材料的介電性能演示文稿

材料的介電性能演示文稿當(dāng)前第1頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)

在人類對電認(rèn)識和應(yīng)用的開始階段，電介質(zhì)材料就問世了。然而，當(dāng)時的電介質(zhì)僅作為分隔電流的絕緣材料來應(yīng)用。為了改進(jìn)電絕緣材料的性能，以適應(yīng)日益發(fā)展的電氣工程和無線電工程的需要，圍繞不同的電介質(zhì)在不同頻率、不同場強(qiáng)的電場作用下所出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)研究，并總是以絕緣體的介電常數(shù)、損耗、電導(dǎo)和擊穿等所謂四大參數(shù)為其主要內(nèi)容。隨著電子技術(shù)、激光、紅外、聲學(xué)以及其它新技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，電介質(zhì)已遠(yuǎn)不是僅作絕緣材料來應(yīng)用了。特別是極性電介質(zhì)的出現(xiàn)和被廣泛應(yīng)用、使得人們對電介質(zhì)的理解及其范疇和過去大不相同。引言當(dāng)前第2頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)

以絕緣體的四大參數(shù)為主要內(nèi)容也逐步演變?yōu)橐匝芯课镔|(zhì)內(nèi)部電極化過程。固態(tài)電介質(zhì)分布很廣，而且往往具有許多可供利用的性質(zhì)。例如電致伸縮、壓電性、熱釋電性、鐵電性等，從而引起了廣泛的研究。實(shí)際上，這些性質(zhì)是與晶體的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、其中的束縛原子(或離子)以及束縛電子的運(yùn)動等都有密切的關(guān)系?，F(xiàn)在，固態(tài)電介質(zhì)物理與固體物理、晶體光學(xué)有著許多交迭的領(lǐng)域。特別是在激光出現(xiàn)以后，研究晶態(tài)電介質(zhì)與激光的相互作用又構(gòu)成為固態(tài)激光光譜學(xué)、固態(tài)非線性光學(xué)。當(dāng)前第3頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)6.1介質(zhì)的極化與損耗6.1.1介質(zhì)極化相關(guān)物理量電容：兩個臨近導(dǎo)體加上電壓后存儲電荷能力的量度。是表征電容器容納電荷的本領(lǐng)的物理量

電容的單位是法拉，簡稱法，符號是F,

毫法(mF)、微法(μF)、納法(nF)和皮法(pF)當(dāng)前第4頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)介電常數(shù)1）材料因素：ε材料在電場中被極化的能力

2）尺寸因素：d和A：平板間的距離和面積平行板電容器在真空：在平行板電容器間放置某些材料，會使電容器存儲電荷的能力增加，C>C0真空介電常數(shù)：ε0=8.85×10-12F.m-1(法拉/米)

相對介電常數(shù)：εr介電常數(shù)（電容率）：=0r(F/m)介電常數(shù)是描述某種材料放入電容器中增加電容器存儲電荷能力的物理量。當(dāng)前第5頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)材料頻率范圍/Hz相對介電常數(shù)二氧化硅玻璃102-10106.78金剛石直流6.6-SiC直流9.70多晶ZnS直流8.7聚乙烯602.28聚氯乙烯606.0聚甲基丙烯酸甲酯606.5鈦酸鋇1066000剛玉609當(dāng)前第6頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)介電材料：放在平板電容器中增加電容的材料電介質(zhì)：在電場作用下能建立極化的物質(zhì)。感應(yīng)電荷（束縛電荷）：在真空平板電容器中嵌入一塊電解質(zhì)加入外電場時，在整機(jī)附近的介質(zhì)表面感應(yīng)出的負(fù)電荷，負(fù)極板附件的介質(zhì)表面感應(yīng)出的正電荷。當(dāng)前第7頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)極化：電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生束縛電荷的現(xiàn)象。極化電荷：電介質(zhì)在外電場的作用下，在和外電場相垂直的電介質(zhì)表面分別出現(xiàn)正、負(fù)電荷。這些電荷不能自由移動，也不能離開，總保持中性。當(dāng)前第8頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)電解質(zhì)的分類：極性分子電解質(zhì)和非極性分子電解質(zhì)----分子的正負(fù)電荷統(tǒng)計(jì)重心是否重合，是否有點(diǎn)偶極子？Q：所含電量；l：正負(fù)電荷重心距離電介質(zhì)在外電場作用下，無極性分子的正負(fù)電荷重心重合將產(chǎn)生分離，產(chǎn)生電偶極矩。當(dāng)前第9頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)據(jù)分子的電結(jié)構(gòu)，電介質(zhì)可分為：極性分子電介質(zhì)：H2O;CO（有）非極性分子電介質(zhì)：CH4;He電極化強(qiáng)度（P）：電解質(zhì)極化程度的量度（C/m2）.P=Σμ/ΔVΣμ：電介質(zhì)中所有電偶極矩的矢量和ΔV：Σμ所有電偶極矩所在空間的體積當(dāng)前第10頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)6.1.2極化類型

