что такое температурный коэффициент диэлектрической проницаемости

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся в зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов ( корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов ( муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой. [1]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся в зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов ( корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов ( муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой. [3]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости при разных температурах имеет разные числовые значения и даже разные знаки. [5]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости может иметь положительное или отрицательное значение. Знак ТКе указывает на возрастание или убывание диэлектрической проницаемости. Числовое значение ТКе показывает, с какой скоростью возрастает или убывает величина диэлекрической проницаемости, а следовательно, величина емкости, образуемой диэлектриком или полупроводником. [9]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ( д пО / дТ) р для органических растворителей может быть положительным и отрицательным. [10]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ( dlnD / dT), для органических растворителей может быть положительным и отрицательным. [12]

Источник

Эта величина носит название температурный коэффициент диэлектрической проницаемости

По дисциплине: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Преподаватель: Дилигенская Н.М.

Содержание

1.Методические указания 4

1.1. Краткие теоретические сведения к решению задач

по теме « Диэлектрические материалы» 4

1.2. Краткие теоретические сведения к решению задач

по теме «Проводниковые материалы » 9

2.Индивидуальные задания для выполнения самостоятельной

работы с примерами 10

2.1.Рекомендации и примеры к решению задач 10

2.2. Задание для выполнения самостоятельной работы 11

3. Варианты заданий 20

4. Список литературы 21

Методические указания

Краткие теоретические сведения к решению задач по теме «Диэлектрические материалы»

Диэлектриками называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Электростатическое поле в диэлектриках вызывается их поляризацией, а существование поля обусловлено чрезвычайно малой проводимостью.

Диэлектрики используются как электроизоляционные материалы и как активные материалы, создающие ёмкость в конденсаторах.

Относительная диэлектрическая проницаемость e представляет собой отношение заряда Q, полученного при некотором напряжении на конденсаторе, содержащем данный диэлектрик, к заряду Q_о, который можно было бы получить в конденсаторе тех же размеров и при том же напряжении, если бы между электродами находился вакуум:

e = Q/Q₀ (1)

Диэлектрическая проницаемость e вакуума принята равной 1, соответственно, e любых других диэлектрических материалов больше 1. Диэлектрическая проницаемость газов незначительно выше 1 и в расчётах можно считать равной 1. Так, e воздуха при нормальных условиях равна 1,00058.

Температурная зависимость e обычно характеризуется выражением

Эта величина носит название температурный коэффициент диэлектрической проницаемости.

Если к двум электродам (двум проводникам), между которыми находится какой-либо диэлектрик толщиной h, приложить напряжение U, то в диэлектрике возникнет электрическое поле Е с напряжённостью, равной U/h В/м. :

Е = U/h (3)

По мере увеличения напряжения рано или поздно произойдёт пробой диэлектрика. Это равносильно короткому замыканию между электродами. Минимальное приложенное к диэлектрику электрическое напряжение, приводящее к его пробою, называют пробивным напряжением диэлектрика U_пр, а напряжённость электрического поля, соответствующая пробою Е_пр, называют электрической прочностью диэлектрика.

Распределение напряжённости электрического поля в двухслойных диэлектриках описывается выражением

где e₁ и e₂ – диэлектрические проницаемости материала слоёв, Е₁ и Е₂ – напряжённость электрического поля в данных диэлектриках.

Напряжение в многослойном конденсаторе

Отсюда, напряжённость поля, В/м, в обоих слоях

и напряжения, В, в слоях

C течением времени напряжение на обкладках конденсатора уменьшается в соответствии с выражением:

Если диэлектрики в конденсаторе расположены параллельно, как изображено на рис. 1, то e такого слоистого конденсатора рассчитывается по уравнению:

Здесь и далее у₁ и у₂ – объёмные доли компонентов, у₁ + у₂ = 1

_____ ______

Рис.1 Параллельное расположение диэлектрика в конденсаторе

Если диэлектрики в конденсаторе расположены последовательно, как изображено на рис. 2, то e_с рассчитывается по уравнению:

