有負另一種具有負TK值的晶體值的晶體。調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)TK到最小值。到最小值。介質(zhì)極化強度和極化率介質(zhì)極化強度和極化率極化強度極化強度矢量矢量 ，它等于單位體積內(nèi)感生偶極矩的矢量和：它等于單位體積內(nèi)感生偶極矩的矢量和：0limiVVP若介質(zhì)中的電場是均勻的，則有：若介質(zhì)中的電場是均勻的，則有：iVP單位為：單位為：C/m20nP若單位體積中有若單位

14、體積中有n0個極化粒子，各極化粒子偶極矩的平均值為個極化粒子，各極化粒子偶極矩的平均值為 ，則有：，則有：對于線性極化，對于線性極化， 與電場強度成正比，有：與電場強度成正比，有：eEeE：作用在極化粒子（原子、分子或離子）上的局域電場，稱為有效電場；：作用在極化粒子（原子、分子或離子）上的局域電場，稱為有效電場；：極化粒子的：極化粒子的極化率極化率，是表征微觀粒子極化性質(zhì)的微觀參數(shù)。，是表征微觀粒子極化性質(zhì)的微觀參數(shù)。0nePEU 電介質(zhì)極化的宏觀參數(shù)和微觀參數(shù)的關(guān)系電介質(zhì)極化的宏觀參數(shù)和微觀參數(shù)的關(guān)系 平平板型電容器的極片面積為板型電容器的極片面積為S，極片間距為，極片間距為d，均勻，均勻

15、極化時，整個電介質(zhì)總的感應(yīng)偶極矩：極化時，整個電介質(zhì)總的感應(yīng)偶極矩：QSddQ 極化強度極化強度：QdQSdSP 000000QQQ1QQQCUSCdr0SdSU1-SUC1-SQ1-0r0r0reEP0nr0-1PEEEe00rn1影響介電常數(shù)的微觀因素：影響介電常數(shù)的微觀因素： 提高單位體積內(nèi)的極化粒子數(shù)提高單位體積內(nèi)的極化粒子數(shù)n0； 選取選取極化率極化率 大大的粒子組成電介質(zhì)；的粒子組成電介質(zhì)； 增強作用于極化粒子上的有效電場增強作用于極化粒子上的有效電場Ee。EEe00rn1對于氣體、非極性電介質(zhì)及結(jié)構(gòu)高度對稱或完全無序?qū)τ跉怏w、非極性電介質(zhì)及結(jié)構(gòu)高度對稱或完全無序的介質(zhì)的介質(zhì)，有效

16、，有效電場與電場與外電場外電場的關(guān)系為的關(guān)系為：在離子晶體中，在離子晶體中，Ee與離子種類、晶體與離子種類、晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)等有關(guān)。等有關(guān)。EEe32r影響介電常數(shù)的宏觀因素：影響介電常數(shù)的宏觀因素：宏觀量：宏觀量：溫度溫度 T 頻率頻率 f微觀量：微觀量：單位體積內(nèi)的極化粒子數(shù)單位體積內(nèi)的極化粒子數(shù)n0 極化率極化率 有效電場有效電場Ee確認宏觀因素與微觀參數(shù)的關(guān)系：溫度、頻率分別確認宏觀因素與微觀參數(shù)的關(guān)系：溫度、頻率分別與與n0和和的關(guān)系。的關(guān)系。EEe00rn1 Ee：氣體、非極性介質(zhì)、高度對稱和完全無序介：氣體、非極性介質(zhì)、高度對稱和完全無序介質(zhì)質(zhì)與外電場有關(guān)與外電場有關(guān)；在離子晶體中，

17、與離子種類、；在離子晶體中，與離子種類、晶晶體結(jié)構(gòu)等有關(guān)體結(jié)構(gòu)等有關(guān)。介電常數(shù)介電常數(shù)與頻率的關(guān)系與頻率的關(guān)系f電子位移極化電子位移極化離子位移極化離子位移極化松弛極化松弛極化空間電荷極化空間電荷極化頻率頻率f f 極化率極化率 介電常數(shù)與溫度的關(guān)系介電常數(shù)與溫度的關(guān)系考察考察 介電常數(shù)隨介電常數(shù)隨溫度的變化關(guān)系，溫度的變化關(guān)系，只需只需研究研究n0、極、極化率、化率、和和 Ee 隨溫度的變化關(guān)系隨溫度的變化關(guān)系。l n0：il 極化率：極化率： 電子位移極化率：與溫度無關(guān)；電子位移極化率：與溫度無關(guān)； 離子位移極化：離子位移極化：T 升高，離子升高，離子間距膨脹間距膨脹，極化率增加；，極化率