電子位移極化，離子位移極化，轉(zhuǎn)向極化，空間電荷極化，分別對應(yīng)電子、原子、分子和空間電荷情況。

當(dāng)前第11頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)位移極化，由電子或離子位移產(chǎn)生電偶極矩而產(chǎn)生的極化。分為電子位移極化和離子位移極化。當(dāng)前第12頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（1）電子位移極化材料在外電場的作用下，分子或原子中的正負(fù)電荷產(chǎn)生相對位移，中性分就變成偶極子。

①這種極化可以在光頻下進(jìn)行，10-15s；

②彈性，可逆；③與溫度無關(guān)；④產(chǎn)生于所有材料中；電子極化率的大小與原子(離子)的半徑有關(guān)E-+d+--------當(dāng)前第13頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（2）離子位移極化：外電場作用下，負(fù)離子和正離子相對于它們的正常位置發(fā)生位移，形成一個感生偶極矩。

①反應(yīng)時間為10-13S②可逆;

③溫度升高，極化增強(qiáng)；

④產(chǎn)生于離子結(jié)構(gòu)電介質(zhì)中離子位移極化率：式中：a為晶格常數(shù)；n為電子層斥力指數(shù)，對于離子晶體n為7-11

當(dāng)前第14頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（3）馳豫極化

外加電場作用于弱束縛荷電粒子造成，與帶電質(zhì)點(diǎn)的熱運(yùn)動密切相關(guān)。熱運(yùn)動使這些質(zhì)點(diǎn)分布混亂，而電場使它們有序分布，平衡時建立了極化狀態(tài)。為非可逆過程。當(dāng)前第15頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)電子馳豫極化由于晶格的熱運(yùn)動，晶格缺陷，雜質(zhì)引入，化學(xué)成分局部改變等因素，使電子能態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致位于禁帶中的局部能級中出現(xiàn)弱束縛電子，在熱運(yùn)動和電場作用下建立相應(yīng)的極化狀態(tài)。不可逆；反應(yīng)時間為10-9－10-2S；產(chǎn)生于Nb、Bi、Ti為基的氧化物陶瓷中，隨溫度升高變化有極大值。當(dāng)前第16頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)離子馳豫極化：弱聯(lián)系離子：在玻璃狀態(tài)的物質(zhì)、結(jié)構(gòu)松散的離子晶體、晶體中的雜質(zhì)或缺陷區(qū)域，離子自身能量較高，易于活化遷移，這些離子稱為弱聯(lián)系離子。由弱聯(lián)系離子在電場和熱作用下建立的極化為離子弛豫極化。不可逆；反應(yīng)時間為10-5－10-2S；隨溫度變化有極大值。Ta極化率；q為離子荷電量；δ為弱離子電場作用下的遷移；當(dāng)前第17頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（4）轉(zhuǎn)向極化存在固有偶極矩，無外電場時，混亂排列，使總極矩=0，有外電場作用時，偶極轉(zhuǎn)向，成定向排列，從而產(chǎn)生介質(zhì)極化。為無外電場時的均方偶極矩。