_____ _______

Рис. 2 Последовательное расположение диэлектрика в конденсаторе

Если же диэлектрик конденсатора представляет собой механическую смесь, то e_с смесевого диэлектрика рассчитывают по логарифмическому закону смешения:

Аналогичная формула применяется для расчёта температурного коэффициента диэлектрической проницаемости смеси диэлектриков:

Ёмкость конденсатора С в общем случае:

С = e С₀. (14)

Здесь С₀ – ёмкость конденсатора в вакууме.

Ёмкость плоского конденсатора:

Ёмкость цилиндрического конденсатора:

Здесь r₁ и r₂ – внутренний и внешний радиусы электродов,

l – длина цилиндрического конденсатора.

Объёмное электрическое сопротивление:

Здесь r_s – удельное поверхностное сопротивление,

а – расстояние между электродами,

b – длина электродов (Рис. 3)

] а [bbbb

Рис. 3 Внешний вид параллельных круглых проводов

Общее сопротивление диэлектрика:

В диэлектрике, находящемся в электрическом поле, наблюдаются потери энергии. Количественной мерой потерь служит tgd, а величина потерь в переменном поле :

Р = U 2 wC tgd = 2 p fU 2 C tgd, (21)

Источник

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости

Влияние температуры на величину диэлектрической проницаемости оценивают температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости:

Этот коэффициент равен относительному изменению диэлектрической проница­емости при увеличении температуры на 1 °С.

Наиболее сильная зависимость от температуры наблюдается у сегнетоэлектриков (рис. 1.30), у которых увеличение температуры приводит к ослаблению сил, пре­пятствующих ориентации доменов. Поэтому поляризованность доменов с ростом температуры возрастает, что ведет к увеличению диэлектрической проницаемос­ти. Рост диэлектрической проницаемости происходит до температуры Т_к, назы­ваемой температурой Кюри. За пределами этой температуры происходит распад доменных структур и резкое уменьшение диэлектрической проницаемости.

Частотная зависимость проницаемости обусловлена инерционностью процессов по­ляризации. У неполярных диэлектриков, характеризующихся электронной поляри­зацией, процесс образования упругих диполей протекает практически мгновенно, поэтому диэлектрическая проницаемость не зависит от частоты (рис. 1.31, кривая 1).

У полярных диэлектриков в области низких частот вплоть до частоты/! твердые диполи успевают поворачиваться за половину периода колебаний, поэтому ди­электрическая проницаемость не зависит от частоты (рис. 1.31, кривая 2). На час­тотах выше f, диполи не успевают следовать за изменениями электрического поля, вследствие чего снижается интенсивность дипольной поляризации и резко уменьшается диэлектрическая проницаемость. На частотах выше/₂ процесс ди­польной поляризации полностью отсутствует и сохраняется только электронная поляризация.

