§8.5电容器陶瓷.ppt

§ 电容器陶瓷
电容器陶瓷(ceramic for capacitor)
——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)结构、特点
晶系热稳定性
金红石四方 114 Tm时热力学稳定
TiO2(高) 板钛矿斜方 78 加热
锐钛矿四方 48
可见, 与晶格的排列紧密程度有关, 大, 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: ,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, Tabel ,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,
,选用刚玉磨球和内衬;
∵ SiO2会使陶瓷的↘↘,;
: 1325土10℃
:防止Ti4+ 还原 Ti3+
,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。
金红石瓷ε、TKε与SiO2杂质含量的关系
(3)性能

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。

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、
金红瓷的主要性能见P250 Tabel 。
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%、CaTiSiO515%.
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·TiO2
TiO2+MgO 偏钛酸镁 MgO·TiO2
二钛酸镁 MgO·2TiO2

MgO—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。