當(dāng)前第18頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)特點(diǎn)：①非彈性的，不可逆；②形成極化時間較長；③溫度對介電常數(shù)有很大影響。當(dāng)前第19頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（5)空間電荷極化非均勻介質(zhì)中，正負(fù)離子分別向負(fù)、正極移動，產(chǎn)生電偶極矩，即空間電荷極化，在電極附近積聚的就是空間電荷。在物理阻礙：晶界，相界，自由表面，缺陷等處，自由電荷積聚就可形成空間電荷極化。在夾層、氣泡處形成的稱為界面極化。

當(dāng)前第20頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)特點(diǎn)：反應(yīng)時間很長，幾秒到數(shù)十分鐘；隨溫度升高而減弱；存在于結(jié)構(gòu)不均勻的陶瓷電介質(zhì)中；非彈性極化；當(dāng)前第21頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)小結(jié)：（1）總的極化強(qiáng)度是上述各種機(jī)制作用的總和。（2）材料的組織結(jié)構(gòu)影響極化機(jī)制。（3）外電場的頻率：某種機(jī)制都是在不同的時間量級內(nèi)發(fā)生的，只有在某個領(lǐng)域頻率范圍內(nèi)才有顯著的貢獻(xiàn)。離子、轉(zhuǎn)向極化原子種類和鍵合類型空間電荷極化面缺陷當(dāng)前第22頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)各種極化形式的比較極化形式極化的電介質(zhì)種類極化的頻率范圍與溫度的關(guān)系能量消耗電子位移極化一切陶瓷直流——光頻無關(guān)無離子位移極化離子結(jié)構(gòu)直流——紅外溫度升高極化增強(qiáng)很弱離子松弛極化離子不緊密的材料直流——超高頻隨溫度變化有極大值有電子位移松弛極化高價金屬氧化物直流——超高頻隨溫度變化有極大值有轉(zhuǎn)向極化有機(jī)直流——超高頻隨溫度變化有極大值有空間電荷極化結(jié)構(gòu)不均勻的材料直流——高頻隨溫度升高而減小有當(dāng)前第23頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)6.1.3宏觀極化強(qiáng)度和微觀極化率的關(guān)系(1)有效電場：作用于分子、原子上的有效電場外加電場E0電介質(zhì)極化形成的退極化場Ed周圍的荷電質(zhì)點(diǎn)作用形成Ei++++++++++++++++++-------------------E0EdEi當(dāng)前第24頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（2）克勞修斯-莫索堤方程極化強(qiáng)度P可以寫為單位體積電介質(zhì)在實(shí)際電場作用下所有電偶極矩的總和單位體積第i種偶極子數(shù)目第i種偶極子平均偶極矩荷電質(zhì)點(diǎn)的平均偶極矩正比于作用于質(zhì)點(diǎn)上的局部電場局部電場第i種偶極子電極化率當(dāng)前第25頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)相對介電常數(shù)偶極子種類極化率偶極子數(shù)目宏觀介電常數(shù)微觀介電機(jī)制電子位移極化離子位移極化取向極化空間電荷極化上式表明，研制高介電常數(shù)的方向，應(yīng)選擇大的極化率的離子，同時選擇單位體積內(nèi)極化質(zhì)點(diǎn)多的電介質(zhì)。當(dāng)前第26頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)損耗的形式介質(zhì)損耗的表示方法介質(zhì)損耗和頻率、溫度的關(guān)系6.1.4介質(zhì)損耗當(dāng)前第27頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（1）損耗的形式電導(dǎo)損耗：在電場作用下，介質(zhì)中會有泄漏電流流過，引起電導(dǎo)損耗。極化損耗：只有緩慢極化過程才會引起能量損耗，如偶極子的極化損耗。游離損耗：氣體間隙中的電暈損耗和液、固絕緣體中局部放電引起的功率損耗稱為游離損耗。當(dāng)前第28頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（2）介質(zhì)損耗的表示當(dāng)容量為C0=0A/d的平板電容器上加一交變電壓U=U0eiwt。則：電容器極板間為真空介質(zhì)時，電容上的電流為：電容器極板間為非極性絕緣材料時，電容上的電流為：當(dāng)前第29頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)損耗角正切的倒數(shù)Q就表示電介質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)，希望它的值高。當(dāng)前第30頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（3）頻率的影響εr，tgδ，p與ω的關(guān)系當(dāng)前第31頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)在下，損耗角正切值達(dá)最大值，即可得當(dāng)前第32頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（2）溫度的影響εr、tgδ、P與T的關(guān)系當(dāng)前第33頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)介質(zhì)吸潮后，介電常數(shù)會增加，但比電導(dǎo)的增加要慢，由于電導(dǎo)損耗增大以及松馳極化損耗增加，而使tgδ增大。對于極性電介質(zhì)或多孔材料來說，這種影響特別突出，如，紙內(nèi)水分含量從4％增加到10％時，其tgδ可增加100倍。