4.2 電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)課件

6.2電介質(zhì)的損耗

復(fù)習(xí)1、什么是電介質(zhì)極化？2、給出克勞修斯-莫索蒂方程及其適用范圍。3、高介電晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容1、介質(zhì)損耗產(chǎn)生的原因。2、介質(zhì)損耗的表征方法。3、介質(zhì)損耗的影響因素。14.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)一、介質(zhì)損耗的產(chǎn)生1.介質(zhì)損耗絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗。簡稱介損。能量損耗-轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪?，如熱能、光能等電介質(zhì)加熱:電極之間加高頻電壓，因構(gòu)成電介質(zhì)的各個分子發(fā)生旋轉(zhuǎn)、振動、碰撞、摩擦等激烈運(yùn)動，在電介質(zhì)內(nèi)部發(fā)熱。利用電介質(zhì)發(fā)熱的加熱方式為電介質(zhì)加熱。++++++++________eee24.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)電導(dǎo)損耗由漏導(dǎo)電流引起，與自由電荷有關(guān)，對電容器施加直流電壓，充電電流隨時間增加而降到某一恒定的數(shù)值，這個電流稱為電容器的漏電流。2.介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)1)介質(zhì)電導(dǎo)的滯后效應(yīng)-電導(dǎo)損耗結(jié)論：電導(dǎo)損耗實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于交流、直流電流流過電阻做功。絕緣好的液、固電介質(zhì)在工作電壓下的電導(dǎo)損耗很小，損耗隨溫度的增加而急劇增加.++++++++________eee與離子電導(dǎo)陶瓷材料的漏導(dǎo)現(xiàn)象的異同？34.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)主要是因?yàn)樵谕怆妶鲎饔孟?材料內(nèi)自由電荷重新分布的結(jié)果。介質(zhì)漏導(dǎo)電流與離子電導(dǎo)陶瓷材料的漏導(dǎo)現(xiàn)象的異同？1．離子電導(dǎo)陶瓷材料的漏導(dǎo)電流在測量陶瓷電阻時，加上直流電壓后，電阻需要經(jīng)過一定的時間才能穩(wěn)定。切斷電源后，將電極短路，有反向放電電流，并隨時間減小到零，隨時間變化的這部分電流稱為吸收電流，最后恒定的電流稱為漏導(dǎo)電流。產(chǎn)生的原因-空間電荷效應(yīng)在電場作用下，正負(fù)離子分別向負(fù)、正極移動，引起介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)離子密度變化，并保持在高勢壘狀態(tài)。在介質(zhì)內(nèi)部，離子減少，在電極附近離子增加，或在某地方積聚，這樣形成自由電荷的積累，稱空間電荷。++--44.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)極化損耗由極化電流引起，介質(zhì)極化的建立引起電流，與極化松弛等有關(guān)；2）介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)：極化損耗

時間VP只有緩慢極化過程才會引起能量損耗，如偶極子轉(zhuǎn)向極化和空間電荷極化，這種極化損耗能量。極化損耗與溫度、電場頻率有關(guān)。++++____+-54.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)3）常見介質(zhì)中的損耗形式非極性的液體電介質(zhì)、無機(jī)晶體和非極性有機(jī)電介質(zhì)電導(dǎo)損耗極性電介質(zhì)及結(jié)構(gòu)不緊密的離子固體電介質(zhì)極化損耗和電導(dǎo)損耗64.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)損耗角正切tg

介質(zhì)損耗大小損耗因子

tg

作為絕緣材料的選擇依據(jù)品質(zhì)因素Q=1/tg

應(yīng)用于高頻損耗功率p功率的計(jì)算等效電導(dǎo)率

=

電介質(zhì)發(fā)熱復(fù)介電常數(shù)的復(fù)項(xiàng)

研究材料的功率、發(fā)熱有關(guān)介質(zhì)的損耗描述方法有多種，哪一種描述方法比較方便，需根據(jù)用途而定。二、介質(zhì)損耗的表征方法74.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)

