电介质材料（三）——固体电介质材料

本文主要是介绍电介质材料（三）——固体电介质材料，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

本篇为西安交通大学本科课程《电气材料基础》的笔记。

本篇为这一单元的第三篇笔记，上一篇传送门，下一篇传送门。

固体电介质材料

分为有机绝缘材料和无机绝缘材料。有机绝缘材料包括塑料、橡胶、纤维等；无机绝缘材料包括玻璃、陶瓷、云母、石棉、氧化膜等。

使用耐热绝缘材料，提高电极温升允许值；使用耐电晕绝缘材料，提高电机功率；使用右击合成绝缘子，重量轻、滑闪距离长、防污能力强；使用交联聚乙烯，体积小、重量轻、污染少、敷设维护方便。

有机电介质材料

高分子聚合物的基本特征

1. 高分子的定义：由许多相同的结构单元组成的有机化合物，一般具有高的分子量，高分子材料即高分子聚合物，简称高聚物。高分子上的结构单元内部可以相同，称之为均聚物，例如聚乙烯等；也可以是不同的，称之为共聚物，例如聚酯、乙丙橡胶等。相同的结构单元又称为链节，链节单元的数量被称为聚合度。

2. 高分子的分子量：

   • 高聚物的分子量为链节分子量和聚合度的乘积。通常所谓的纯洁高聚物，指的是不含其它杂质，化学组成相同，然而分子量却不同的同系混合物。聚合物分子量的这种特性被称为“多分散性”。
   • 一般而言，聚合物的分子量指的是所有的高分子链的平均分子量，分子量的分散性用分子量的分布宽窄来描述。如果分子量分布宽，说明高分子链的分子量差异很大；如果分子量分布窄，说明高分子链的分子量差异很小，分布比较均匀。
   • 下图就是高聚物相对分子质量分布的示意图：

   

   • 分子分布窄的，耐热性较高。分子分布宽的，低分子量部分较多，耐热性下降。一般天然高分子的分子量较窄，例如棉、丝等；而人工合成的分子量分布较宽。

3. 高分子链的形状：

   • 高分子聚合过程中会形成线型高分子、支化型高分子和网状型高分子。如图所示左图是线型高分子，中图是支化型高分子，右图是网状型高分子。

   

   • 线型高分子之间没有化学键的键合，但是存在分子链的物理缠绕打结，如果受热受力，分子之间可以相对移动，所以分子表现出的柔顺性较好，既可以卷曲成团，也可以受到拉力而伸展成直线。它还有受热时能熔化、在特定溶剂中可溶解等特性。
   • 支化型高分子由于主链上有支链的存在，分子的间距加大，分子间的作用力减小，分子链易于卷曲和缠绕打结，所以有较好的弹性和塑性，但是机械强度较低。和线型高分子性能相似，属于热塑性材料。
   • 网状型高分子是分子链之间通过化学键连成的一个三维大分子，也称作交联结构。其性能和其他两种大分子的性能不一样，它不能再溶剂中溶解，最多是溶胀，遇到高温不熔化，最多软化，属于是不溶不熔的热固性材料。

4. 高分子聚合物的结晶：分为晶态和非晶态。

   • 结晶态：高分子链作有序规则排列，例如聚乙烯和聚丙烯等。
   • 非晶态：高分子链处于近程有序、远程无需状态，例如聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲脂等。
   • 由于聚合物分子链长，结构复杂，不可能排列很整齐，所以聚合物晶体不完善，存在很多缺陷，通常是结晶态和非静态共存。
   • 结晶度就是结晶态聚合物中结晶相部分的百分量。结晶度越大，分子链排列紧密，空隙率低，材料的抗拉强度、耐化学性、耐热性、抗溶剂性、硬度和刚度都大；然而在冲击力作用下，分子链的伸缩余地很小，材料伸长率低，韧性变差。

5. 非晶态高聚物的力学三态：其分子排列没有规律性，所以不同温度下具有不同的形态和力学特性。三态为：玻璃态、高弹态和粘流态。如下图所示。

   

