介电损耗
陶瓷介质在电导和极化过程中都有能量的消耗,不可避免地将一部分电能转变为热能。在这个过程中,单位时间所消耗的电能称之为介电损耗。在直流电场作用下,陶瓷介质的介电损耗仅仅由电导过程引起,也就是说陶瓷介质的介电损耗决于材料的电导率和电场强度。在交流电场作用下,陶瓷材料的介电损耗由电导和极化共同引起。介质损耗,常用tan6来表示,6称为介质损耗角,物理含义是在交变电场下电介质的电位移D与电场强度E的相位差。
控制样品的介电损耗是很重要的,介质的损耗对湿度很敏感,受潮试样的介电损耗急剧增大。试样吸潮越严重,损耗越大,因此工艺上利用此性质判断生产线上瓷体烧结的好坏。介电损耗对化学组成、相组成、结构等因素都很敏感,凡是影响电导和极化的因素都对陶瓷材料的介电损耗有影响。
击穿强度
介质的特性,如绝缘、介电能力,都是指在一定电场强度范围内的材料的 特性,即介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某一 临界值时,介质由介电状态变为导电状态。这种现象称为介电强度的破环,或 叫介质的击穿。相应的临界电场强度成为介电强度。
介质的击穿类型通常分为三种:热击穿、电击穿、局部放电击穿。
(1)热击穿:热击穿是指陶瓷介质在电场作用下发生热不稳定,因温度升高而导致的破坏。热不稳定是指在电场作用下,由于介质的电导和非位移极化等原因而造成的介质损耗将电场能转变成热能,热量积累,使陶瓷介质的温度升高,电导和非位移极化等原因造成的介质损耗随温度的升高而增大,又导致陶瓷介质的温度再升高,产生的热量大于散失的热量导致陶瓷介质发生热击穿。
(2)电击穿:电击穿是指在电场直接作用下,介质中载流子迅速增殖造成的击穿。一般认为,电击穿的发生是由于晶体能带在强电场作用下发生变化,电子直接由满带跃迁到空带发生电离所致。电介质击穿过程用理论表述为:在强电场下,固体导带中可能因冷发射或热发射存在的一些电子被加速,并因此获得动能;另一方面这些电子和晶格振动相互作用,把电场能量传递给晶格。当电子获得动能和把能量传递给晶格这两个过程在一定的温度和场强下平衡时,固体介质有稳定的电导:但是,如果电子从电场中得到的能量大于它传递给晶格振动的能量,
电子的动能就越来越大,直至电子能量大到一定值时,新电子由电子与晶格振动的相互作用导致电离而产生,所以自由电子数迅速增加,固体电介质的电导进入不稳定阶段,击穿发生。这个过程约在10S完成,往往击穿突然发生。击穿强度较高,约为10~10V/cm 。
(3)局部放电击穿:由于固体电介质中通常存在有气孔、晶界相和杂质等,在外电场的作用下,这些缺陷容易产生电荷的集中分布,从而产生局部放电,严重的可导致电介质的击穿。
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