【文章內(nèi)容簡介】 ??0*CC r??UCCUQ r 0*???UiCiUiCdtdUCdtdQI rrr ????? 039。39。39。0* )( ?????UCUCiI rr 039。39。039。 ???? ?? 交變電場下的電介質(zhì) 4） 介質(zhì)損耗因子： 損耗角正切： 是 頻率 , 溫度 , 及材料原子尺度結(jié)構(gòu)的復(fù)雜函數(shù) ， 表示存儲電荷要消耗的能量大小 。 電介質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)： 高頻絕緣條件： Q越高越好 。 1)( tan ?? ?Q39。39。39。39。39。39。39。t an ???????? ????rr電 容 項損 耗 項） 電介質(zhì)馳豫和頻率響應(yīng)： 馳豫時間：電介質(zhì)完成極化所需要的時間 。 1） 德拜方程： 交變電場作用下 ， 電介質(zhì)的電容率與電場頻率相關(guān)的： ε rs為靜態(tài)或低頻下的相對介電常數(shù) ε r∞ 為光顛下的相對介電常數(shù) 物理意義： (1) 相對介電常數(shù) （ 實部和虛部 ） 隨所加電場的頻率而變化 。 (2) 介電常數(shù)與溫度有關(guān) ， 溫度通過影響弛豫時間 ?而影響介電常數(shù) (3) ???與 tan δ 隨頻率變化存在極大值 。 交變電場下的電介質(zhì) 2） 頻率響應(yīng)： 在交變電場頻率極高時 ， 馳豫時間長的極化機制來不及響應(yīng) ， 對總的極化強度沒有貢獻(xiàn) 。 交變電場下的電介質(zhì) 介電損耗分析： 1） 頻率的影響： ? ?很小時， ?→ 0，各種極化機制均跟上電場的變化，不存在極化損耗。介質(zhì)損耗主要由電介質(zhì)的漏電引起，與頻率無關(guān)。 ? 外加電場的頻率增加至某一值時，松馳極化跟不上電場變化，則隨 ?增加， ε r減小 ? ?很小， ??1，隨 ?增加， ???增加 ， tan δ增加。 ? ?很高 ， ε r?ε ∞ ， ε r趨向最小值，當(dāng)??1, ???減小 ， tan δ 減小 ? tan δ 在 ?m時有極值 交變電場下的電介質(zhì) 介電損耗分析： 2） 溫度的影響： (1) 溫度很低時 ， ?較大 ， 此時 w2 ? 21, 溫度升高 ， ?減小 ， 則 ε r?和 tan δ 增加 (2) 溫度較高時 ， ?較小 ， 此時 ?2 ? 21 溫度升高 ， ?減小 ， 則 tan δ 減小 。 電導(dǎo)上升不明顯 ， Pw也減小 。 (3) 溫度很高時 ， 離子振動很大 ， 離子遷移受熱振動阻礙增大 ， 極化減弱 ， ε r減小 ，電導(dǎo)急劇上升 ， 故 tan δ 也增大 。 介電強度 : 當(dāng)電場強度超過某一臨界值時 ， 介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài) 。 這種現(xiàn)象稱介電強度的破壞 ， 或叫介質(zhì)的擊穿 。 : 介質(zhì)的擊穿時 ， 相應(yīng)的臨界電場強度稱為介電強度 ， 或稱為擊穿電場強度 。 （ 介電強度：一種介電材料在不發(fā)生擊穿或者放電的情況下承受的最大電場 。 ） 電介質(zhì)在電場中的破壞 Emax=(V/d)max 通常 ， 凝聚態(tài)絕緣體的擊穿電場范圍約為 (1055 106)。 介電強度依賴于材料的厚度 ， 厚度減小 ， 介電強度增加 。 由測試區(qū)域中出現(xiàn)的臨界裂紋的幾率決定 。 還與環(huán)境溫度和氣氛 、 電極形狀 、 材料表面狀態(tài) 、 電場頻率和波形 、 材料成分和孔隙 、 晶體各向異性 ， 非晶態(tài)結(jié)構(gòu)等因素有關(guān) 。 介電強度 例：設(shè)計一方案 ， 滿足 3KV下存儲 104C的要求 ， 設(shè)電介質(zhì)材料厚 BaTiO3， 求電介質(zhì)的厚度及面積 。 （ 注 :BaTiO3的介電強度為 120KV/cm） 。 介電強度 介電強度 Al2O3 () BaTiO3 (，單晶） Al2O3 () BaTiO3 (，多晶） Al2O3 () 環(huán)氧樹脂 160200 云母 () 聚苯乙烯 160 云母 () 硅橡膠 220 一些電介質(zhì)的介電強度 單位： 106V/cm ： 無機材料常常為不均勻介質(zhì) ， 有晶相 、 玻璃相和氣孔存在 ， 這使無機材料的擊穿性質(zhì)與均勻材料不同 。 不均勻介質(zhì)最簡單的情況是雙層介質(zhì) 。 設(shè)雙層介質(zhì)具有各不相同的電性質(zhì) ， ε 1， σ 1， d1和 ε 2， σ 2， d2 分別代表第一層 、 第二層的介電常數(shù) 、 電導(dǎo)率 、 厚度 。 若在此系統(tǒng)上加直流電壓 U， 則各層內(nèi)的電場強度 E1， E2， 為： 影響無機材料擊穿強度的各種因素 上式表明：電導(dǎo)率小的介質(zhì)承受場強高，電導(dǎo)率大的介質(zhì)承受場強低。在交流電壓下也有類似的關(guān)系。 如果 σ 1和 σ 2 相差甚大，則必然其中一層的電場強度將大于平均場強 E，這一層可能首先達(dá)到擊穿強度而被擊穿。一層擊穿以后，增加了另一層的電壓，且電場因此大大畸變，結(jié)果另一層也隨之擊穿。由此可見，材料的不均勻性可能引起擊穿場強的降低。 陶瓷中的晶相和玻璃相的分布可看成多層介質(zhì)的申聯(lián)和并聯(lián)，上述的分析方法同樣適用。 影響無機材料擊穿強度的各種因素 2. 材料中氣泡的作用： 材料中含有氣泡時 ， 氣泡的 ε 及 σ 很小 ， 因此加上電壓后氣泡上的電場較高 。 而氣泡本身的抗電強度比固體介質(zhì)要低得多 (一般空氣的 Eb≈ 33kv/cm， 而陶瓷的 Eb≈ 80kv/cm )， 所以首先氣泡擊穿 ， 引起氣體放電 (電離 )， 產(chǎn)生大量的熱， 容易引起整個介質(zhì)擊穿 。 由于在產(chǎn)生熱量的同時 ， 形成相當(dāng)高的內(nèi)應(yīng)力 ， 材料也易喪失機械強度而被破壞 ， 這種擊穿稱為電 —機械 —熱擊穿 。 影響無機材料擊穿強度的各種因素 影響無機材料擊穿強度的各種因素 3. 材料表面狀態(tài)及邊緣電場： （ 1）固體介質(zhì)的表面放電 固體介質(zhì)的表面放電屬于氣體放電。固體介質(zhì)常處于周圍氣體媒質(zhì)中，擊穿時，常發(fā)現(xiàn)介質(zhì)本身并未擊穿，但有火花掠過它的表面，這就是表面放電。 a: 固體介質(zhì)材料不同，表面放電電壓也不同。陶瓷介質(zhì)由于