《電子材料》試題及答案第3章高介電容器瓷

第3章高介電容器瓷試題及答案

1.簡述電容器瓷的分類及其各自的特點。電容器瓷的主要瓷料類別

有哪些？

答：根據(jù)介電特性，電容器瓷分為I類高頻瓷，∏類低頻瓷，HI類半

導(dǎo)體陶瓷。

電容器瓷的各自特點：

I類瓷（高頻瓷）：介電常數(shù)小，損耗低，介電常數(shù)溫度系數(shù)小，絕

緣電阻高

∏類瓷（低頻瓷）：介電常數(shù)高，損耗和絕緣電阻性能較高頻瓷差，

介電常數(shù)變化率較大

m類瓷（半導(dǎo)體陶瓷）：介電常數(shù)超高

電容器瓷的主要瓷料類別：

I類高頻瓷：主要以鈦、錯、錫的化合物及固溶體為主晶相，具有溫

度補償特性的復(fù)合型陶瓷材料制成。

π類低頻瓷：主要為具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)的鐵電強介瓷料，具有鈣鈦礦

型結(jié)構(gòu)的鐵電強介瓷料，如BaTio3、Pb（Mgiz3Nb2Z3）O3o

HI類半導(dǎo)體陶瓷：如晶界層半導(dǎo)體陶瓷電容器，以BaTiO3、SrTiO3

為主，晶粒半導(dǎo)化，晶界絕緣化。

2.對電容器瓷的一般要求有哪些？

答：a.介電常數(shù)大，以制造小體積、重量輕的陶瓷電容器；

b.介質(zhì)損耗小，保證回路的高Q（l∕tgδ）值；

c.對于I類瓷，介電常數(shù)的溫度系數(shù)要系列化，對H類瓷，則用介電

常數(shù)隨溫度的變化率表示（非線性），介電常數(shù)的溫度變化率要小。

d.體積電阻率高

e.抗電強度高

1.請問，CaTiO3陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)為正還是為負？

CaTiO3陶瓷的介電常數(shù)溫度系數(shù)調(diào)整為零附近，可采取何種措施？

為什么？

答：CaTi03陶瓷中Ti4+電價高，半徑小，會產(chǎn)生局部內(nèi)電場，而其他

陽離子的電子位移極化大，因此介電常數(shù)溫度系數(shù)為負。

可用具有不同一（介電常數(shù)）、ɑi（介電常數(shù)溫度系數(shù)）為正的材

料通

過改變濃度比來獲得滿足溫度系數(shù)為零的CaTi03陶瓷，如加入不同

濃度比例的CaZrO3、MgTiO3（介電常數(shù)溫度系數(shù)為正）。

因為功能陶瓷為多相系統(tǒng)，其介電常數(shù)取決于各相介電常數(shù)的大小、

各相體積分數(shù)和混合狀態(tài)，要調(diào)節(jié)介電常數(shù)溫度系數(shù)到零，必須根據(jù)

混合法則來實現(xiàn)。

2.請解釋Tio2陶瓷中鈦離子變價的原因及其對介電性能的影響，在

配方及工藝控制上采取哪些措施來防止鈦離子被還原？

答：在Tiθ2陶瓷中，Ti4+易被還原為Ti3+,其原因主要有：

1）燒結(jié)氣氛：還原氣氛或氧不足氣氛燒結(jié)；

2）高溫?zé)岱纸猓簾蓽囟冗^高，尤其在超過1400C時，TiO2脫氧嚴

重，生成氧空位；

3）高價雜質(zhì)摻雜：摻入比Ti4+電價高的離子；

4）電化學(xué)老化：銀電極在高溫高濕、強直流電場下被氧化或TiO2

陶瓷在長期在高溫、高濕、強直流電場下工作發(fā)生老化。

鈦離子還原使陶瓷的絕緣電阻下降，介電損耗增大。

防止措施：

采用氧化氣氛燒結(jié)，抑制還原；

降低燒結(jié)溫度降低，抑制高溫失氧；

在低于燒結(jié)溫度20~40°C,在強氧化氣氛中回爐；

摻入低價雜質(zhì)，抑制高價雜質(zhì)；

加入La2O3等稀土氧化物：改善電化學(xué)老化特性。

加入ZrO2：阻擋電子定向移動，阻礙Ti4+變價。

1.請簡述CaTiO3陶瓷的結(jié)構(gòu)和CaTiO3陶瓷中的極化機制。

答：在CaTiO3陶瓷中，由Ca2+和02-離子共同作立方密堆積，Ti4+離

子處于氧的六配位位置，形成［TiOM八面體，八面體間共頂點連接，

Ca2+離子處于八個［Ti0θ］八面體之間。

由于其特殊結(jié)構(gòu)，在外電場作用下，Ti4+發(fā)生離子位移（相對于

02-離子），使作用于TLO線上的02-的電場增強一02-電子云畸變（電

子位移極化）一作用在Ti4+上有效電場增大一02-有效電場增強一極化

增大。

2.制備鈦酸鈣瓷應(yīng)該注意哪些工藝要求？

答：a、TiO2與CaCo3應(yīng)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+比0—Ca（HO）2流

失）。

b、嚴格控制燒結(jié)溫度，既要使CaC03與Tio2反應(yīng)充分，防止游

離CaO生成（＜「2%）,又不能使活性太低，給后面工藝造成困難。

c、應(yīng)在強氧化氣氛中快速燒成瓷，以防止Ti4+離子降價和生成

粗大的晶粒。

1.中高壓陶瓷電容器用的介質(zhì)陶瓷有哪幾種，各自的特點有哪些？

答：1）BaTiO3;鐵電體，介電常數(shù)大，但介電損耗較大，介電常數(shù)

隨電壓變化大。

2）SrTiOs:順電體，介電常數(shù)隨電壓變化小，介質(zhì)損耗低，抗電

強度高。但介電常數(shù)僅為250左右。

3）反鐵電體：介電常數(shù)與鐵電陶瓷相近，耐壓較好，適于作中

高壓電容器介質(zhì)材料。

2.請簡單介紹反鐵電陶瓷的結(jié)構(gòu)特點，與鐵電體的主要區(qū)別是什

么？

答：反鐵電陶