   • 玻璃态：存在于玻璃化温度$T_g$以下很低的温度范围（玻璃化温度$T_g$也是多数塑料能够使用的上限温度），分子热运动低，高分子链处于冻结状态，仅有侧基支链和小链节单元能够运动；高聚物在受到外力作用，主链不能动，只能做微小的变形，呈现出坚硬的固体，力学性质如同小分子玻璃。
   • 高弹态：一般高聚物所具有的状态，是其区别于无机材料独特的力学状态。温度大于玻璃化温度$T_g$，分子运动加强，小区域的链段运动可以发生滑动，但整个大分子仍然被冻结不能运动；外力作用下，高分子的卷曲被拉伸，撤去外力后，高分子的卷曲恢复，这种形变是可逆的，为弹性形变，高聚物变成柔软有弹性的固体，力学性质如同橡胶。
   • 粘流态：高聚物在高温下的状态。温度大于粘流温度$T_f$之后，分子运动加剧，分子链间的缠绕结点松开，整个大分子也可以运动，外力作用下很容易变形，撤去外力后形变不能恢复。高聚物不是固态而是粘稠的液态。
   • 三态影响着材料的加工和应用性能。

热塑性材料

一般具有线型或支链结构，常为玻璃态。特点是受热后能熔化，适当溶剂中可以溶解，高温到低温的物理变化可逆。加工成型后可以再次熔化，进行再加工。

聚乙烯（PE）

为电线、电力电缆和铜芯电缆的绝缘和护套材料，为乳白色、半透明固体，燃烧时会像蜡烛一样熔融滴落。电气工程中最常用的是低密度聚乙烯，拥有较多的支链。聚乙烯的化学结构式如图下所示。

聚乙烯是对称的非极性分子，相对介电常数低，约为2.3，介质损耗角正切极小，约为10^-4，直流电阻率很高，大于10¹⁴$\Omega \cdot$m，介质击穿场强高，为18~28kV/mm。相对介电常数和介质损耗角正切在很大的温度、频率范围内几乎不变。化学稳定性高，是疏水介质。

聚乙烯分子作用力小，抗拉强度不高，耐环境应力和耐开裂能力差，热、氧、疲劳下会加速开裂，不抗蠕变；耐热性低。为了克服其缺点，通过物理和化学方法把普通线型结构的聚乙烯进行交联，构成三维网状结构，这个过程就是聚乙烯的交联。绝缘厚度大的用化学法，小线和低压电缆用辐照法。网状交联聚乙烯的化学结构式如下图所示。

聚氯乙烯（PVC）

用作工频低压电缆的绝缘和护套，由气态氯乙烯聚合而成。其化学结构式如下图所示。

为线型分子链，其结构不对称，为极性介质，相对介电常数大，约为3.5，介质损耗大，其正切角约为10^-2~10^-3，电阻率较低，约为10¹¹~10¹³$\Omega \cdot$m，击穿场强较高，约为25~50MV/m。相对介电常数和介质损耗正切角随着温度的变化而变化。

聚氯乙烯着火后不会延燃滴落，再离开火源后会立刻熄灭。耐酸耐碱耐油性高。工作温度低，热稳定性差，耐寒性差。材料硬度大，不便于加工。

聚丙烯（PP）

用于电力电缆和通信电缆的绝缘，和电容器中的储能介质，由丙烯单体聚合而成。其化学结构式如下图所示。

其分子链是线型无分支的，结构规整，可以结晶。但又因为有侧基的存在，所以晶体不够致密，松散密度小。力学强度高，没有环境应力开裂的现象。

是非极性介质，介电性能优良，相对介电常数小，约为2.2，介质损耗角正切极小，约为$2\times 10^{-4}$，直流电阻率很高，约为10¹⁴~10¹⁵$\Omega \cdot$m，介质击穿场强高，约为20~35MV/m。常用薄膜状，在电力电容器中作为储能介质，虽然其介电常数小，但工作场强很大，而电容器的容量和工作场强的平方成正比，所以可以很大提高电容器容量。

