介質陶瓷介電常數介質損耗及電擊穿強度測試性能表征

1 介質陶瓷的性能表征 

       介質陶瓷的主要性能參數有介電常數 εr、介電損耗 tanδ 和電擊穿強度 Eb，這三個參數決定了材料的實用性和應用領域。 

1.1  介電常數 εr與極化 

在平行板電容器的兩極板上充以一定的電荷，當兩極板存在電介質時，兩極板間的電勢差低于沒有電介質時的電勢差，這樣就會產生感應電荷。電介質在電場作用下產生感應電荷的現象稱為電極化，如圖 1.3 所示。 

電極化是介質材料最基本的性質，介電常數是反應電介質極化的宏觀物理量，設極板面積為 S，兩極板間距為 d，則平行板電容器的電容 C0可由 1.4 算出。 

（1.4）

其中 ε0為真空介電常數，如果兩極板間存在電介質，電容器的電容增大。兩極板間放入電介質與真空時的電容之比即為相對介電常數 ε

（1.5）

由 1.4 和 1.5 可得相對介電常數的計算式

相對介電常數是介質陶瓷中一個非常重要的參數，不同用途的介質陶瓷對介電常數有不同的要求。

2  介電損耗

       電介質在電場作用下會將一部分電能轉換成熱能使介質發熱而損耗掉，在此過程中，單位時間所損耗的電能稱為介電損耗，常用 tanδ 來表示，介電損耗越大，表明能量損耗越大，從而使電介質溫度升高，可能影響器件的正常工作。所以，一般來說，介電損耗越小越好。 

      介質陶瓷材料中的介電損耗主要來源于三部分：電導損耗、取向極化和弛豫極化損耗以及結構損耗。在電導和極化過程中，帶電質點（弱束縛電子和弱聯系離子以及偶極子或者空位、空穴等）移動時，由于與外電場作用不同步，因而吸收了電場的能量并把它傳給周圍的分子，使電磁能轉化為分子的熱振動能；結構損耗主要是指介質陶瓷材料中含有玻璃相，以離子晶體為主晶相的介質陶瓷材料損耗主要來源于玻璃相。因此，降低損耗可以從以下幾個方面入手。 

（1）選擇結構緊密的晶體作為主晶相。 

（2）進行摻雜改性時，盡量避免產生空位等缺陷。 

（3）適當引入玻璃相改善微觀形貌，但玻璃相太多會增加介電損耗。 

（4）燒結氣氛及溫度要合適，如含鈦介質陶瓷不宜在還原氣氛下燒結。 

3  電擊穿強度 

      電介質在一定的電場作用下能夠保持其自身性質而正常工作，當電場強度超過某一臨界值時，介質材料就會由介電狀態變為導電狀態，發生不可逆的破壞，

     這種現象稱為電介質的擊穿。相應的臨界電場強度稱為擊穿場強，也稱作電擊穿強度。電擊穿強度常用 Eb表示，其與介質材料所加電壓 U 以及介質材料厚度 d有關，常用單位 kV/mm 或 kV/cm。 

      為了進一步提高介質陶瓷的電擊穿強度，需要了解材料在電場下的擊穿行為及機理。