1、高介電容器瓷特性和主要原料7.1 概述7.2 電容器瓷的介電特性7.3 高頻電容器瓷的主要原料7.4 中高壓陶瓷電容器瓷1、對電容器瓷的一般要求：、介電系數大，以制造小體積、重量輕的陶瓷電容器，電容器體積整機體積、重量、介質損耗小，tg=（16）10-7，保證回路的高Q值。高介電容器瓷工作在高頻下時、tg 。、對I類瓷，介電系數的溫度系數要系列化。對II類瓷，則用隨溫度的變化率表示（非線性）。I類瓷II類瓷 7-1 概述 、體積電阻率v高（v1012cm） 為保證高溫時能有效工作，要求v高、抗電強度Ep要高 a、小型化，使=V/d b、陶瓷材料的分散性，即使Ep，可能仍有擊穿。 7-1 概述2

2、、電容器瓷分類： 7-1 概述低頻：高 ，較大的tg高頻低介（0 +0的瓷料獲得0的瓷料。 7-2 電容器瓷的介電特性金紅石型和鈣鈦礦型結構的陶瓷具有特殊的結構，離子位移極化后，產生強大的局部內電場，并進一步產生強烈的離子位移極化和電子位移極化，使得作用在離子上的內電場得到顯著加強，故大。鈦酸鍶鉍也是利用SrTiO3鈣鈦礦型結構的內電場，而加入鈦酸鉍等，使之產生鍶離子空位，產生離子松弛極化，從而使增大。7-2-4 產生高介電系數的原因 7-2 電容器瓷的介電特性 低溫下高頻電容器瓷的tg較小，但在一定的頻率下，當溫度超過某一臨界溫度后，由離子松弛極化和電子電導所引起的大量能量損耗，使材料的介質

3、損耗急劇地增大。另外：TiO2的二次再結晶，破壞晶粒的均勻度，使材料的機械性能和介電性能惡化；Ti7+Ti3+tg 7-2-5 含鈦陶瓷的介質損耗 7-2 電容器瓷的介電特性 7-3-1 熱補償電容器瓷 7-3-2 熱穩定電容器瓷 7-3-3 溫度系數系列化的電容器瓷 7-3 高頻電容器瓷的主要原料定義：具有很大的負值，用來補償振蕩回路中電感的正溫度系數，以使回路的諧振頻率保持穩定。1、金紅石瓷：8090，：-750-85010-6/ 2、鈦酸鈣瓷：150160：-230010-6/( -60120 )- (15001600)10-6/( +2080 ) 7-3-1 熱補償電容器瓷 7-3 高

4、頻電容器瓷的主要原料 1、金紅石瓷(1) TiO2的結構(2) 鈦離子變價及防止措施(3) 用途 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 TiO2的結構 rTi4+=0.68A，rO2-=1.70A，r+/r- 形成TiO6八面體 Ti4+取六配位，用電價規則算得每個O2-離子為三個TiO6八面體共用。自然界中TiO2有三種晶型（同質異型體），其性能特點如下： 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 金紅石板鈦礦銳鈦礦晶系正方晶系斜方晶系正方晶系八面體共棱數2條3條7條比重7.257.113.87莫氏硬度65656介電系數1177831 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 由此可見，金紅石結構最穩定、最緊湊、介電

5、系數最大、性能最好，銳鈦礦最差。然而，工業用TiO2主要是銳鈦礦和微量的金紅石，因此，必須在12001300氧化氣氛中預燒，使TiO2全部轉變為金紅石結構，同時也使產品在燒結時不致因晶型轉變、體積收縮過大而變形或開裂。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 (2) 鈦離子變價及防止措施 鈦原子的電子排布：1s22s22p63s23p67s23d2，7s的能級比3d稍低，3d層的電子容易失去，可為Ti4+、Ti3+、Ti2+，可見Ti4+易被還原（Ti4+eTi3+=Ti4+ee-弱束縛電子） 7-3 高頻電容器瓷的主要原料Ti4+Ti3+的原因：a、 燒結氣氛b、 高溫熱分解：c、 高價（5價）雜質

6、：d、 電化學老化 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 還原氣氛奪去TiO2的O2-，使晶格出現a、燒結氣氛 7-3 高頻電容器瓷的主要原料b、高溫熱分解燒成溫度過高，尤其在超過1700時，TiO2脫氧嚴重，即產生高溫分解。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 Ti4+、Nb5+、Ta5+、Sb5+半徑相近，5價離子取代Ti7+形成置換固溶體多余一個價電子c、高價（5價）雜質 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 金紅石瓷在使用過程中，長期工作在高溫、高濕、強直流電場下，表面、界面、缺陷處活性大的O2-離子向正極遷移，到達正極后，氧分子向空氣中逸出，留下氧空位，是不可逆過程。銀電極在高溫高濕、強直流電場下：