在交變電場作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角(功率因數(shù)角Φ)的余角(δ)。簡稱介損角1、介質(zhì)損耗角δ2、介質(zhì)損耗正切值tgδ又稱介質(zhì)損耗因數(shù)，是指介質(zhì)損耗角正切值，簡稱介損角正切。介質(zhì)損耗因數(shù)的定義如下84.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)這正是損失角δ=(90°-Φ)的正切值。因此現(xiàn)在的數(shù)字化儀器從本質(zhì)上講，是通過測量δ或者Φ得到介損因數(shù)。總電流可以分解為電容電流Ic和電阻電流IR合成，因此：電流相量的相量圖：和電壓相量94.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)I=IC+IR=(iωC+G)UG=σS/dC=εS/d損耗角正切：104.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)1）復(fù)介電常數(shù)的含義①原子核外電子云的畸變極化；②分子中正、負(fù)離子的（相對）位移極化；③分子固有電矩的轉(zhuǎn)向極化。電極化的基本過程有三：在外界電場作用下，介質(zhì)的介電常數(shù)ε是綜合地反映這三種微觀過程的宏觀物理量；它是頻率ω的函數(shù)ε(ω)。3、復(fù)介電常數(shù)114.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)只當(dāng)頻率為零或頻率很低（例如1千赫）時,三種微觀過程都參與作用，這時的介電常數(shù)ε(0)對于一定的電介質(zhì)而言是個常數(shù)，通稱為介電常數(shù)，這也就是靜電介電常數(shù)εs或低頻介電常數(shù)。低頻極化空間電荷極化松弛極化離子極化電子極化工頻聲頻無線電紅外紫外極化率或

極化率和介電常數(shù)與頻率的關(guān)系124.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)中頻極化隨著頻率的增加，分子固有電矩的轉(zhuǎn)向極化逐漸落后于外場的變化，這時，介電常數(shù)取復(fù)數(shù)形式ε(ω)＝ε′(ω)-jε″(ω)，其中虛部ε″(ω)代表介質(zhì)損耗；它是由于電極化過程追隨不上外場的變化而引起的。實(shí)部隨著頻率的增加而顯著下降，虛部出現(xiàn)峰值?？臻g電荷極化松弛極化離子極化電子極化工頻聲頻無線電紅外紫外極化率或

極化率和介電常數(shù)與頻率的關(guān)系134.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)頻率再增加，實(shí)部ε′(ω)降至新值，虛部ε″(ω)變?yōu)榱?，這表示分子固有電矩的轉(zhuǎn)向極化已不能響應(yīng)了。當(dāng)頻率進(jìn)入到紅外區(qū)，分子中正、負(fù)離子電矩的振動頻率與外場發(fā)生共振時，實(shí)部ε′(ω)先突然增加，隨即陡然下降,ε″(ω)又出現(xiàn)峰值；過此以后，正、負(fù)離子的位移極化亦不起作用了。高頻極化空間電荷極化松弛極化離子極化電子極化工頻聲頻無線電紅外紫外極化率或

極化率和介電常數(shù)與頻率的關(guān)系144.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)光頻極化在可見光區(qū),只有電子云的畸變極化在起作用了,這時實(shí)部取更小的值，稱為光頻介電常數(shù)，記以ε→∞，虛部對應(yīng)于光吸收。光頻介電常數(shù)ε→∞實(shí)際上隨頻率的增加而略有增加。在某些頻率時,實(shí)部ε′(ω)先突然增加隨即陡然下降，與此同時虛部ε″(ω)出現(xiàn)峰值，這對應(yīng)于電子躍遷的共振吸收?？臻g電荷極化松弛極化離子極化電子極化工頻聲頻無線電紅外紫外極化率或

極化率和介電常數(shù)與頻率的關(guān)系154.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)J=(iωε+σ)E

