介质陶瓷介电常数介质损耗及电击穿强度测试性能表征

1 介质陶瓷的性能表征 

       介质陶瓷的主要性能参数有介电常数 εr、介电损耗 tanδ 和电击穿强度 Eb，这三个参数决定了材料的实用性和应用领域。 

1.1  介电常数 εr与极化 

在平行板电容器的两极板上充以一定的电荷，当两极板存在电介质时，两极板间的电势差低于没有电介质时的电势差，这样就会产生感应电荷。电介质在电场作用下产生感应电荷的现象称为电极化，如图 1.3 所示。 

电极化是介质材料最基本的性质，介电常数是反应电介质极化的宏观物理量，设极板面积为 S，两极板间距为 d，则平行板电容器的电容 C0可由 1.4 算出。 

（1.4）

其中 ε0为真空介电常数，如果两极板间存在电介质，电容器的电容增大。两极板间放入电介质与真空时的电容之比即为相对介电常数 ε

（1.5）

由 1.4 和 1.5 可得相对介电常数的计算式

相对介电常数是介质陶瓷中一个非常重要的参数，不同用途的介质陶瓷对介电常数有不同的要求。

2  介电损耗

       电介质在电场作用下会将一部分电能转换成热能使介质发热而损耗掉，在此过程中，单位时间所损耗的电能称为介电损耗，常用 tanδ 来表示，介电损耗越大，表明能量损耗越大，从而使电介质温度升高，可能影响器件的正常工作。所以，一般来说，介电损耗越小越好。 

      介质陶瓷材料中的介电损耗主要来源于三部分：电导损耗、取向极化和弛豫极化损耗以及结构损耗。在电导和极化过程中，带电质点（弱束缚电子和弱联系离子以及偶极子或者空位、空穴等）移动时，由于与外电场作用不同步，因而吸收了电场的能量并把它传给周围的分子，使电磁能转化为分子的热振动能；结构损耗主要是指介质陶瓷材料中含有玻璃相，以离子晶体为主晶相的介质陶瓷材料损耗主要来源于玻璃相。因此，降低损耗可以从以下几个方面入手。 

（1）选择结构紧密的晶体作为主晶相。 

（2）进行掺杂改性时，尽量避免产生空位等缺陷。 

（3）适当引入玻璃相改善微观形貌，但玻璃相太多会增加介电损耗。 

（4）烧结气氛及温度要合适，如含钛介质陶瓷不宜在还原气氛下烧结。 

3  电击穿强度 

      电介质在一定的电场作用下能够保持其自身性质而正常工作，当电场强度超过某一临界值时，介质材料就会由介电状态变为导电状态，发生不可逆的破坏，

     这种现象称为电介质的击穿。相应的临界电场强度称为击穿场强，也称作电击穿强度。电击穿强度常用 Eb表示，其与介质材料所加电压 U 以及介质材料厚度 d有关，常用单位 kV/mm 或 kV/cm。 

      为了进一步提高介质陶瓷的电击穿强度，需要了解材料在电场下的击穿行为及机理。