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1、导体：Conductor:V=10-810-4 m半导体：Semiconductor:V=10-4106 m绝缘体：Insulator:V=1061022 m第1页/共22页陶瓷材料的导电性及机理 陶瓷材料常温电阻值差别很大，各种陶瓷材料中或多或少都存在着能传递电荷的质点载流子。Metal：自由电子 Ceramics：混合型第2页/共22页1.电子导电：霍耳效应(Hall effect)一般情况下很微弱，产生的原因有：制备工艺（气氛）导致化学计量比偏移；引入不等价杂质。2.离子导电不呈现霍耳效应外来杂质离子热缺陷 第3页/共22页F为电子受力方向如果在电流的垂直方向上加上磁场，则在同电流和磁场
2、都垂直的方向上建立一个电场。第4页/共22页 体积电阻率 VRS/L （m），其中 V为电阻率；L为导体的长度；S为导体的横截面积。第5页/共22页 陶瓷材料的极化及介电系数n电介质的主要特制是外围电子被原子核束缚很紧，不能自由移动，宏观上基本没有自由电荷。n电介质在电场作用下感应电荷的现象，称为电介质的极化，反映此行为的主要宏观物理量为介电系数。第6页/共22页电介质周围无外电场时第7页/共22页电介质处于外电场中时，偶极子在外电场作用下转向，正极板附近的电介质感应出了负电荷，负极板附近的介质表面感应出正电荷，即在电介质两表面上出现束缚电荷。第8页/共22页第9页/共22页 介电系数(Per
3、mitivity)介电系数，是一个在电的位移和电场强度之间存在的比例常量：D=E；这一常量在自由的空间（真空中）是 08.8510-12（F/m）；相对介电系数rQ/Q0，表征电介质极化并储存电荷的能力；电子陶瓷的介电系数变化很大，是由于其内部存在着不同的极化形式。第10页/共22页 陶瓷体中的极化形式及其微观机制a.位移式极化：电子位移（建立时间：1015s），离子位移（建立时间：1013s，相当于红外频率），出现在所有介电材料中，不耗能、均可逆。第11页/共22页组成介质的原子或离子，在电场作用下，原子的或离子的正负电荷中心不重合，即带正电的原子核与其壳层电子的负电中心不重合，因而产生感应
4、偶极矩，称为电子位移极化。组成介质的正负离子，在电场作用下，正负离子产生相对位移。因为正负离子的距离发生改变而产生的感应偶极矩，称为离子位移极化。第12页/共22页b.偶极子极化：n组成极性电介质中的极性分子具有恒定的偶极矩。无外加电场时，这些极性分子的取向在各个方向的几率是相等的，就介质整体来看，偶极矩等于零。n在电场作用下，这些极性分子除贡献电子极化和离子极化外，其固有的偶极矩将沿外电场方向有序化。第13页/共22页c.松弛极化 当材料中存在着弱联系电子、离子和偶极子等松弛质点时，热运动使这些松弛质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最后在一定温度下，电场的作用占主导，发生极化
5、。这种极化具有统计性质，叫作热松驰极化。松驰极化的带电质点在热运动时移动的距离可以有分子大小，甚至更大。另外，此时质点需要克服一定的势垒才能移动，因此这种极化建立的时间较长（10-210-9秒）,并且需要吸收一定的能量，所以这种极化是一种不可逆的过程。第14页/共22页 空间电荷极化常常发生在不均匀介质中。在电场作用下，不均匀介质内部的正负间隙离子分别向负、正极移动，引起电介质内各点离子密度的变化，出现了电偶极距。这种极化叫作空间电荷极化。在电极附近积聚的离子电荷就是空间电荷。空间电荷极化第15页/共22页实际上晶界、相界、晶格畸变、杂质等缺陷区都可成为自由电荷运动的障碍，在这些障碍处，自由电
6、荷积聚，也形成空间电荷极化。第16页/共22页 陶瓷介质一般为多晶多相材料，其极化机制可以不止一种。一般都含有电子位移极化和离子位移极化。介质中有缺陷存在，则通常存在松驰极化。电工陶瓷按其极化形式可分类如下：以电子位移极化为主的电介质：金红石瓷（TiO2）、钙钛矿瓷（CaTiO3）及某些含锆陶瓷。以离子位移极化为主的电介质：刚玉（Al2O3）,斜顽辉石为基础的陶瓷及碱性氧化物含量不多的玻璃。具有显著松驰极化的材料:绝缘子瓷、碱玻璃、高温含Ti陶瓷。第17页/共22页 陶瓷材料的介质损耗电介质在电场作用下，单位时间消耗的电能叫介质损耗，材料的结构和组成对损耗的影响是根本性的。由各种介质极化的建立
7、所造成的电流，这种电流损耗能量，称为极化损耗（iP）。由介质的电导(漏导)造成的电流，这种电流损耗为漏导损耗（iC）。第18页/共22页介质损耗因素（tg）介质损耗角，在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角)的余角()。介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，介质损耗因数的定义如下：第19页/共22页功能陶瓷的损耗角一般小于1漏导损耗示意图第20页/共22页 介电强度 电介质只能在一定的电场强度以内保持绝缘的特性。当电场强度超过某一临界值时，电介质变成了导体，这种现象称为电介质的击穿，相应的临界电场强度称为介电强度或击穿电场强度；EjUj/h(kV/cm)严格地划分击穿类型是很困难的，通常分为三种类型：热击穿、电击穿、局部放电击穿。第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页