復(fù)電導(dǎo)率：σ*=iωε+σJ=σ*EJ=iωε*EI=IC+IR=(iωC+G)UG=σS/dC=εS/d復(fù)介電常數(shù)2）漏導(dǎo)復(fù)介電常數(shù)：164.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)復(fù)介電常數(shù):ε*=ε’-iε”

ε’=εε”=σ/ω?fù)p耗角正切：ε’和ε”是依賴于頻率的量介質(zhì)的損耗由復(fù)介電常數(shù)的虛部

引起，通常電容電流由實(shí)部

引起，相當(dāng)于實(shí)際測得介電常數(shù)。174.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)時間P理想Po實(shí)際P

介質(zhì)的弛豫過程極化強(qiáng)度隨時間變化的速率P0=x0E，P1∞=x1Ex0，x1絕對極化系數(shù)，τ是弛豫時間常數(shù)2）極化損耗的復(fù)介電常數(shù)184.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)交變電場作用下的P(t)為：-復(fù)極化系數(shù)(相對)A.極化損耗復(fù)介電常數(shù)194.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)低頻或者靜態(tài):εr’取ε(0)，ε(0)代表靜態(tài)相對介電常數(shù)；頻率ω→∞:εr’→ε∞，ε∞代表光頻相對介電常數(shù)C.ε(0)和ε∞B.極化損耗復(fù)介電常數(shù)含義：204.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)其中：(0)-----低或靜態(tài)的相對介電常數(shù)------時的相對介電常數(shù)

r()=

+[(0)-

]

/(1+i)

r′=

+[(0)-

]

/(1+2

2)（r()的實(shí)部）

r′′=[(0)-

]

/(1+2

2)（r()的虛部）tg=r′′/r′

D.復(fù)介電常數(shù)的德拜表達(dá)式214.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)研究了電介質(zhì)的介電常數(shù)ε

、反映介電損耗的εr

、所加電場的角頻率

及松弛時間

的關(guān)系。0.1110

(0)

r′′

r′

=1，r′′最大，大于或小于1時，r′′都小，即：松弛時間和所加電場的頻率相比，較大時，偶極子來不及轉(zhuǎn)移定向，r′′就??；松弛時間比所加電場的頻率還要迅速，r′′也小。E.德拜表達(dá)式的意義224.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)1）直流電壓下

PW=IU=GU2

G為介質(zhì)的電導(dǎo),單位為西門子(S)。在一定的直流電場下，介質(zhì)損耗率取決于材料的電導(dǎo)率4、介質(zhì)損耗功率定義單位體積的介質(zhì)損耗為介質(zhì)損耗功率p，V為介質(zhì)體積，σ為純自由電荷產(chǎn)生的電導(dǎo)率(S/m)。234.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)2）交流電壓下σ=ωεtgδ介質(zhì)等效電導(dǎo)率σ介質(zhì)損耗只與εtgδ有關(guān)。εtgδ僅由介質(zhì)本身決定，稱為損耗因素。εr’即為通常測量的εr，則在高頻電壓下，ωτ>>1,在低頻電壓下，ωτ<<1,σ與ω2成正比。

