陶瓷基本電學(xué)性質(zhì)

陶瓷基本電學(xué)性質(zhì)陶瓷的基本電學(xué)性質(zhì)

陶瓷的基本電學(xué)性質(zhì)是指其在電場(chǎng)的作用下傳導(dǎo)電流和被電場(chǎng)感應(yīng)的性質(zhì)。導(dǎo)體：J=σEJ：電流密度；σ：電導(dǎo)率；E：電場(chǎng)強(qiáng)度。絕緣體：D=εED：電位移；ε：介電系數(shù)。導(dǎo)體：Conductor:ρV=10-8~10-4Ω·m半導(dǎo)體：Semiconductor:ρV=10-4~106Ω·m絕緣體：Insulator:ρV=106~1022Ω·m陶瓷材料的導(dǎo)電性及機(jī)理陶瓷材料常溫電阻值差別很大，各種陶瓷材料中或多或少都存在著能傳遞電荷的質(zhì)點(diǎn)－－載流子。Metal：自由電子Ceramics：混合型1.電子導(dǎo)電：霍耳效應(yīng)(Halleffect)一般情況下很微弱，產(chǎn)生的原因有：①制備工藝（氣氛）導(dǎo)致化學(xué)計(jì)量比偏移；②引入不等價(jià)雜質(zhì)。2.離子導(dǎo)電－不呈現(xiàn)霍耳效應(yīng)外來雜質(zhì)離子熱缺陷

F為電子受力方向如果在電流的垂直方向上加上磁場(chǎng)，則在同電流和磁場(chǎng)都垂直的方向上建立一個(gè)電場(chǎng)。

體積電阻率ρV＝R·S/L（Ω·m），其中ρV為電阻率；L為導(dǎo)體的長(zhǎng)度；S為導(dǎo)體的橫截面積。陶瓷材料的極化及介電系數(shù)電介質(zhì)的主要特制是外圍電子被原子核束縛很緊，不能自由移動(dòng)，宏觀上基本沒有自由電荷。電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下感應(yīng)電荷的現(xiàn)象，稱為電介質(zhì)的極化，反映此行為的主要宏觀物理量為介電系數(shù)ε。電介質(zhì)周圍無外電場(chǎng)時(shí)電介質(zhì)處于外電場(chǎng)中時(shí)，偶極子在外電場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)向，正極板附近的電介質(zhì)感應(yīng)出了負(fù)電荷，負(fù)極板附近的介質(zhì)表面感應(yīng)出正電荷，即在電介質(zhì)兩表面上出現(xiàn)束縛電荷。

介電系數(shù)ε(Permitivity)

介電系數(shù)，是一個(gè)在電的位移和電場(chǎng)強(qiáng)度之間存在的比例常量：D=εE；這一常量在自由的空間（真空中）是ε0＝8.85×10-12（F/m）；相對(duì)介電系數(shù)εr＝Q/Q0，表征電介質(zhì)極化并儲(chǔ)存電荷的能力；電子陶瓷的介電系數(shù)變化很大，是由于其內(nèi)部存在著不同的極化形式。

陶瓷體中的極化形式及其微觀機(jī)制a.位移式極化：

電子位移（建立時(shí)間：10－15s），離子位移（建立時(shí)間：10－13s，相當(dāng)于紅外頻率），出現(xiàn)在所有介電材料中，不耗能、均可逆。組成介質(zhì)的原子或離子，在電場(chǎng)作用下，原子的或離子的正負(fù)電荷中心不重合，即帶正電的原子核與其殼層電子的負(fù)電中心不重合，因而產(chǎn)生感應(yīng)偶極矩，稱為電子位移極化。組成介質(zhì)的正負(fù)離子，在電場(chǎng)作用下，正負(fù)離子產(chǎn)生相對(duì)位移。因?yàn)檎?fù)離子的距離發(fā)生改變而產(chǎn)生的感應(yīng)偶極矩，稱為離子位移極化。b.偶極子極化：組成極性電介質(zhì)中的極性分子具有恒定的偶極矩。無外加電場(chǎng)時(shí)，這些極性分子的取向在各個(gè)方向的幾率是相等的，就介質(zhì)整體來看，偶極矩等于零。在電場(chǎng)作用下，這些極性分子除貢獻(xiàn)電子極化和離子極化外，其固有的偶極矩將沿外電場(chǎng)方向有序化。

c.松弛極化當(dāng)材料中存在著弱聯(lián)系電子、離子和偶極子等松弛質(zhì)點(diǎn)時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)使這些松弛質(zhì)點(diǎn)分布混亂，而電場(chǎng)力圖使這些質(zhì)點(diǎn)按電場(chǎng)規(guī)律分布，最后在一定溫度下，電場(chǎng)的作用占主導(dǎo)，發(fā)生極化。這種極化具有統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，叫作熱松馳極化。松馳極化的帶電質(zhì)點(diǎn)在熱運(yùn)動(dòng)時(shí)移動(dòng)的距離可以有分子大小，甚至更大。另外，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)需要克服一定的勢(shì)壘才能移動(dòng)，因此這種極化建立的時(shí)間較長(zhǎng)（10-2～10-9秒）,并且需要吸收一定的能量，所以這種極化是一種不可逆的過程。

空間電荷極化常常發(fā)生在不均勻介質(zhì)中。在電場(chǎng)作用下，不均勻介質(zhì)內(nèi)部的正負(fù)間隙離子分別向負(fù)、正極移動(dòng)，引起電介質(zhì)內(nèi)各點(diǎn)離子密度的變化，出現(xiàn)了電偶極距。這種極化叫作空間電荷極化。在電極附近積聚的離子電荷就是空間電荷?？臻g電荷極化實(shí)際上晶界、相界、晶格畸變、雜質(zhì)等缺陷區(qū)都可成為自由電荷運(yùn)動(dòng)的障礙，在這些障礙處，自由電荷積聚，也形成空間電荷極化。

陶瓷介質(zhì)一般為多晶多相材料，其極化機(jī)制可以不止一種。一般都含有電子位移極化和離子位移極化。介質(zhì)中有缺陷存在，則通常存在松馳極化。

電工陶瓷按其極化形式可分類如下：

①以電子位移極化為主的電介質(zhì)：金紅石瓷（TiO2）、鈣鈦礦瓷（CaTiO3）及某些含鋯陶瓷。

②以離子位移極化為主的電介質(zhì)：剛玉（Al2O3）,斜頑輝石為基礎(chǔ)的陶瓷及堿性氧化物含量不多的玻璃。

③具有顯著松馳極化的材料:絕緣子瓷、堿玻璃、高溫含Ti陶瓷。

陶瓷材料的介質(zhì)損耗電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，單位時(shí)間消耗的電能叫介質(zhì)損耗，材料的結(jié)構(gòu)和組成對(duì)損耗的影響是根本性的。①由各種介質(zhì)極化的建立所造成的電流，這種電流損耗能量，稱為極化損耗（iP）。②由介質(zhì)的電導(dǎo)(漏導(dǎo))造成的電流，這種電流損耗為漏導(dǎo)損耗（iC）。介質(zhì)損耗因素（tgδ）介質(zhì)損耗角δ，在交變電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)流過的電流相量和電壓相量之間的夾角(功率因數(shù)角Φ)的余角(δ)。介質(zhì)損耗因數(shù)，是指介質(zhì)損耗角正切值，介質(zhì)損耗因數(shù)的定義如下：功能陶瓷的損耗角一般小于1°漏導(dǎo)損耗示意圖

介電強(qiáng)度

電介質(zhì)只能在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度以內(nèi)保持絕緣的特性。當(dāng)電