第二章電介質材料課件

電介質的極化極化：

在電場作用下，電介質中束縛著的電荷發(fā)生位移或者極性按電場方向轉動的現(xiàn)象，稱為電介質的極化。1231.2復介電常數(shù)對于真空中的平板電容器，在其上加一個交變電壓，則電極上出現(xiàn)電荷（該電荷與外電壓同相）其電流為：與外電壓有相差90度，是一種非損耗性電流如果極板間加入材料是弱電性的，或極性的，或兩者均有，總之材料具有一定的電導，則在材料中必然會存在一個與導電性能有關的電流GU，這個電流與外電壓的頻率是沒有關系的。則電容器總的電流應為兩部分之和，可表示為：4由于：另：電流密度可收可表示為：故可定義復介電常數(shù)：故電流密度為：損耗角定義為：U51.3多相系統(tǒng)電介質材料的介電常數(shù)如果二相的介電常數(shù)相差不大，而且均勻分布時，其混合物的介電常數(shù)為：當介電常數(shù)為的球形顆粒均勻地分散在介電常數(shù)為的基相中時，其混合物的介電常數(shù)為：61.4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：此參數(shù)可正可負當一種材料由兩種介質復合而成，且這兩種介質的粒度都非常小，分布均勻時，該材料的溫度系數(shù)可由定義式微分得到，即：72介質損耗在恒定電場下的損耗能量與通過其內部的電流有關，電流包括：介質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，所引起的損耗稱為極化損耗；則介質的電導造成的電流，所引起的損耗稱為電導損耗。在直流電場下，介質損耗率取決于材料的電導率；在交變電場下，介質損耗不僅與自由電荷的電導有關，還與松弛極化過程有關，與頻率有關。其交流電壓下的介質等效電導率僅由介質本身決定，稱為損耗因素?？杀硎緸椋?3介電強度當電場強度超過某一臨界時，介質由介電狀態(tài)變?yōu)閷щ姞顟B(tài)，稱介電強度的破壞，或介質的擊穿。相應的臨界電場稱為介電強度或擊穿強度。擊穿強度類型分為三種：熱擊穿，電擊穿，局部放電擊穿熱擊穿：本質是處于電場中的介質，由于其中的受熱，當外加電壓足夠高時，可能從散熱與發(fā)熱的熱平衡狀態(tài)轉入不平衡狀態(tài)，若發(fā)出的熱量比散去的多，介質溫度將越來越高，直到出現(xiàn)永久性損壞。電擊穿：本質是在強電場下，固體導帶中可能因冷發(fā)射或熱發(fā)射存在一些電子。這些電一方面在外電場下被加速，獲得動能；另一方面與晶格振動相互作用，把電場的能量傳遞給晶格。在一定的溫度和場強下平衡，固體有穩(wěn)定的電導；當電子從電場中得到的能量大于傳遞給晶格的能量時，電子的動能越來越大，至電子能量大到與晶格碰撞能產(chǎn)生電離時，自由電子數(shù)急劇增加，電導進入不穩(wěn)定階段，發(fā)生擊穿。9第二節(jié)微波介電陶瓷

評價微波介電陶瓷的主要技術參數(shù)是介電常數(shù)，品質因數(shù)Q和頻率溫度系數(shù)TCF。微波介質陶瓷（MWDC）是指應用于微波頻段(主要是UHF、SHF頻段，300MHz～300GHz)電路中作為介質材料并完成一種或多種功能的陶瓷，是近年來國內外對微波介質材料研究領域的一個熱點方向。這主要是適應微波移動通訊的發(fā)展需求。10頻率溫度系數(shù)TCF:為介電常數(shù)的溫度系數(shù)；為熱膨脹系數(shù)。

用于微波頻段的介質一般要滿足如下4個要求：（1）高介電常數(shù)（2）低介質損耗（高Q）（3）溫度膨脹系數(shù)小（4）低頻率溫度系數(shù)TCF11微波介質材料微波介質諧振器優(yōu)點：

(l)小型化(高介電常數(shù))眾所周知，微波設備實現(xiàn)小型化、高穩(wěn)定及廉價的方式是微波電路的集成化。在微波電路集成化的進程中，金屬波導實現(xiàn)了平面微帶集成化，微波管實現(xiàn)了小型化。但是，微波電路中各種金屬諧振腔由于體積和重量太大，難以和微帶電路相集成，解決這一困難的出路在于使用微波介質陶瓷材料制作諧振器。已經(jīng)知道，諧振器的尺寸和電介質材料的介電常數(shù)的平方根成反比。所以電介質材料的介電常數(shù)越大，所需要的電介質陶瓷塊體就越小，諧振器的尺寸也就越小。因此，微波介質陶瓷材料的高介電常數(shù)有利于微波介質濾波器的小型化，可使濾波器同微波管、微帶線一道實現(xiàn)微波電路混合集成化，使器件尺寸達到毫米量級，其價格也比金屬諧振腔低廉得多。