7、Ag-eAg+，Ag+遷移率大，進入介質向負極遷移 d、電化學老化 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 防止Ti4+Ti3+的措施： 采用氧化氣氛燒結：抑制還原 加入添加劑：降低燒結溫度，抑制高溫失氧再氧化過程：在低于燒結溫度2070，強氧化氣氛回爐 摻入低價雜質（受主）：抑制高價雜質 加入La2O3等稀土氧化物：改善電化學老化特性 加入ZrO2：阻擋電子定向移動，阻礙Ti7+變價 7-3 高頻電容器瓷的主要原料(3) 用途 電容器介質：由于-tg與溫度、頻率有關，適宜于工作在低溫高頻下（85），通常作熱補償電容器。 作為 的負值調節劑。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料2、鈦酸鈣瓷 以鈦酸鹽為主的

8、陶瓷是高頻高介電容器瓷中的又一大類，常用的有鈦酸鈣、鈦酸鍶等，這里介紹常用的鈦酸鈣瓷。(1) CaTiO3的結構及介電性能(2) 鈦酸鈣瓷的成份及工藝要求 7-3 高頻電容器瓷的主要原料(1) CaTiO3的結構及介電性能 鈣鈦礦結構，由Ca2+和O2-離子共同作立方密堆積，Ti7+離子處于氧的六配位位置，形成TiO6八面體，八面體間共頂點連接，Ca2+離子處于八個TiO6八面體之間。由于其特殊結構，在外電場作用下，Ti7+發生離子位移（相對于O2-離子），使作用于Ti-O線上的O2-離子電場O2-電子云畸變（電子位移極化）作用在Ti7+上有效電場O2-有效電場極化 7-3 高頻電容器瓷的主要

9、原料鈦酸鈣瓷工作溫度高，適合制造小型、大容量、對電容量穩定性要求不高的耦合旁路、隔直流等場合或者電容器溫度系數的調節劑。鈦酸鈣瓷與金紅石瓷性能比較 7-3 高頻電容器瓷的主要原料性能指標金紅石瓷鈦酸鈣瓷原因7080150160結構不同（+20+80）-（700100）10-6/-（15001600）10-6/Ei、線性膨脹系數大tg（1MHz，20）（75） 10-7（23） 10-7玻璃相含量少V（cm）101110121017同上工作溫度85150(2) 鈦酸鈣瓷的成份及工藝要求天然CaTiO3含雜質多，不能直接作原料，而采用化工原料方解石（CaCO3）和TiO2經高溫合成：鈦酸鈣瓷的主要

10、工序為： 7-3 高頻電容器瓷的主要原料球磨干燥預燒研磨成型燒結工藝注意事項：TiO2與CaCO3應充分混合均勻、確保Ca、Ti摩爾比為1：1，因此球磨后不能過濾去水。否則易去Ca。（CaO+H2OCa(HO)2流失）嚴格控制燒結溫度，既要使CaCO3與TiO2反應充分，防止游離CaO生成（0） 7-3 高介電容器瓷的主要原料 CaTiO3與CaSnO3性能比較CaTiO3CaSnO315017（2080）10-6/-1300+110tg/10-7（20）233工作溫度（）150150 7-3 高介電容器瓷的主要原料 CaSnO3瓷在高溫時的性能較好，但太低，另在直流電場與還原氣氛下較穩定。C

11、aSnO3可用作高頻熱穩定型電容器介質，為了調節瓷料的，可加入CaTiO3或TiO2。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 (2) 錫酸鈣瓷的成分及工藝要求： 錫酸鈣瓷的工藝過程與CaTiO3瓷相同CaSnO3燒塊的典型配方燒結工藝要求 7-3 高頻電容器瓷的主要原料(1) CaSnO3燒塊的典型配方 CaCO3：SnO2：1，防止SnO2游離（SnO2電子電導大） 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 (2) 燒結工藝要求： 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 這類電容器瓷的可在（+120-750）10-6/相當寬的范圍內任意調節，可根據電路的要求來選擇配方。 常用的該類瓷料有鈦鋯系、鎂鑭鈦系及鈦硅酸鈣、