18、增加； 自發(fā)極化：與相變和晶體結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。自發(fā)極化：與相變和晶體結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。 偶極子取向極化、離子松弛極化：溫度升高，抗取向偶極子取向極化、離子松弛極化：溫度升高，抗取向性增強，極化率下降；性增強，極化率下降；溫度升高，由于熱膨脹，單位體積內(nèi)的粒子數(shù)減少；溫度升高，由于熱膨脹，單位體積內(nèi)的粒子數(shù)減少；二、電介質(zhì)的分類二、電介質(zhì)的分類按材料：按材料： 無機電介質(zhì)（云母、玻璃、陶瓷等無機材料）無機電介質(zhì)（云母、玻璃、陶瓷等無機材料） 有機電介質(zhì)（礦物油、紙、高分子聚合物等有有機電介質(zhì)（礦物油、紙、高分子聚合物等有機材料）機材料）按物質(zhì)的聚集態(tài)：按物質(zhì)的聚集態(tài)： 氣體電介質(zhì)（空氣）氣體電介質(zhì)

19、（空氣） 液體電介質(zhì)（電容器油）液體電介質(zhì)（電容器油） 固體電介質(zhì)固體電介質(zhì)按組成物質(zhì)原子排列的有序化程度按組成物質(zhì)原子排列的有序化程度: 晶體電介質(zhì)晶體電介質(zhì) (石英晶體、陶瓷晶體石英晶體、陶瓷晶體) 非晶體電介質(zhì)（玻璃、塑料、一些非晶體陶瓷）非晶體電介質(zhì)（玻璃、塑料、一些非晶體陶瓷）二、電介質(zhì)的分類二、電介質(zhì)的分類按分子電極性：按分子電極性： 非極性電介質(zhì)（聚四氟乙烯薄膜、變壓器油非極性電介質(zhì)（聚四氟乙烯薄膜、變壓器油 ） 極性電介質(zhì)（纖維素極性電介質(zhì)（纖維素 聚氯乙烯薄膜）聚氯乙烯薄膜）介質(zhì)成分均勻度：介質(zhì)成分均勻度： 均勻電介質(zhì)均勻電介質(zhì) （聚苯乙烯）（聚苯乙烯） 非均勻電介質(zhì)（電容器

20、非均勻電介質(zhì)（電容器-聚苯乙烯薄膜復合介質(zhì)）聚苯乙烯薄膜復合介質(zhì)）其他：其他： 塊狀介質(zhì)塊狀介質(zhì) 膜狀介質(zhì)膜狀介質(zhì)定義：定義： 電介質(zhì)材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導和介質(zhì)電介質(zhì)材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗，內(nèi)部會的能量損耗，內(nèi)部會有發(fā)熱有發(fā)熱現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 介質(zhì)損耗角介質(zhì)損耗角 tg是所有應(yīng)用于交變電場中電介質(zhì)的重要品質(zhì)指是所有應(yīng)用于交變電場中電介質(zhì)的重要品質(zhì)指標之一。介質(zhì)損耗越小越好。標之一。介質(zhì)損耗越小越好。2.介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗電容項損耗項tanl 電子位移極化和離子位移極化建立的時間極電子位移極化和離子位移極化建立的

21、時間極短，稱為瞬時極化。短，稱為瞬時極化。l 在靜電場下測得的介電常數(shù)稱為靜態(tài)介電常數(shù)（在靜電場下測得的介電常數(shù)稱為靜態(tài)介電常數(shù)（s）。）。 瞬時極化與交變電場完全瞬時極化與交變電場完全同步同步; 其其極化強度與電場間沒有相位差。極化強度與電場間沒有相位差。 緩慢極化需要經(jīng)過一段時間才能達到；緩慢極化需要經(jīng)過一段時間才能達到； 相應(yīng)相應(yīng)電場下的最大極化值；電場下的最大極化值； 緩慢緩慢極化強度與電場之間存在相位差。極化強度與電場之間存在相位差。l 偶極子偶極子取向極化、離子松弛取向極化、離子松弛極化極化等等建立建立的時間較長的時間較長，稱為，稱為緩慢緩慢極化，也稱弛豫極化極化，也稱弛豫極化。介