熔点高，不需要进行交联。其老化主要是热氧老化，容易吸氧脱氢使得长分子链断裂。

氟塑料

是含氟的聚合物，因为耐高温所以属于特种塑料，可以作为特种电缆绝缘和开关电器的喷口材料等。常用有聚四氟烯、聚偏氟乙烯、聚全氟乙丙烯等。其中聚四氟乙烯（PTFE）被称为塑料王，是非极性介质。其化学结构式如下图所示。

聚四氟乙烯介电性能优良，相对介电常数小，约为1.9~2.2，介质损耗角正切极小，约为$1\sim 3\times 10^{-4}$，直流电阻率很高，约为10¹⁴~10¹⁵$\Omega \cdot$m，介质击穿场强高，约为19MV/m。耐电弧性好，弱点是耐电晕和耐辐射性差。化学稳定性高，耐酸、耐碱、耐腐蚀。耐高低温性能好。摩擦系数低，力学强度低，耐磨性差。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）

由对苯二甲酸和乙二醇两种单体通过缩聚反应而成的线型高分子化合物。其化学结构式如下图所示。

三个特点：分子量分布窄；分子链完全无分支，完全是线型大分子，可以结晶；联结方式多为头-尾连接，还有少量的头-头连接和尾-尾连接，影响热稳定性，是热稳定的弱点。

因此，聚酯容易结晶，是结晶相和非晶无定型相共存的聚合物。通过控制结晶度和取向方法，可以得到不同形态的聚酯材料，例如聚酯薄膜、聚酯纤维等。

因为含有极性基团，相对介电常数高，约为3.2，介质损耗角正切极小，约为$5\times 10^{-3}$，直流电阻率很高，约为10¹⁴~10¹⁵$\Omega \cdot$m，介质击穿场强高，约为130MV/m。

热固性塑料

是由线型或支链分子通过交联形成网状结构固化成形，特点是成形过程前期为液态或粘流态，固化后就不溶不熔。例如经过交联后的聚乙烯，变成热固性的交联聚乙烯。再次进行加热也不能让热固性塑料流动再次成形。

酚醛树脂（PF）

是由苯酚和甲醛经过缩聚反应而得的。在不同的聚合反应程度下，首先生成的是线型酚醛树脂，再经过进一步的反应会生成网状结构的分子。电气工程中最终使用的是网状酚醛树脂，为不溶不熔的热固性树脂。化学结构图如下所示，左图为线型分子，右图为网状分子。

其工作温度为105C°，尺寸稳定、耐燃、阻燃、耐酸。但是因为有羟基，所以极性大，损耗大。相对介电常数约为4~6.5，介质损耗角正切约为0.01~0.1，因为羟基为吸水性强，耐电弧性差。

环氧树脂（EP）

分子结构中含有两个或以上的环氧基团的树脂。电气工程最常用为双酚A型环氧树脂，是由双酚A和环氧氯丙烷缩聚反应而来，化学结构式如下图所示。

其中含有醚键、羟基、环氧基等极性基团，则粘附力强，内聚力大。为线型大分子，常温下为粘稠液体或脆性固体，需要添加固化剂，其线型分子才能转换为不溶不熔的网状结构。

优点为耐寒、耐化学性质稳定、耐老化和耐热。虽然有极性但介电性能良好，相对介电常数约为3~4，介质损耗角正切约为$1\sim 3\times 10^{-3}$，直流电阻率约为10¹³~10¹⁵$\Omega \cdot$m，并且能耐电弧作用。