r′′=[(0)-

]/(1+2

2)介質(zhì)損耗不僅與自由電荷的電導(dǎo)有關(guān)，還與松弛極化過程有關(guān)。外施電壓一定時:244.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)1）當(dāng)外加電場頻率很低，即ω→0時，介質(zhì)的各種極化都能跟上外加電場的變化，此時不存在極化損耗，介電常數(shù)達(dá)最大值。介電損耗主要由電導(dǎo)損耗引起，PW和頻率無關(guān)。tgδ=σ/ωε，則當(dāng)ω→0時，tgδ→∞。隨著ω的升高，tgδ減小。三、介質(zhì)損耗的影響因素頻率、溫度、濕度1.頻率的影響254.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)2）當(dāng)外加電場頻率逐漸升高時，松弛極化在某一頻率開始跟不上外電場的變化，松弛極化對介電常數(shù)的貢獻(xiàn)逐漸減小，因而εr隨ω升高而減少。在這一頻率范圍內(nèi)，由于ωτ<<1，故tgδ隨ω升高而增大，同時Pw也增大。264.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)(3)當(dāng)ω很高時，εr→ε∞，介電常數(shù)僅由位移極化決定，εr趨于最小值。此時由于ωτ>>1，此時tgδ隨ω升高而減小。ω→∞時，tgδ→0。274.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)（1）當(dāng)溫度很低時,τ較大,由德拜關(guān)系式可知,εr較小，tgδ也較小2.溫度的影響在此溫度范圍內(nèi)，隨溫度上升，τ減小，εr、tgδ和PW上升。溫度對松弛極化產(chǎn)生影響，因而P，ε和tgδ與溫度關(guān)系很大。松弛極化隨溫度升高而增加，離子間易發(fā)生移動，松弛時間常數(shù)τ減小。284.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)(2)當(dāng)溫度較高時，大于Tm，τ較小，此時在此溫度范圍內(nèi)，隨溫度上升，τ減小，tgδ減小。PW主要決定于極化過程，PW也隨溫度上升而減小。294.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)（3）當(dāng)溫度繼續(xù)升高，達(dá)到很大值時，離子熱運(yùn)動能量很大，離子在電場作用下的定向遷移受到熱運(yùn)動的阻礙，因而極化減弱，εr下降。電導(dǎo)損耗劇烈上升，tgδ也隨溫度上升急劇上升。304.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)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314.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)四、壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)（一）玻璃態(tài)電導(dǎo)的壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)1、玻璃電導(dǎo)中為什么采用壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)？因?yàn)椴ＡУ慕Y(jié)構(gòu)松散，堿金屬離子不能與兩個氧原子聯(lián)系以延長點(diǎn)陣網(wǎng)絡(luò)，形成弱聯(lián)系離子，所以電導(dǎo)會增加。2、玻璃態(tài)電導(dǎo)的壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)的作用減小玻璃電導(dǎo)率3、玻璃態(tài)電導(dǎo)的壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)的機(jī)理指當(dāng)玻璃中堿金屬離子總濃度較大時(占玻璃組成25-30%)，堿金屬離子總濃度相同的情況下，含兩種堿金屬離子比含一種堿金屬離子的玻璃電導(dǎo)率要小。A.雙堿效應(yīng)：324.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)RK+>RLi+，在外電場的作用下，堿金屬離子移動時，Li+離子留下的空位比K+留下的空位小，K+只能通過本身的空位；Li+進(jìn)入大體積空位，產(chǎn)生應(yīng)力，不穩(wěn)定，只能進(jìn)入同種離子空位較為穩(wěn)定；大離子不能進(jìn)入小空位，使通路堵塞，妨礙小離子的運(yùn)動；相互干擾的結(jié)果使電導(dǎo)率大大下降。以K2O、Li2O為例例334.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)指含堿破璃中加入二價金屬氧化物，特別是重金屬氧化物，使玻璃的電導(dǎo)率降低，相應(yīng)的陽離子半徑越大，這種效應(yīng)越強(qiáng)。壓堿效應(yīng)機(jī)理由于二價離子與玻璃中氧離子結(jié)合比較牢固，能嵌入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以致堵住了遷移通道，使堿金屬離子移動困難，因而電導(dǎo)率降低。結(jié)論：一般玻璃相的電導(dǎo)率比晶體相高。因此對介質(zhì)材料應(yīng)盡量減少玻璃相的電導(dǎo)。B.壓堿效應(yīng)：344.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)（一）玻璃態(tài)損耗的壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)1、玻璃損耗中為什么采用壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)？因?yàn)閴A性氧化物進(jìn)入玻璃的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)后，使離子所在處點(diǎn)陣受到破壞。因此，玻璃中堿性氧化物濃度愈大，玻璃結(jié)構(gòu)就愈疏松，離子就有可能發(fā)生移動，造成電導(dǎo)損耗和松弛損耗，使總的損耗增大2、玻璃態(tài)電導(dǎo)的壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)的作用減小玻璃損耗354.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)兩種堿性氧化物加入后，在玻璃中形成微晶結(jié)構(gòu)，在堿性氧化物的一定比值下，形成的化合物中，離子與主體結(jié)構(gòu)較強(qiáng)地固定著，實(shí)際上不參加引起介質(zhì)損耗的過程；在離開最佳比值的情況下，一部分堿金屬離子位于微晶的外面，即在結(jié)構(gòu)的不緊密處，使介質(zhì)損耗增大。3、玻璃態(tài)損耗的壓堿效應(yīng)和雙堿效應(yīng)的機(jī)理A.雙堿效應(yīng)：在含堿玻璃中加入二價金屬氧化物，特別是重金屬氧化物時，壓抑效應(yīng)特別明顯。因?yàn)槎r離子有二個鍵能使松弛的堿玻璃的結(jié)構(gòu)網(wǎng)鞏固起來，減少松弛極化作用，因而使tgδ降低。B.壓堿效應(yīng)364.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)電介質(zhì)損耗用作一種電加熱手段，即利用高頻電場（一般為0.3～300兆赫）