Дата добавления: 2016-10-30 ; просмотров: 5791 | Нарушение авторских прав

Температурный коэффициент — диэлектрическая проницаемость

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся в зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов ( корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов ( муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой. [1]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости в керамических материалах с ионной структурой в большинстве случаев имеет положительное значение. Это связано с тем, что с повышением температуры понижается плотность вещества и возрастает поляризуемость ионов. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты тока и с ее увеличением заметно снижается. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках находятся в зависимости от структуры и фазового состава материала. В большинстве керамических материалов диэлектрические потери определяются поляризацией и сквозной электропроводностью. Если керамический диэлектрик образован кристаллической фазой с плотной и устойчивой упаковкой ионов ( корунд), то диэлектрические потери в нем при отсутствии примесей, искажающих решетку, будут незначительны. Напротив, если в керамическом диэлектрике большое содержание стекловидной фазы, являющейся типичным веществом ионной структуры, то диэлектрические потери в таком материале вследствие большой поляризуемости щелочных ионов и большой электропроводности будут велики. Керамические диэлектрики, кристаллическую фазу которых составляют вещества, обладающие структурой с неплотной упаковкой ионов ( муллит, циркон, кордиерит), характеризуются повышенными диэлектрическими потерями, вызываемыми так называемой релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери для подавляющего большинства керамических диэлектриков с повышением температуры возрастают. Величина диэлектрических потерь связана также с частотой. [3]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости при разных температурах имеет разные числовые значения и даже разные знаки. [5]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ( ТКе) — электрическая характеристика, применяемая для оценки скорости изменения е от температуры радиоматериалов. [7]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости может иметь положительное или отрицательное значение. Знак ТКе указывает на возрастание или убывание диэлектрической проницаемости. Числовое значение ТКе показывает, с какой скоростью возрастает или убывает величина диэлекрической проницаемости, а следовательно, величина емкости, образуемой диэлектриком или полупроводником. [9]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ( д пО / дТ) р для органических растворителей может быть положительным и отрицательным. [10]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости у электроизоляционных слюд находится на уровне ТКе — ( Ю — 30) 10 — е 1 / град. [11]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ( dlnD / dT), для органических растворителей может быть положительным и отрицательным. [12]

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКег — величина, позволяющая оценить характер изменения диэлектрической проницаемости ег, а следовательно, и емкости изоляции с изменением температуры. [13]

Электрофизические свойства керамики самым тесным образом связаны с составом и структурой кристаллических фаз, образующих данный вид керамики, с составом /стекловидного вещества и соотношением кристаллической и стекловидной фаз в керамике. Кристаллические фазы керамических материалов в подавляющем большинстве случаев характеризуются преимущественно ионными связями. Ковалентные связи присуши лишь определенным классам соединений, в основном некоторым бескислородным соединениям. Свободные электроны в керамических материалах в противоположность металлам почти полностью отсутствуют.

Специальные виды керамики, предназначенные для электрической изоляции в тех или иных условиях, отличаются, от массовых видов керамики и огнеупоров повышенными электрофизическими свойствами. Эти свойства получают, применяя сырьевые и искусственные материалы соответствующей чистоты, тщательно подготавливая и перерабатывая массы и обжигая изделия в строго регламентированных условиях.

Диэлектрическая проницаемость. Относительную диэлектрическую проницаемость определяют как отношение зарядов на обкладках конденсатора при замене пластин из данного диэлектрика на вакуум.

ε = Q_m/Q_b,

где Q_m — заряд конденсатора с пластинкой из диэлектрика; Q_b — заряд конденсатора с вакуумом.

Такое изменение электрической емкости конденсатора происходит в результате явления поляризации диэлектрика.

Поляризация представляет собой процесс смещения структурных элементов (электронов, атомов, ионов и др.) кристаллической решетки со своего нормального положения под влиянием электрического поля. В результате взаимодействия с внешним электрическим полем происходит нарушение и перераспределение электростатических сил, действующих внутри кристалла, при сохранении его общей нейтральности. Механизм поляризации может быть различен в зависимости от того, какие структурные элементы участвуют в процессе поляризации. В керамических материалах имеются следующие основные виды поляризации: электронная, ионная, электронно- и ионно-релаксационная, спонтанная (самопроизвольная). Степень поляризации керамического диэлектрика и его поляризуемость в целом складываются как сумма поляризаций каждого вида. Диэлектрическая проницаемость керамики отражает ее поляризуемость.

Электронная поляризация представляет собой упругое смещение центра тяжести и деформацию отрицательно заряженного электронного облака под влиянием электрического поля. Электронная поляризация протекает практически мгновенно, не связана с потерей энергии и для большинства видов керамики не является характерной.