22、質(zhì)的幾何電容的充電所造成的電容電流，不損耗能量；介質(zhì)的幾何電容的充電所造成的電容電流，不損耗能量；由各種極化的建立所造成的電流，損耗稱為由各種極化的建立所造成的電流，損耗稱為極化損耗；極化損耗；介質(zhì)介質(zhì)電導（漏導），產(chǎn)生電流做功產(chǎn)生熱，稱為電導（漏導），產(chǎn)生電流做功產(chǎn)生熱，稱為漏導損漏導損耗，也稱電導損耗。耗，也稱電導損耗。在在直流電場直流電場下，下，介質(zhì)損耗率取決于材料的電導率介質(zhì)損耗率取決于材料的電導率；在在交變電場交變電場下，下，介質(zhì)損耗不僅與自由電荷的電導有關(guān)，介質(zhì)損耗不僅與自由電荷的電導有關(guān)，還與緩慢極化過程、頻率有關(guān)。還與緩慢極化過程、頻率有關(guān)。 影響損耗的因素影響損耗的因素損耗與

23、內(nèi)部電流有關(guān)，包括：損耗與內(nèi)部電流有關(guān)，包括：u電子與離子位移極化為瞬時極化，與電子與離子位移極化為瞬時極化，與交變電場完全同步交變電場完全同步，其，其極極化強度與電場間化強度與電場間沒有相位差沒有相位差。無損耗。無損耗u在交變電場下，其他緩慢在交變電場下，其他緩慢極化需要經(jīng)過一段時間才能極化需要經(jīng)過一段時間才能達到相應(yīng)達到相應(yīng)最大最大極化值極化值；緩慢；緩慢極化強度與電場之間極化強度與電場之間存在相位差存在相位差。有損耗。有損耗l 極化過程不同極化過程不同，分，分2種種情況：情況：l 隨著隨著交變電場頻率的不同交變電場頻率的不同，分，分3種情況：種情況： 頻率很低：各種極化的建立跟得上電場的

24、頻率很低：各種極化的建立跟得上電場的變化，介質(zhì)變化，介質(zhì)的的極化極化響應(yīng)同響應(yīng)同靜電場情形靜電場情形；無損耗；無損耗 頻率極高：弛豫極化完全來不及建立，不必考慮頻率極高：弛豫極化完全來不及建立，不必考慮；瞬時；瞬時極化仍同靜電場情形極化仍同靜電場情形；無損耗；無損耗 介于中間：出現(xiàn)極化損耗，介電常數(shù)隨電場頻率變化。介于中間：出現(xiàn)極化損耗，介電常數(shù)隨電場頻率變化。3 介電強度介電強度定義：定義： 當當電場強度超過某一臨界時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)殡妶鰪姸瘸^某一臨界時，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷щ姞顟B(tài)，稱介電強度的破壞，或介質(zhì)的擊穿。相應(yīng)的導電狀態(tài)，稱介電強度的破壞，或介質(zhì)的擊穿。相應(yīng)的臨界電場稱為介電強

25、度或擊穿強度。臨界電場稱為介電強度或擊穿強度。l 介質(zhì)擊穿的主要形式：介質(zhì)擊穿的主要形式：熱擊穿熱擊穿電擊穿電擊穿局部放電局部放電擊穿擊穿l 特點特點：一種集體現(xiàn)象、間接作用：一種集體現(xiàn)象、間接作用問問 題題 1.什么叫電介質(zhì)？什么是介質(zhì)的極化什么叫電介質(zhì)？什么是介質(zhì)的極化？2.簡述簡述介電常數(shù)的物理意義介電常數(shù)的物理意義。3.介質(zhì)的極化有哪幾種常見的形式？介質(zhì)的極化有哪幾種常見的形式？ 微波介質(zhì)材料微波介質(zhì)材料定義：定義： 應(yīng)用于微波頻段電路中的介質(zhì)材料。移動通信、應(yīng)用于微波頻段電路中的介質(zhì)材料。移動通信、衛(wèi)星通信等。衛(wèi)星通信等。 微波微波介質(zhì)陶瓷（介質(zhì)陶瓷（MWDC）是指應(yīng)用于微波頻段）是