對電介質(zhì)損耗大的材料（如木材、紙、陶瓷等）進(jìn)行加熱。頻率高于

300兆赫時

，達(dá)到微波波段

，即為微波加熱（

家用微波爐即據(jù)此原理）。

五、介電損耗的應(yīng)用當(dāng)絕緣材料用于高電場強(qiáng)度或高頻的場合，應(yīng)盡量采用介質(zhì)損耗因數(shù)（即電介質(zhì)損耗角正切tgδ，它是電介質(zhì)損耗與該電介質(zhì)無功功率之比）較低的材料。374.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)總之，介質(zhì)損耗是介質(zhì)的電導(dǎo)和松弛極化引起的電導(dǎo)和極化過程中帶電質(zhì)點(diǎn)（弱束縛電子和弱聯(lián)系離子，并包括空穴和缺位）移動時，將它在電場中所吸收的能量部分地傳給周圍“分子”，使電磁場能量轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺肿印钡臒嵴駝?，能量消耗在使電介質(zhì)發(fā)熱效應(yīng)上。結(jié)論：384.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)6.3介電擊穿一、介質(zhì)的擊穿二、擊穿類型熱擊穿電擊穿化學(xué)擊穿三、改善擊穿的措施本節(jié)內(nèi)容復(fù)習(xí)1、電介質(zhì)產(chǎn)生損耗的原因？2、表征電介質(zhì)損耗的復(fù)介電常數(shù)的表達(dá)式及含義是什么？3、介質(zhì)損耗的影響因素。394.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)一、介質(zhì)的擊穿在強(qiáng)電場作用下，電介質(zhì)喪失電絕緣能力，電介質(zhì)的電導(dǎo)突然增大甚至引起結(jié)構(gòu)損壞或破碎，稱為介電擊穿。a.可用擊穿效應(yīng)來破碎非金屬礦石等b.擊穿是標(biāo)志電介質(zhì)在電場作用下保持絕緣性能的極限能力，是決定電力設(shè)備，電子元器件最終使用壽命的重要因素。++++++++________eee++++____eeeeeee1.介電擊穿404.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)3.介電強(qiáng)度2.擊穿電壓導(dǎo)致?lián)舸┑淖畹团R界電壓稱為擊穿電壓。電介質(zhì)能夠經(jīng)受而不致?lián)p壞的最大電場稱為擊穿場強(qiáng),即介電強(qiáng)度Ec，是絕緣性能好壞的一個重要標(biāo)志。均勻電場介電強(qiáng)度:擊穿電壓與固體電介質(zhì)厚度之比稱為擊穿電場強(qiáng)度（簡稱擊穿場強(qiáng)，又稱介電強(qiáng)度），它反映固體電介質(zhì)自身的耐電強(qiáng)度。不均勻電場介電強(qiáng)度:擊穿電壓與擊穿處固體電介質(zhì)厚度之比稱為平均擊穿場強(qiáng)，它低于均勻電場中固體電介質(zhì)的介電強(qiáng)度。414.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)在電場作用下，固體電介質(zhì)承受的電場強(qiáng)度雖不足以發(fā)生電擊穿，但因電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累、溫度過高而導(dǎo)致失去絕緣能力，從而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。

