材料的介电性能.pptxVIP

第6章 材料的介电性能; 热击穿 电击穿 局部放电击穿 ;当固体电介质在电场作用下，由电导和介质损耗产生的热量超过试样通过传导、对流和辐射所能散发的热量时，试样中的热平衡就被破坏，试样温度不断上升，最终造成介质永久性的热破坏，这就是热击穿。 ;使试样本身温度升高 通过热传导和热对流向周围散发热量; 不是瞬时完成的，要有热量聚集的过程； 非本征的，不仅与介质物性有关，还与器件 几何形状、绝缘结构、散热条件、电压种类 和媒质温度等因素有关。 ;固体电介质的热击穿判据;当电子从电场中得到的能量大于传导给晶格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。;1.本征电击穿理论;特征;本征击穿理论可归结为基本上处理电子与晶格间能量的传递，并且考虑材料中电子能量的分布变化。;参与能量传递作用的因素;本征击穿理论所相关的电子能量分布变化的因素;本征击穿机制模型;2.雪崩式电击穿机制;以碰撞电离后自由电子数倍增到一定值作为电击穿判据。 ;雪崩电击穿和本征电击穿一般难于区分 在理论上它们的关系十分明显 本征电击穿理论中增加传导电子是继稳态破坏后突然发生 而雪崩击穿是考虑高场强时，传导电子倍增过程逐渐达到难以忍受的程度，导致介质晶格破坏。;局部放电就是在电常作用下，在电介质区域中所发生放电现象，没有电极之间形成贯穿的通道，整个试样并没有击穿 局部放电是脉冲性的，其过程与电晕放电相同。 局部放电将导致介质的击穿与老化。;击穿的随机性;; 电滞回线;;铁电体整体上呈现自发极化，其结果是晶体正、负端分别有一层正、负束缚电荷。 束缚电荷产生的电场-退极化场与极化方向反向，是静电能升高。 在受机械束缚时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加 所以整体均匀极化的状态不稳定，晶体趋向于分成多个小区域。 每个区域内部电偶极子沿同一个方向，但不同小区域的电偶极子不同，这每个小区域称为电畴。 180°畴壁（较薄）90°畴壁（较厚）;铁电畤在外电??作用下，总是趋向与外电场方向一致，称之为畤转向。电畤运动是通过新畤出现，发展和畤壁移动来实现的。 电滞回线是铁电体的铁电畤在外电场作用下运动的宏观描述。; ; ;Ti4+在氧八面体中心有位移的余地，在较高温度时(120℃)由于离子热振动能比较大，Ti4+不可能在偏离中心的某一位置固定下来，它接近周围6个氧离子的机率是相等的，所以晶体结构仍保持较高的对称性，晶胞内不产生电矩，即自发极化为0。 当温度降低(120℃)时，Ti4+平均热振动能降低，Ti4+不足以克服Ti4+和O2-间的电场作用，就有可能向某一个O2-靠近，在此新的平衡位置上固定下来，发生自发位移，并使此O2-出现很强的电子位移极化。结果使晶体顺此方向延长，晶胞发生轻微畸变 ，从立方?四方结构， 。 ;2 .电畤形成;6.4.3铁电体的临界性质;（2）铁电体相变按自由能变化来分，可分为两类。即：一级相变二级相变;一级相变;铁电体居里温度是由材料成分决定，不同元素在同一铁电体中对的TC影响不同的。 晶粒的大小也影响铁电体的行为。一般情况下晶粒越大，其起压电性值就越高。;3. 反铁电-铁电相变;某些晶体材料按所施加的机械力成比例地产生电荷的特性。 ;在正压电效应中，电荷与应力成比列，即 ;2.压电性产生原因;3. 压电振子及其参数;②机械品质因数 ③频率常数 ④机电耦合系数 ;4. 压电陶瓷的预极化;6.5.2 热释电性;表征材料热释电性的主要参量是热释电常量p,其定义为：;3.铁电性、压电性、热释电性之间的关系;当电子从电场中得到的能量大于传导给晶格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。;特征;本征击穿理论可归结为基本上处理电子与晶格间能量的传递，并且考虑材料中电子能量的分布变化。;参与能量传递作用的因素;雪崩电击穿和本征电击穿一般难于区分 在理论上它们的关系十分明显 本征电击穿理论中增加传导电子是继稳态破坏后突然发生 而雪崩击穿是考虑高场强时，传导电子倍增过程逐渐达到难以忍受的程度，导致介质晶格破坏。;Ti4+在氧八面体中心有位移的余地，在较高温度时(120℃)由于离子热振动能比较大，Ti4+不可能在偏离中心的某一位置固定下来，它接近周围6个氧离子的机率是相等的，所以晶体结构仍保持较高的对称性，晶胞内不产生电矩，即自发极化为0。 当温度降低(120℃)时，Ti4+平均热振动能降低，Ti4+不足以克服Ti4+和O2-间的电场作用，就有可能向某一个O2-靠近，在此新的平衡位置上固定下来，发生自发位移，并使此