（3）濕度的影響當(dāng)前第34頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)6.1.5材料的介質(zhì)損耗(1)無機(jī)材料的損耗形式主要有：電離損耗結(jié)構(gòu)損耗當(dāng)前第35頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)①電離損耗電離損耗主要發(fā)生在含有氣相的材料中。含有氣孔的固體介質(zhì)在外電場強(qiáng)度超過了氣孔內(nèi)氣體電離所需要的電場強(qiáng)度時，由于氣體電離而吸收能量，造成損耗，即電離損耗。其損耗功率可以用下式近似計(jì)算：U為外施加電壓；U0為氣體的電離電壓當(dāng)前第36頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)②結(jié)構(gòu)損耗結(jié)構(gòu)損耗是在高頻、低溫下，與介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的緊密程度密切相關(guān)的介質(zhì)損耗。結(jié)構(gòu)損耗與溫度的關(guān)系很小，損耗功率隨頻率升高而增大，但tgδ則和頻率無關(guān)。一般材料，在高溫、低頻下，主要為電導(dǎo)損耗；在常溫、高頻下，主要為松弛極化損耗；在低溫、高頻下主要為結(jié)構(gòu)損耗。當(dāng)前第37頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（2）離子晶體的損耗離子晶體可以分為結(jié)構(gòu)緊密的晶體和結(jié)構(gòu)不緊密的離子晶體。結(jié)構(gòu)緊密的晶體離子都堆積得十分緊密，排列很有規(guī)則，離子鍵強(qiáng)度比較大，無極化損耗。結(jié)構(gòu)不緊密的離子晶體的內(nèi)部有較大的空隙或晶格畸變，含有缺陷或較多的雜質(zhì)，離子的活動范圍擴(kuò)大，損耗較大。當(dāng)前第38頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（3）玻璃的損耗復(fù)雜玻璃中的介質(zhì)損耗主要包括三個部分：電導(dǎo)損耗、松弛損耗和結(jié)構(gòu)損耗。哪一種損耗占優(yōu)勢，決定于外界因素――溫度和外加電壓的頻率。當(dāng)前第39頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)玻璃的tgδ與溫度的關(guān)系1、結(jié)構(gòu)損耗；2、松弛損耗3、電導(dǎo)損耗；4、總損耗當(dāng)前第40頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)Na2O－K2O－B2O3玻璃的tgδ與組成的關(guān)系當(dāng)前第41頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（4）陶瓷材料的損耗主要是電導(dǎo)損耗、松弛質(zhì)點(diǎn)的極化損耗及結(jié)構(gòu)損耗。表面氣孔吸附水分、油污及灰塵等造成表面電導(dǎo)也會引起較大的損耗。大多數(shù)電工陶瓷的離子松弛極化損耗較大，主要原因是：主晶相結(jié)構(gòu)松散，生成了缺陷固溶體，多晶形轉(zhuǎn)變等。當(dāng)前第42頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)降低材料的介質(zhì)損耗的方法選擇合適的主晶相。改善主晶相性能時，盡量避免產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最好形成連續(xù)固溶體。盡量減少玻璃相。防止產(chǎn)生多晶轉(zhuǎn)變。注意焙燒氣氛。控制好最終燒結(jié)溫度當(dāng)前第43頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)討論介質(zhì)損耗的意義絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時必須注意到絕緣材料的tgδ用于沖擊測量的連接電纜，其絕緣的tgδ必須很小在絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，tgδ是一項(xiàng)基本測試項(xiàng)目，當(dāng)絕緣受潮或劣化時，tgδ急劇上升。介質(zhì)損耗引起的發(fā)熱有時也可以利用當(dāng)前第44頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)6.2介電強(qiáng)度概述：固體電介質(zhì)的擊穿就是在電場作用下伴隨著熱、化學(xué)、力等等的作用而喪失其絕緣性能的現(xiàn)象。擊穿后在材料中留下有不能恢復(fù)的痕跡，如燒焦或溶化的通道、裂縫等，去掉外施電壓，不能自行恢復(fù)絕緣性能。當(dāng)前第45頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)6.2.1介電強(qiáng)度的定義擊穿場強(qiáng)——電介質(zhì)所能承受的不被擊穿的最大場強(qiáng)。擊穿電壓——電介質(zhì)（或電容器）擊穿時兩極板的電壓。電介質(zhì)的擊穿一般外電場不太強(qiáng)時，電介質(zhì)只被極化，不影響其絕緣性能。當(dāng)其處在很強(qiáng)的外電場中時，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷中心被拉開，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質(zhì)變?yōu)閷?dǎo)電材料。當(dāng)施加在電介質(zhì)上的電壓增大到一定值時，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿(breakdown)。相應(yīng)的臨界電場強(qiáng)度稱為介電強(qiáng)度，也稱擊穿場強(qiáng)。當(dāng)前第46頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)Al2O3(0.03mm)7.0BaTiO3(0.02cm，單晶）0.04Al2O3(0.6mm)1.5BaTiO3(0.02cm，多晶）0.12Al2O3(0.63cm)0.18環(huán)氧樹脂160-200云母(0.002cm)10.1聚苯乙烯160云母(0.006cm)9.7硅橡膠220