Ионная поляризация — это относительное смещение упругосвязанных ионов различных зарядов. Этот вид поляризации присущ всем видам керамики, содержащей кристаллические вещества ионного строения. Ионная поляризация также протекает мгновенно. Если же на возврат электронов или ионов требуется какой-либо заметный промежуток времени, т. е. релаксация протекает во времени, то различают электронно- и ионно-релаксационную поляризацию. Вещества с электронно-релаксационной поляризацией (например, титансодержащая керамика) обладают большой диэлектрической проницаемостью.

Спонтанная поляризация представляет собой направленную в отношении внешнего электрического поля ориентацию электрических моментов, расположенных хаотически в отдельных областях кристалла (доменах) до наложения электрического поля. Спонтанная поляризация связана со значительным рассеиванием энергии. Особенность спонтанной поляризации состоит в нелинейной зависимости диэлектрической проницаемости от напряженности электрического поля и наличия максимума при некоторой температуре. Спонтанной поляризацией обладает ряд кристаллов определенной структуры, например BaTiО₃ и некоторые другие вещества, кристаллизующиеся в кубической системе перовскита.

Диэлектрическая проницаемость ε — важнейшее свойство, характеризующее строение керамического диэлектрика. В определенной степени е характеризует прочность электростатических связей кристаллической решетки того или иного вещества. По значению е керамические материалы весьма различны. В большинстве оксидных, силикатных и алюмосиликатных керамических материалов ε составляет 6—12. Однако е некоторых кристаллических веществ достигает нескольких тысяч (например, BaTiО₃). Диэлектрическая проницаемость некоторых кристаллов различна по отношению к направлению главной оси кристалла.

С повышением температуры диэлектрическая проницаемость разных по природе керамических материалов меняется в разной степени. Кристаллы с прочными связями и малой поляризацией при повышении температуры значение е меняют незначительно. Легкополяризуемые кристаллы, наоборот, весьма чувствительны к температурным изменениям. Характер этих зависимостей представлен на рисунке:

Типичные кривые температурной линейной (1) и нелинейной (2) зависимости керамики от диэлектрической проницаемости

Диэлектрическая проницаемость некоторых материалов возрастает с температурой, снижается при повышении частоты, особенно в области повышенных температур. Пример такой зависимости для стеатитовой керамики дан на рисунке:

Изменение диэлектрической проницаемости стеатита в зависимости от его температуры при различных частотах (цифры на кривых даны в Гц)

Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКε. При повышении температуры значение е у керамических материалов меняется: у одних оно растет, у других снижается, у третьих в разных температурных областях растет или снижается. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости, таким образом, имеет различный знак, а для некоторых материалов имеет переменное значение

Температурная зависимость температурного коэффициента диэлектрической проницаемости ТКε ионных диэлектриков

1 — рутил; 2 — цирконат бария; 3 — станнат бария; 4 — ортотитанат магния; 5 — цирконат стронция; 6— цельзиан; 7 — ZrO₂ (стабилизированный СаО)

и приближенно связан следующей формулой:

Абсолютное значение ТКε керамических материалов очень различно:

Значение температурного коэффициента диэлектрической проницаемости ТКε некоторых керамических материалов

Понятно, что наибольшую ценность представляет керамика с низким ТКε, позволяющая обеспечить температурную стабильность электрических схем, включающих керамический диэлектрик.

где S — площадь сечения, см 2 ; n — толщина образца, см.

где d и l — стороны квадрата.

Электропроводность керамики, как и всех твердых тел, зависит от концентрации носителей заряда, их величины и подвижности. При температуре Т эта зависимость выражается формулой

Подвижностью зарядов называется отношение скорости их передвижения к напряженности электрического поля, см 2 /(с•в):

Электропроводность керамики складывается из электропроводности составляющих ее фаз. В подавляющем большинстве случаев электропроводность керамики носит ионный характер. Ионы, входящие в кристаллическую решетку, а также находящиеся в менее упорядоченном состоянии в стекловидном веществе, имеют определенную подвижность. Она тем меньше, чем прочнее внутрикристаллические связи.