26、指應(yīng)用于微波頻段(主主要是要是UHF、SHF頻段，頻段，300MHz300GHz)電路中作電路中作為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，是近年來為介質(zhì)材料并完成一種或多種功能的陶瓷，是近年來國內(nèi)外對微波介質(zhì)材料研究領(lǐng)域的一個熱點方向。這國內(nèi)外對微波介質(zhì)材料研究領(lǐng)域的一個熱點方向。這主要是適應(yīng)微波移動通訊的發(fā)展需求。主要是適應(yīng)微波移動通訊的發(fā)展需求。 評價微波介電陶瓷的主要技術(shù)參數(shù)是介電常數(shù)評價微波介電陶瓷的主要技術(shù)參數(shù)是介電常數(shù) ，品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q Q和頻率溫度系數(shù)和頻率溫度系數(shù)TCFTCF。r發(fā)展歷程：發(fā)展歷程：1939年，首次報道年，首次報道TiO2（金紅石）作為介質(zhì)諧振器使用的（金紅石

27、）作為介質(zhì)諧振器使用的微波介質(zhì)陶瓷；微波介質(zhì)陶瓷；1955年研究成功年研究成功BaTi4O9；20世紀世紀60年代后期，研制出年代后期，研制出r約為約為100，Q值為值為1000， TCf約為約為40010-6/ 微波陶瓷；微波陶瓷； 20世紀世紀70年代，年代， 實用化的新型微波陶瓷材料實用化的新型微波陶瓷材料Ba2Ti9O20； Paladino首次把兩種低損耗、分別具有正負頻率溫度系數(shù)首次把兩種低損耗、分別具有正負頻率溫度系數(shù)的材料的材料MgTi2O5和和TiO2復合，得到了零溫度系數(shù)的材料體系。復合，得到了零溫度系數(shù)的材料體系。應(yīng)用：應(yīng)用：介質(zhì)諧振器、微博集成電路基片、微波元件、介質(zhì)波

28、導介質(zhì)天介質(zhì)諧振器、微博集成電路基片、微波元件、介質(zhì)波導介質(zhì)天線、衰減器、匹配終端、行波管夾持棒。線、衰減器、匹配終端、行波管夾持棒。 用于微波頻段的介質(zhì)一般要滿足如下用于微波頻段的介質(zhì)一般要滿足如下4 4個要求：個要求： （1 1）高的介電常數(shù)高的介電常數(shù) （2 2）低的介質(zhì)損耗低的介質(zhì)損耗（高（高Q Q） （3 3）溫度膨脹系數(shù)?。囟扰蛎浵禂?shù)小 （4 4）低的頻率低的頻率溫度系數(shù)溫度系數(shù)TCfTCf 評價微波介電陶瓷的主要技術(shù)參數(shù)是評價微波介電陶瓷的主要技術(shù)參數(shù)是介電常數(shù)介電常數(shù)r ，品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q Q和頻率溫度系數(shù)和頻率溫度系數(shù)TCfTCf。38 BaO-TiO BaO-TiO2

29、2系系 A(B A(B1/31/3BB2/32/3)O)O3 3 (Zr,Sn)TiO (Zr,Sn)TiO4 4系系 BaO-Ln BaO-Ln2 2O O3 3-TiO-TiO2 2系等；系等；低溫燒結(jié)低溫燒結(jié)BiBi基材料基材料: :低介電常數(shù)、中介電常數(shù)、高低介電常數(shù)、中介電常數(shù)、高介電常數(shù)；介電常數(shù)；高介電微波介質(zhì)材料高介電微波介質(zhì)材料(Ln(Ln為稀土材料為稀土材料) )： BaO-Ln BaO-Ln2 2O O3 3-TiO-TiO2 2鎢青銅系鎢青銅系(BLT(BLT) ) 鉛鉛基復合鈣鈦礦基復合鈣鈦礦系系 CaO-Li CaO-Li2 2O-LnO-Ln2 2O O3 3-TiO-TiO2 2系系微波介質(zhì)材料微波介質(zhì)材料系列系列: :微波介質(zhì)諧振器優(yōu)點：微波介質(zhì)諧振器優(yōu)點： (l)小型化小型化(高介電常數(shù)高介電常數(shù)) 微波微波設(shè)備實現(xiàn)小型化、高穩(wěn)定及廉價的方式是微波電路的設(shè)備實現(xiàn)小型化、高穩(wěn)定及廉價的方式是微波電路的集成的要求化。集成的要求化。 在在微波電路集成化的進程中微波電路集成化的進程中，微波，微波電路中各種金屬電路中各種金屬諧振腔體諧振腔體積積和重量太大，難以和微帶電路相集成，解決這一困難的出路在和重量太大，難以和微帶電路相集成，解決這一困難的出路在于使用于使用微波介質(zhì)陶瓷材料制作諧振器微波介質(zhì)陶瓷材料制作諧振