（一）固體電介質(zhì)的熱擊穿1）熱擊穿的本質(zhì)發(fā)生在高頻、高壓下。熱擊穿的核心問題是散熱問題。二、固體電介質(zhì)的擊穿類型及影響因素

熱擊穿、電擊穿和電化學(xué)擊穿424.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)Q1：單位時間內(nèi)固體電介質(zhì)的發(fā)熱量Q2:單位時間內(nèi)固體電介質(zhì)的散熱量E3>Ec>E1

2）熱擊穿過程固體電介質(zhì)在電場作用下將因電導(dǎo)和極化損耗而發(fā)熱。A.外加電場為E3>Ec

固體電介質(zhì)中的發(fā)熱量Q1大于散熱量Q2，介質(zhì)溫度上升，且因Q1始終大于Q2，所以固體電介質(zhì)的溫度不斷上升，最終介質(zhì)被燒焦、燒熔、或燒裂，喪失絕緣性能，發(fā)生熱擊穿。434.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)B.外加電場為E1<Ec雖然開始時Q1>Q2，固體電介質(zhì)溫度上升；但當(dāng)溫度度升到Tc時，發(fā)熱量與散熱量相等，建立起了熱平衡。此時，若介質(zhì)能耐受溫度Tc的作用，則固體電介質(zhì)能正常工作，不會發(fā)生熱擊穿。C.外加電壓為等于Ec當(dāng)介質(zhì)溫度升到Tc時，建立起了熱平衡，但不穩(wěn)定。溫度略有升高，發(fā)熱量Q1即大于散熱量Q2，最終仍然發(fā)生熱擊穿。電場強(qiáng)度Ec是發(fā)生熱擊穿的臨界場強(qiáng)Ec。介質(zhì)中發(fā)熱與散熱平衡關(guān)系示意圖444.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)A，B是與材料有關(guān)的常數(shù)。(1)熱擊穿電壓隨環(huán)境溫度升高而降低。(2)熱擊穿電壓大致不隨介質(zhì)的厚度變化。1）溫度不均勻的厚膜介質(zhì)2.溫度均勻薄膜介質(zhì)e為自然對數(shù)的底，Uc隨試樣厚度的平方根而變化。3）熱擊穿電壓454.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)電擊穿是介質(zhì)在強(qiáng)電場作用下,

被擊發(fā)出自由電子而引起電介質(zhì)中存在的少量傳導(dǎo)電子在強(qiáng)外電場加速下得到能量。若電子與點(diǎn)陣碰撞損失的能量小于電子在電場加速過程中所增加的能量，則電子繼續(xù)被加速而積累起相當(dāng)大的動能，足以在電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生碰撞電離，形成電子雪崩現(xiàn)象。結(jié)果電導(dǎo)急劇上升，最后導(dǎo)致?lián)舸?。（二）固體介質(zhì)的電擊穿電擊穿取決于固體電介質(zhì)中碰撞電離的一種擊穿形式。電場使電介質(zhì)中積聚起足夠數(shù)量和足夠能量的自由電子，導(dǎo)致電介質(zhì)喪失絕緣性能。1）電擊穿的本質(zhì)Eeeeeeee464.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)1)外加電場為E2>Ec一部分傳導(dǎo)電子的能量處于W2～Wc之間，單位時間內(nèi)這些電子取得的能量A始終大于失去的能量B，電子被加速，碰撞晶格時產(chǎn)生電離，使處于導(dǎo)帶的電子不斷增加，電流急劇上升，最終導(dǎo)致固體電介質(zhì)擊穿。2)外加電場為E1<Ec時，雖然偶而會有能量大于W1的電子出現(xiàn)，且因此時A>B而使晶格發(fā)生碰撞電離、產(chǎn)生新的傳導(dǎo)電子；但因電子能量大于W1的概率很低,所以傳導(dǎo)電子不斷增多的過程很難出現(xiàn)，固體電介質(zhì)不會擊穿。A、B與W的關(guān)系E2>Ec>E1