Если содержание стекловидной фазы в стекле значительно, то стремятся понизить электропроводность этого стекла, вводя ионы щелочноземельных металлов, обладающих большим размером и таким же зарядом. Считается, что эти крупные ионы тормозят движение ионов щелочных металлов, понижая тем самым электропроводность всей системы. Такое действие вводимых ионов щелочноземельных металлов составляет сущность так называемого нейтрализационного эффекта.

Наиболее эффективное влияние на снижение электропроводности оказывают ионы Са 2+ (ионный радиус 0,104 нм) и Ва 2+ (ионный радиус 0,138 нм). Именно поэтому многие виды электроизоляционной керамики (стеатит, муллитокорундовая) содержат в своем составе ВаО, входящий в стекловидную фазу. Логарифмическая зависимость электропроводности керамики от ее температуры в случае, если ток обусловлен передвижением основных и примесных ионов, представлена на рисунке, из которого наглядно видно, что с увеличением количества примесей в керамике ее электропроводность возрастает:

Температурная зависимость собственной и примесной электропроводности керамики

Для характеристики керамического материала очень важна зависимость его электропроводности от температуры. С повышением температуры электропроводность увеличивается, так как подвижность ионов в результате нагрева возрастает. Изменение электропроводности в зависимости от температуры у разных керамических материалов не одинакова.

Изменение удельного объемного сопротивления керамики — корунда (1); муллитокорундовой (2), стеатита (3) — в зависимости от температуры

При низких (комнатных) температурах различие в электропроводности сравнительно невелико. Электропроводность керамики, содержащей большое количество стекловидной фазы, нарастает интенсивно, что вполне понятно. Температурная зависимость электропроводности выражается формулами:

Чисто кристаллическая керамика изменяет электропроводность сравнительно медленно и сохраняет свои электроизолирующие свойства до очень высоких температур. Для характеристики способности керамики к сохранению изолирующих свойств иногда пользуются условной величиной Т_Е. Эта величина представляет собой температуру, при которой удельное объемное сопротивление равно 1 МОм. Т_Е чисто корундовой керамики превышает 1000 °С, высокоглиноземистой — 700—900 °С, а фарфора — не превышает 400 °С.

Диэлектрические потери. При воздействии на керамический материал электрического поля поглощается некоторое количество электрической энергии. Эту энергию, затраченную на работу перемещения структурных элементов кристаллической решетки, называют диэлектрическими потерями. Диэлектрические потери в керамическом материале, как и в других диэлектриках, сопровождаются его нагревом. Эти потери могут быть значительны, и нагрев достигает такой степени, при которой электрический контур, включающий керамический диэлектрик, полностью расстраивается. Диэлектрические потери принято оценивать по так называемому углу диэлектрических потерь или тангенсу этого угла. Углом диэлектрических потерь δ называют угол, дополняющий до 90° угол сдвига фаз θ между током и напряжением в емкостной цепи.

Представим себе конденсатор, в котором диэлектриком является керамический материал. В результате емкостного и активного сопротивления конденсатором поглощается некоторое количество энергии. Поглощенная мощность Q составит

где Е — напряжение на обкладках конденсатора; J — сила переменного тока; θ — угол сдвига между током и напряжением.

В идеальном диэлектрике этот угол равен 90°, cos 90° = 0, следовательно, Q = 0. В реальных диэлектриках угол θ меньше 90° на некоторый угол δ, т. е. равен (90°-δ). Но cos (90°-δ) = sin δ. Тогда

sin δ при малых углах практически равен tg δ. Этой величиной (tg δ) обычно и оценивают свойства диэлектрика. В некоторых случаях выражают диэлектрические потери непосредственно в градусах или минутах. Диэлектрические потери в керамических диэлектриках складываются из затрат энергии, связанных со следующими основными процессами: сквозной электропроводностью, поляризацией, ионизацией газообразной фазы. В общем случае источником диэлектрических потерь являются те же причины, которые обусловливают электропроводность. Диэлектрические потери возрастают у материалов, содержащих большое количество стеклофазы. Диэлектрические потери, связанные со сквозной электропроводностью, могут быть вычислены по формуле

tg δ = (1,8 * 10 12 )/(ε f ρ),

где ε — диэлектрическая проницаемость; f — частота; ρ — удельное сопротивление.