12(2)高穩(wěn)定性(接近于零的頻率溫度系數(shù)）通信器件的工作環(huán)境溫度不可能一成不變。如果微波介質材料的諧振頻率隨溫度變化較大，濾波器的載波信號在不同的溫度下就會漂移，從而影響設備的使用性能。這就要求材料的諧振頻率不能隨溫度變化太大。溫度的實際要求范圍大致是－40℃-＋100℃，在這個范圍內，材料的頻率溫度系數(shù)不大于l0ppm/℃。目前，己實用化的微波介質陶瓷材料的頻率溫度系數(shù)可達0ppm/℃，從而可以實現(xiàn)器件的高穩(wěn)定性和高可靠性。

(3)低損耗(高品質因子Q)濾波器的一個重要要求是插入損耗低，微波介質材料的介質損耗是影響介質濾波器插入損耗的一個主要因素。微波介質材料Q值與介質損耗成反比關系。Q值越大，濾波器的插入損耗就越低。

13微波介質陶瓷材料(BaO-TiO2)1415微波介質陶瓷材料[A(B1/3B’2/3)O3鈣鈦礦型陶瓷A-Ba,Sr,B-Mg,Zn.Mn,B’-NborTa]16工藝17微波介質材料系列:BaO-TiO2A(B1/3B’2/3)O3(Zr,Sn)TiO4低溫燒結Bi基材料:

低介電常數(shù)中介電常數(shù)高介電常數(shù)高介電微波介質材料(Ln為稀土材料)BaO-Ln2O3-TiO2鎢青銅系(BLT)

鉛基復合鈣鈦礦系：FeNb或MgNb酸鹽

CaO-Li2O-Ln2O3-TiO2系其他系列的微波陶瓷材料

(Ba,Sr)ZrO3(BSZ)、CaZrO3、Ca(Zr,Ti)O3(CZT)

Sr(Zr,Ti)O3(SZT)、(Ba,Sr)(Zr,Ta)O318第三節(jié)電容器介電陶瓷材料

一.結構與成份:

結構組成：主晶相＋次晶相＋玻璃相＋氣相瓷料的化學成份、制造工藝共同影響瓷介的性能二.介電陶瓷的分類與特點19202.Ｉ型介電陶瓷滑石瓷:MgO-Al2O3-SiO2,主晶相：偏硅酸鎂氧化鋁瓷:BaO-Al2O3-SiO2,主晶相：剛玉，莫來石21低介電陶瓷配方223.

II型介電陶瓷分類：分為強非線性和弱非線性瓷兩種主要要求：大的介電常數(shù)，溫度穩(wěn)定性好(往往相矛盾)介電常數(shù)與溫度關系：23配制原則：選用自發(fā)極化很強的鐵電陶瓷＋移峰劑＋壓峰劑4.

III型介電陶瓷分類：表面型介電陶瓷：

阻擋層型：以金屬電極與半導體表面所形成的阻擋層作為介質層

氧化層型：以半導體瓷表面的氧化層作為介質層晶界層型介電陶瓷：半導體晶粒具有良好的導電性，以絕緣性的晶界層作為工作介質24５．獨石電容器陶瓷(多層電容器用)特點：介電常數(shù)是普通陶瓷電容器的三倍，特別適用于高頻HIC(薄厚膜混合集成)電路的外貼元件和其他小型化、可靠性要求高的電子設備中。分類：

高溫燒結型：燒結溫度高于1300oC，電極材料只能采用Pt,Pd等耐高溫金屬，產(chǎn)品成本昂貴，僅用于較特殊的整抗中．25低溫燒結型：*低溫燒結I(高頻)型獨石電容器材料

MgO-Bi2O3-Nb2O3ZnO-Bi2O3-Nb2O3

Pb(Mg1/2W1/2)O3-Pb(Mg1/2Nb2/3)O3(PMW-PMN)26PMW-PMN系相圖：27精品課件！28精品課件！29*低溫燒結II(低頻)型獨石電容器材料Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3-Bi2O3Pb(Mg1/2Nb1/2)O3-PbTiO3-Pb(Cd1/2W1/2)O3改性的Pb(Mg