晶格溫度T為定值介電強(qiáng)度:處于臨界狀態(tài)的Ec即為固體電介質(zhì)的介電強(qiáng)度A:單位時間內(nèi)這些電子取得的能量B:單位時間內(nèi)傳導(dǎo)電子失去的能量E:電場強(qiáng)度W:電子本身能量T:晶格溫度2）電擊穿的過程474.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)3）擊穿場強(qiáng)多發(fā)生在溫度較低、電壓作用時間較短時，純凈、均勻固體電介質(zhì)中。當(dāng)電場上升到使平衡破壞時，碰撞電離過程便立即發(fā)生。把這一起始場強(qiáng)作為介質(zhì)電擊穿場強(qiáng)的理論即為本征擊穿理論.A.本征電擊穿理論本征電擊穿場強(qiáng)，隨溫度升高而降低。溫度484.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)1）“雪崩”電擊穿理論以碰撞電離后自由電子數(shù)倍增到一定數(shù)值（足以破壞介質(zhì)絕緣狀態(tài)）作為電擊穿判據(jù)。2）Seitz提出以電子“崩”傳遞給介質(zhì)的能量足以破壞介質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)作為擊穿判據(jù)。B.“雪崩”電擊穿理論電擊穿判據(jù)：本征擊穿理論中增加導(dǎo)電電子是繼穩(wěn)態(tài)破壞后突然發(fā)生的，而“雪崩”擊穿是考慮到高場強(qiáng)時，導(dǎo)電電子倍增過程逐漸達(dá)到難以忍受的程度，最終介質(zhì)晶格破壞?！把┍馈彪姄舸┖捅菊麟姄舸┰诶碚撋嫌忻黠@的區(qū)別：494.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)“四十代理論”從陰極出發(fā)的電子，一方面進(jìn)行“雪崩”倍增；另一方面向陽極運(yùn)動。由陰極出發(fā)的初始電子，在其向陽極運(yùn)動的過程中，1cm內(nèi)的電離次數(shù)達(dá)到40次，介質(zhì)便擊穿。一般用來說明“雪崩”擊穿的形成，并稱之為“四十代理論”。由“四十代理論”可以推斷，當(dāng)介質(zhì)很薄時，碰撞電離不足以發(fā)展到四十代，電子崩已進(jìn)入陽極復(fù)合，此時介質(zhì)不能擊穿，即這時的介質(zhì)擊穿場強(qiáng)將要提高。504.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)在電場、溫度等因素作用下，固體電介質(zhì)因緩慢的化學(xué)變化，而引起其電氣性能逐漸劣化，最終由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)體狀態(tài)的過程。（三）電化學(xué)擊穿包括兩部分：因固體電介質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化而引起的電介質(zhì)老化；與老化有關(guān)的擊穿過程。2）電化學(xué)擊穿過程1）電化學(xué)擊穿本質(zhì)電介質(zhì)中強(qiáng)電場產(chǎn)生的電流在例如高溫等某些條件下可以引起電化學(xué)反應(yīng)。514.2電介質(zhì)的損耗(材料物理性能)1）直流電壓下，

固體電介質(zhì)因離子電導(dǎo)而發(fā)生電解，結(jié)果在電極附近形成導(dǎo)電的金屬樹狀物，甚至從一個電