一些電介質(zhì)的介電強(qiáng)度

單位：106V/cm當(dāng)前第47頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)當(dāng)前第48頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)固體電介質(zhì)擊穿的類型電擊穿熱擊穿局部放電擊穿其他擊穿機(jī)制（樹枝化擊穿、電-機(jī)械擊穿、沿面擊穿等）6.2.2電介質(zhì)的擊穿當(dāng)前第49頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn) 與氣體和液體電介質(zhì)相比，固體電介質(zhì)擊穿有以下幾個特點(diǎn)：固體介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度比氣體和液體介質(zhì)高，約比氣體高兩個數(shù)量級，比液體高一個數(shù)量級左右；固體通常總是在氣體或液體環(huán)境媒質(zhì)中，因此對固體進(jìn)行擊穿試驗(yàn)時，擊穿往往發(fā)生在擊穿強(qiáng)度比較低的氣體或液體媒質(zhì)中，這種現(xiàn)象稱為邊緣效應(yīng)。（試驗(yàn)時必須盡可能排除）固體電介質(zhì)的擊穿一般是破壞性的，擊穿后在試樣中留下貫穿的孔道、裂紋等不可恢復(fù)的傷痕。當(dāng)前第50頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)（1）電擊穿 當(dāng)施加于電介質(zhì)上的電場強(qiáng)度或電壓增大到一定程度時，電介質(zhì)就由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)，這個過程就是電擊穿。 發(fā)生擊穿時的電場強(qiáng)度稱為擊穿電場強(qiáng)度(介電強(qiáng)度），用Eb表示，此時所加電壓稱為擊穿電壓，用Ub表示。即：陶瓷材料的擊穿強(qiáng)度一般在4～60kV/mm。當(dāng)前第51頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)

電擊穿是指電場直接作用下，介質(zhì)中載流子迅速增殖造成的擊穿。這個過程約在10-7s完成，擊穿是突然發(fā)生的。擊穿電場強(qiáng)度較高，約為106～107V/cm。