При повышении температуры диэлектрические потери этого типа возрастают по экспоненциальному закону согласно выражению:

Диэлектрические потери, обусловленные поляризацией, наиболее значительны у легкополяризуемых видов керамики, обладающих релаксационной поляризацией. Особенно значительны эти потери у сегнетокерамики, для которой характерна спонтанная поляризация. Наконец, источником потерь является газовая фаза, на ионизацию которой затрачивается некоторое количество энергии.

На диэлектрические потери керамики кроме ее природы, строения, температуры оказывает влияние частота поля. Так как керамика в ряде случаев работает как высокочастотный диэлектрик, то необходимо знать частотную зависимость ее диэлектрических потерь. На рисунке в качестве примера приведена температурная зависимость при разных частотах для двух видов керамики.

Температурная зависимость tg δ керамики — титановой (а) и стеатита (б) — при различных частотах (цифры на кривых даны в Гц)

Абсолютное значение диэлектрических потерь керамики весьма различно. Наименьшими диэлектрическими потерями обладает керамика с кристаллической структурой плотной упаковки и минимальным содержанием стекловидной фазы. На следующем графике представлены кривые изменения диэлектрических потерь типичных материалов с развитой стекловидной фазой — типа фарфора, ограниченным количеством стекла — типа муллитокорундовой керамики и, наконец, корунда, почти лишенного стекловидной фазы.

Зависимость изменения диэлектрических потерь высоковольтного фарфора (1), муллитокорундовой керамики (2), спекшегося корунда (3) от температуры

Сравнительно низкими диэлектрическими потерями обладает клиноэнстатитовая, форстеритовая и цельзиановая керамика.

Электрическая прочность керамики оценивается по ее способности противостоять до разрушения действию электрического поля. Напряжение, при котором электрическая прочность. испытуемого изделия (или образца) теряется и происходит его пробой, называют пробивным напряжением. Напряженность поля, при которой происходит пробой, называют пробивной напряженностью.

Иногда пробивную напряженность отождествляют с электрической прочностью. Пробивная напряженность есть величина удельная, позволяющая сравнивать свойства различных материалов. Пробивная напряженность определяется как частное от деления пробивного напряжения, выраженного в вольтах или киловольтах, на толщину испытуемого образца в сантиметрах (или миллиметрах).

Пробой керамического материала в полях высокой напряженности может происходить путем так называемого электрического или теплового пробоя. Электрический пробой имеет электронную природу. Благодаря большой скорости движения электронов создается электронная лавина, в результате чего в каком-то направлении возникает возможность сквозной проводимости и материал (или изделие) теряет электроизолирующую способность. Тепловой пробой — результат резкого повышения температуры, сопровождающегося локальным проплавлением керамики под влиянием увеличения проводимости и вследствие повышенных диэлектрических потерь.

На электрическую прочность керамики очень большое влияние оказывает ее пористость. Наличие пористости керамики вызывает иногда резкое снижение ее пробивной напряженности. С повышением температуры пробивная напряженность также падает:

Изменение пробивной напряженности при различной температуре (слева)
Зависимость пробивной напряженности образца муллитокорундового (1) и титанового (2) от его толщины при 50 Гц (справа)

Керамические материалы, обладающие повышенной электропроводностью и повышенными диэлектрическими потерями, как правило, имеют меньшую электрическую прочность. Установлено, что на электрическую прочность оказывает влияние размерный фактор. При малой толщине испытуемого образца значение пробивной напряженности всегда повышается (см. график «Зависимость пробивной напряженности образца от его толщины«). Поэтому в литературе часто встречается большое (до 30—40%) несоответствие в значении электрической прочности одноименных материалов.

Источник