电容器陶瓷课件.ppt

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1、§9.4电容器陶瓷电容器陶瓷（ceramicforcapacitor）——指主要用于制造电容器介质的陶瓷，具有介电常数高、介质损耗小等特点；使用的材料：金红石和各种钛酸盐、锆酸盐、锡酸盐等；目前，陶瓷电容器已成为产量最大、电容量覆盖范围最广、最主要的一大类电容器。一、分类（四大类）非铁电陶瓷：非极性的线性介质，P∝E外，ε不太高，在101～102量级；高频损耗小，ε～T呈线性关系；其温度稳定性和频率稳定性好，又称为热补偿电容器陶瓷或高频电容器陶瓷；铁电陶瓷：一般不含Fe,极性的非线性介质，存在铁电畴，电滞迴线、居里点等，它的主要性能是介电常数

2、很高(103～104量级)且呈非线性，亦称为强介电常数电容器陶瓷；反铁电陶瓷：在转变温度下，邻近晶胞沿反向平行方向自发极化，P~E呈双电滞迴线，存在反铁电居里点；半导体陶瓷：利用半导电的陶瓷在晶粒界面或电极界面上所形成的阻挡层，其等效介电常数非常高(104～105量级)。二、非铁电电容器陶瓷包括以TiO2、RTiO3、RZrO3、RSnO3、RNbO3为基的体系1.金红石（1）结构、特点晶系热稳定性金红石四方4.21114Tm时热力学稳定TiO2（高）板钛矿斜方4.1178加热锐钛矿四方3.8748可见，与晶格的排列紧密程度有关，大

3、，亦大；转化为金红石纯TiO2：在氧气中：Tm=1870℃在空气中：Tm=1830℃，Ti4+还原Ti3+，放出氧；∴化学式为：TiO1.996，呈深蓝色，还原后的TiO2具有n型半导体的性质。（2）制备工艺天然很少见，人工合成。配方很多，但基本相似，所有的配方中都含有二氧化钛，而且是以TiO2为主，烧结陶瓷中的主晶相是金红石。书p249,Tabel9.11给出了几种配方，需要时可查阅。为获得电气性能优良的金红石瓷，制备中应注意以下问题：A.准确配方，TiO2生料＋预烧料按比例配合使用，B.防止SiO2杂质混入，选用刚玉磨球和内衬；∵Si

4、O2会使陶瓷的↘↘，如图9.4.1所示；C.烧成温度：1325土10℃D.氧化气氛：防止Ti4+还原Ti3+E.快速冷却，防止金红石再结晶，使瓷件晶粒细而致密，从而可提高瓷件的热稳定性和频率稳定性以及介电强度。总之，准确的配方和合理的工艺路线对金红石瓷产品的质量有很大影响，应在实践中不断探索，寻求最佳方案。图9.4.1金红石瓷ε、TKε与SiO2杂质含量的关系（3）性能A.老化问题金红石瓷和其他含钛陶瓷在高温和直流电场的长期作用下，介电性能会恶化，电导随时间急剧增加，甚至发生热击穿，产品的颜色会逐渐由鲜黄色变成灰黑色，这种现象称为老化现象

5、。B.再生性如果在击穿前除去直流电场，并停留在原老化温度下若干时间，则样品的电阻会提高到起始值，颜色也会恢复到鲜黄色，这种性能恢复的现象称为再生。C.在交流电场下含钛陶瓷不会老化金红石瓷介电常数与频率、温度的关系见图9.4.2金红瓷的主要性能见P250Tabel9.12。图9.4.2金红石瓷与T和f的关系目前，人们仍在不断研究和改进金红石瓷的电性能，主要围绕降低tgδ和TK，提高进行。有资料报导，添加CaTiSiO5可以获得ε＝80，TKε＝(0土20）×10-6/℃,tgδ≈1×10-4的电性能，其配方组成为TiO285％、CaTiS

6、iO515％.2.以钛酸盐为基的非铁电陶瓷包括CaTiO3、MgTiO3、SrTiO3陶瓷，是我国正在生产的一类比较重要陶瓷。以钛酸镁陶瓷的生产工艺和有关性能为例加以介绍。正钛酸镁2MgO·TiO2TiO2+MgO偏钛酸镁MgO·TiO2二钛酸镁MgO·2TiO2系统相图如图9.4.3所示图9.4.3MgO—TiO2系统相图一般情况下，TiO2与MgO化合总是优先生成正钛酸镁，而很难生成偏钛酸镁。助熔剂有两类：(1)在高温下变成液相的助熔剂。例如MgCl2、BaCl2、PbO、Bi2O3、H2BO3等，这类助熔剂会导致烧成范围变窄，因此很少使

7、用；(2)能与配方中其他组分形成低共熔物的助熔剂，如ZnO、CaF2、滑石等，这类助熔剂能有效地改善烧结性能；为了防止TiO2还原，可以加入少量MnCO3。为了降低烧成温度，采用加少量助熔剂的方法。图9.4.4TiO2—MgO系组成与TKε的关系电容器陶瓷是结晶态陶瓷，主晶相含量很高。因此可通过掺杂改性提高材料的物理性能和工艺性能，形成很复杂的化学组成。例如，为了调整MgO—TiO2系统的ε及它的TKε，可以加入CaTiO3、SrO、BaO、La2O3等。实际上，它们已属于TiO2—MgO—CaO、TiO2—MgO—SrO、TiO2—MgO—

8、BaO、TiO—MgO—La2O3三元系统。镁镧钛三元系的组成与ε、TKε、tgδ、烧结温度范围的关系如图9.4.5、图9.4.6、图9.4.7和图9.4.8所示。