电容器电介质和压电陶瓷

电容器电介质和压电陶瓷这是一种先进的工业材料，由于其导电性差，可用于电力储存或发电装置的生产。

电容器储存电能的装置是电子器件吗电场产生于两个分离的，电荷相反的电极之间的空间。他们的能力储存能量使它们成为许多电路的重要组成部分，插入固体可以大大提高其容量介质材料进入分离电极的空间。介电材料是导电性能差的材料。的不导电性质陶瓷是众所周知的，一些陶瓷被制成非常有效的介质。事实上，90%以上的电容器是用陶瓷材料作为电介质生产的。

压电是一种在受到机械压力时产生电压的材料;相反，当受到一个电磁场时，它们表现出维度的变化。许多压电设备是由与电容器电介质相同的陶瓷材料制成的。

本文介绍了最突出的介电陶瓷和压电陶瓷的性能，并综述了它们的实际应用。

钛酸钡铁电特性研究

的文中详细描述了电电容现象Electrostatics:电容．在那篇文章中，它解释了低导电性是形成材料的化学键的一个因素。在电介质中，与导电材料(如金属)不同，将原子连接在一起的强离子键和共价键不会让电子在电磁的影响下自由地穿过材料电字段。相反，材料变得电极化，其内部的正电荷和负电荷有所分离，并与电场轴平行。当在电容器中使用时，这种极化的作用是降低维持在电极之间的电场强度，这反过来又增加了可以存储的电荷量。

大多数陶瓷电容器都是由介质制成的钛酸钡(BaTiO_3.)及相关钙钛矿化合物．正如文章中所指出的陶瓷成分及性能，钙钛矿陶瓷具有面心立方(fcc)晶体结构．在BaTiO的情况下_3.在高温下(约120°C以上，或250°F)，晶体结构由四价钛离子(Ti^{4 +})与氧离子(O²⁻)和二价钡离子(Ba^{2 +})在拐角处。然而，在120°C以下，就会发生转变。如图所示图1，巴^{2 +}和O²⁻离子从它们的立方位置移动，而钛^{4 +}离子移离立方体中心。一个永久偶极子的结果，原子结构的对称性不再是立方的(所有轴都相同)，而是四方的(垂直轴不同于两个水平轴)。正电荷和负电荷永远集中在垂直轴的相反两极。这种自发极化被称为铁电性;显示极性的温度称为温度居里点．铁电性是BaTiO实用的关键_3.作为介电材料。

在由这些极化结构组成的晶体或晶粒的局部区域内，所有的偶极子都排列在所谓的域中，但是，由于晶体材料由大量随机定向的域组成，极化完全消除了。然而，随着电场的应用，如在电容器中，边界之间相邻域可以移动，因此与场对齐的域以不对齐的域为代价增长，从而产生较大的净极化。这些材料的易感性电极化是直接关系到它们的电容，还是存储容量电荷．一种特定介电材料的电容被赋予一个称为介电常数，本质上是该材料的电容与真空电容之间的比率。在钙钛矿陶瓷的情况下，介电常数可以是巨大的-在1000 - 5000范围内的纯BaTiO_3.如果是Ti，最高可达50,000美元^{4 +}离子被锆(Zr^{4 +})．

BaTiO中的化学取代_3.结构可以改变许多铁电性质。例如，BaTiO_3.介电常数在居里点附近有一个很大的峰值，这是稳定电容器应用所不希望看到的特性。这个问题可以用铅(Pb^{2 +})^{2 +}，增加居里点;用锶(Sr^{2 +})，从而降低居里点;或者用Ba代替^{2 +}含钙(Ca^{2 +})，从而扩大峰值出现的温度范围。

磁盘、多层和管状电容器

通过混合烧制碳酸钡和钛酸钡可生产钛酸钡二氧化钛，但液体混合技术被越来越多地用于实现更好的混合，精确控制钡钛比，高纯度和亚微米粒径。所得到的粉末的处理根据电容器是否为电容器而有所不同磁盘或多层类型。磁盘由胶带干压或穿孔，然后在1250°至1350°C(2280°至2460°F)的温度下烧制，银膏丝网印刷的电极在750°C(1380°F)的温度下连接到表面，引线焊接到电极上，磁盘用环氧树脂涂层或蜡浸渍进行封装。

采用更薄的电容器可以提高陶瓷圆盘电容器的电容;不幸的是，结果是脆弱。多层电容器(mlc)通过交错电介质和电极层来克服这一问题图2)．电极层通常是钯或钯银合金．这些金属有熔点这比陶瓷的烧结温度高，使得两种材料可以共烧。通过平行连接交替层，MLC可以实现大电容。电介质层是通过胶带铸造或博士叶片处理，然后干燥。层厚小至5微米(0.00022英寸)已经实现。完成“构建”的电介质和电极层，然后切成立方体和共烧。mlc具有体积小、成本低、高频性能好等优点，适用于电路板表面安装。在大多数电子电路中，它们越来越多地用来代替磁盘电容器。在哪里单片单位仍然被雇佣，管状电容器通常用来代替磁盘，因为对于自动电路板插入机，管状电容器的轴向导线配置优于磁盘电容器的径向配置。

如上所述，钛酸钡基mlc通常要求烧制温度超过1250°c促进与熔化温度较低的电极合金共烧，通过添加低熔点玻璃或助熔剂，陶瓷的烧结温度可以降低到1100°C(2000°F)附近。为了降低与贵金属电极相关的成本，如钯和银、陶瓷作文已经开发出可以在较低温度下与较便宜的镍或铜共烧的材料。