一般認(rèn)為，電擊穿的發(fā)生是由于晶體能帶在強(qiáng)電場作用下發(fā)生變化，電子直接由滿帶躍遷到空帶發(fā)生電離所致。當(dāng)前第52頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)電擊穿理論 通常，當(dāng)電場強(qiáng)度升高至接近擊穿強(qiáng)度時，材料中流過的大電流主要是電子型的。 引起導(dǎo)電電子倍增的方式，也即擊穿的機(jī)制主要有碰撞電離理論和雪崩理論，此外有時也可能發(fā)生齊納擊穿（或稱隧道擊穿）。當(dāng)前第53頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)碰撞電離理論 當(dāng)晶體的溫度高于絕對零度時，晶格的微小振動形成格波，其能量量子即聲子，在碰撞電離理論中，碰撞機(jī)制一般應(yīng)考慮電子和聲子的碰撞，同時也應(yīng)該包括雜質(zhì)和缺陷對自由電子的散射。若外加電場足夠高，當(dāng)自由電子在電場中獲得的能量超過失去的能量時，自由電子便可在每次碰撞后積累起能量，最后發(fā)生電擊穿。當(dāng)前第54頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)雪崩理論 雪崩理論是在電場足夠高時，自由電子從電場中獲得能量在每次碰撞后都能產(chǎn)生一個自由電子。因此在n次碰撞后就有2n個自由電子，形成雪崩或倍增效應(yīng)。當(dāng)雪崩或倍增效應(yīng)貫穿兩電極時，則出現(xiàn)擊穿。當(dāng)前第55頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)若電介質(zhì)中的場強(qiáng)很大，電介質(zhì)分子的正負(fù)電荷有可能被拉開而變成可自由移動的電荷。大量自由電荷的產(chǎn)生，使電介質(zhì)的絕緣性能破壞而成為導(dǎo)體。當(dāng)前第56頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)規(guī)律：固體介質(zhì)的擊穿電場強(qiáng)度往往取決于材料的均勻性；大部分材料在交變電場下的擊穿強(qiáng)度低于直流下的擊穿電場強(qiáng)度，在高頻下由于局部放電的加劇，使得擊穿電場強(qiáng)度下降得更厲害，并且材料的介電常數(shù)越大，擊穿電場強(qiáng)度下降得越多；無機(jī)電介質(zhì)在高頻下的擊穿往往具有熱的特征，發(fā)生純粹電擊穿的情況并不多見；當(dāng)前第57頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)在室溫附近，高分子電介質(zhì)的擊穿電場強(qiáng)度往往比陶瓷等無機(jī)材料要大，并且極性大高聚物的擊穿電場強(qiáng)度常常要比非極性的大；在軟化溫度附近，熱塑性高聚物的擊穿電場強(qiáng)度急劇下降。當(dāng)前第58頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)熱擊穿 當(dāng)固體電介質(zhì)在電場作用下，由電導(dǎo)和介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量超過試樣通過傳導(dǎo)、對流和輻射所能散發(fā)的熱量時，試樣中的熱平衡就被破壞，試樣溫度不斷上升，最終造成介質(zhì)永久性的熱破壞，這就是熱擊穿。

熱擊穿有一個熱量積累過程，不像電擊穿那樣迅速。熱擊穿電場強(qiáng)度較低，一般約為1～10kV/mm。當(dāng)前第59頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn) 介質(zhì)中所產(chǎn)生的熱量，一方面使試樣本身的溫度升高，另一方面通過熱傳導(dǎo)和熱對流向周圍散發(fā)熱量。

在電場作用下，如試樣的發(fā)熱功率為W1，散熱功率為W2，臨界熱平衡方程即為：

當(dāng)前第60頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)

（1）介質(zhì)的不均勻性：無機(jī)材料常常為不均勻介質(zhì)，有晶相、玻璃相和氣孔存在，這使無機(jī)材料的擊穿性質(zhì)與均勻材料不同。不均勻介質(zhì)最簡單的情況是雙層介質(zhì)。設(shè)雙層介質(zhì)具有各不相同的電性質(zhì)，ε1，σ1，d1和ε2，σ2，d2分別代表第一層、第二層的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、厚度。若在此系統(tǒng)上加直流電壓U，則各層內(nèi)的電場強(qiáng)度E1，E2，為：6.2.3影響無機(jī)材料擊穿強(qiáng)度的各種因素當(dāng)前第61頁\共有65頁\編于星期六\7點(diǎn)

上式表明：電導(dǎo)率小的介質(zhì)承受場強(qiáng)高，電導(dǎo)率大的介