12、硅酸鎂系列。1、鈦鋯系瓷2、鎂鑭鈦系陶瓷3、CaTiO3-CaTiSiO5瓷4、以2MgOSiO2為主晶相的陶瓷7-3-3 溫度系數系列化的電容器瓷 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 1、鈦鋯系瓷 由TiO2-ZrO2系相平衡圖可知，在1800以下，存在穩定的ZrTiO7化合物，并且ZrO2和TiO2均不能與ZrTiO7生成無限固溶體，因此在ZrO2：TiO2=1：1的等分子比線兩旁有ZrO2相或金紅石相析出。由P62圖7-17可知，通過調節TiO2與ZrO2的相對成分比來調節-80010-6/+10010-6/ 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 典型的鈦鋯系瓷配方：TiO2+ZrO2：70%Sn

13、O2： 11.5%礦化劑，防止ZrO2多晶轉變BaCO3： 4.5%壓堿ZnO： 3% 礦化劑（在還原氣氛中易揮發）膨閏土： 11% 增塑劑 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 2、鎂鑭鈦系陶瓷對于正鈦酸鎂為主晶相的陶瓷的缺點：約1718，較小；0，熱穩定性較差。我國有豐富的La2O3原料，研究與制造溫度系數可系列化的鎂鑭鈦（MgO-La2O3-TiO2）系陶瓷是很有意義的。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 晶相燒結溫度（）tg（107）（10-6/，30150）MgO2TiO21380178207La2O32TiO21700522-20La2O37TiO21380

14、371-96TiO213808612-760 7-3 高頻電容器瓷的主要原料四種晶相的性能如下表：因此，MgOTiO2La2O3TiO2TiO2系的性能為： 7-3 高頻電容器瓷的主要原料tg510-7：2087 ：（+100-650) 10-6/燒結溫區范圍：35 50 工藝特點：a、防止游離La2O3吸水水解，使瓷體開裂，必須使TiO2過量（50%）并且預燒b、La2O3原料在900以上焙燒，去除H2O及CO2c、氧化氣氛燒結，避免Ti4+Ti3+ 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 3、CaTiO3-CaTiSiO5瓷一般熱穩定電容器瓷的共同缺點：在接近于零或在零的附近時，小；并且很難獲得很

15、大的正值。CaTiSiO5是榍石型結構，單斜晶系，其主要性能： 7-3 高頻電容器瓷的主要原料作為添加物時，可使接近于零時，達100以上，且這種瓷料有很大的正的，介電性能較好，tg較小，抗電強度高（同類材料中最廉價的高介材料）常見的溫度系數調節劑有CaTiO3、TiO2、SrTiO3 7-3 高頻電容器瓷的主要原料CaTiSiO5-CaTiO3系瓷料的介電性能尚好，但燒結范圍狹窄；CaTiSiO5-TiO2系瓷料高、tg小，工藝性能好。CaTiSiO5-TiO2-SrTiO3系瓷料tg很小，較高 。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料 4、以2MgOSiO2（鎂橄欖石）為主晶相的陶瓷特點： 工藝簡

16、單，性能穩定，燒成溫度為1280。 7-3 高頻電容器瓷的主要原料7-7-1 用途 彩電、激光器、雷達、電子顯微鏡、X光機及各種測試儀器的倍壓電源電路、交流電斷路器等中高壓電器線路，軍事天線的發射及接收設備。7-7 中高壓陶瓷電容器瓷領域用途具體設備和系統送電、配電、供電系統電壓分擔遮斷器，避雷器零相檢測相負載控制，漏電檢查載波耦合自動檢測，負載集中控制高壓電源倍壓整流電路復印機電源，大型照明電源脈沖電壓發生電路激光電源，大型電磁開關電源高頻感應電路熱處理爐，冶煉熔爐視頻設備電容量補償視頻設備的陰極射線管中高壓陶瓷電容器用途7-7 中高壓陶瓷電容器瓷7-7-2 分類及特點： BaTiO3：鐵電體，介電常數大，但介電損耗較大，介電常數隨電壓變化大。 SrTiO3：順電體，介電常數隨電壓變化小，介質損耗低，抗電強度高。但介電常數僅為250左右。 純SrTiO3、BaTiO3難以滿足要求，必須進行摻雜改性。 SrTiO3作為中高壓電容器介質優于BaTiO3 。 反鐵電體PLZT：介電常數與鐵電陶瓷相近，耐壓較好，適于作中高壓電容器介