聚酰亚胺（PI）

是由均苯四甲酸二酐和4,4’-二氨基二苯醚在溶剂中所聚成聚酰胺酸溶液，再流延到钢带上，经过烘焙、高温脱水和环化而成，其化学结构式如图。

从分子结构可见，聚酰亚胺主链上有耐热的苯环和梯形结构，耐热性好，耐深冷性也好。有很多极性基团，是极性介质，但因为极性基团很多是对称分布，所以极性不是很高，相对介电常数为3.6（10kHz）。220C°时，介质损耗角正切为0.004（100Hz），直流电阻率约为10¹⁴~10¹⁵$\Omega \cdot$m，击穿场强约为160MV/m。

其力学性能优良，尤其是弹性，因为分子中有柔软的醚键和C-N键。此外，醚键也提高了熔体流动性，有很好的加工性能。吸湿性不大，因为没有形成氢键的氢原子。耐辐射性和耐化学性比聚酯好，不会水解。耐电晕性好。

常用橡胶材料

有良好的电气、物理、机械性能，韧度好，伸长率大，回弹性好，易于加工。还有耐油、耐寒、耐高温、不延燃等。常常处于高弹态，可以做电线电缆的绝缘和护层材料。

天然橡胶（NR）

是从橡胶树上割下来的橡浆经过加工而得到的一种黄色半透明弹性体，分子式为(C₅H₈)_n，其化学结构式如下所示。

有优良的柔软性、回弹性、抗拉强度和耐磨性。没有极性基团和大的侧链，是弱极性介质，吸水性低，相对介电常数约为2.3，介质损耗角正切为0.002~0.003，直流电阻率约为10¹³~10¹⁴$\Omega \cdot$m，击穿场强>24MV/m。结构式可见，分子中含有双键，结构不稳定，遇到氧或臭氧会被氧化，使得长分子链断裂而弹性下降。

经过硫化（交联）之后，利用双键使得橡胶分子交联成体型结构，可以恢复橡胶高弹性，减少双键，提高力学强度、化学稳定性、耐热性。硫化后的天然橡胶化学结构式如下图所示。

丁苯橡胶（SBR）

是由丁二烯和苯乙二烯共聚而成，典型的组分是丁二烯75%，苯乙烯25%，其化学结构式如下图所示。

分子中有双键，是不饱和橡胶。和天然橡胶相比，他的不饱和度低，绝缘电阻低，耐热性、耐老化性好。他的分子结构规整性差，抗拉强度低。丁苯橡胶常常和天然橡胶混合使用作为绝缘橡皮。可用于耐久度有高要求的场合。

氯丁橡胶（CR）

是由氯丁二烯聚合而成，其化学结构式如下所示。

结构上，氯丁分子式含有双键的线型长分子，有良好的难燃性、耐热性和耐磨损性。氯原子使得极性和分子间作用力加大，所以耐油性好，耐氧、臭氧和光性能好。

工作温度是70~80C°。因为极性大，介电性能和耐水性差，相对介电常数约为7.5~9，介质损耗角正切为0.03，直流电阻率约为10⁸~10⁹$\Omega \cdot$m，击穿场强10~20MV/m。不能做主绝缘，一般可做电缆护套。

乙丙橡胶（EPR）

是由乙烯和丙烯单体共聚而成，叫做二元乙丙橡胶。其化学结构式如下所示。

如果在分子中引入含有双键的第三单体，则叫做三元乙丙橡胶，其化学结构式如下所示，左图为乙叉冰片烯作为第三单体结构，右图是双环戊二烯作为第三单体结构。

二元乙丙橡胶没有双键，三元乙丙橡胶虽有，但很少，且不再主链上，则防老化性能好。是弱极性，分子间作用力小，机械强度低，耐酸、耐碱性能好，耐溶剂性能差。工作温度是80~90C°。介电性能好，相对介电常数约为3~3.5，介质损耗角正切为0.004，直流电阻率约为10¹³~10¹⁴$\Omega \cdot$m，击穿场强30~40MV/m。有突出的耐电晕性。

主要用在高电压等级电缆、直流电缆和海底电缆的绝缘材料。因为其耐辐射，所以也用作核电站电缆的绝缘和护套。

硅橡胶（SR）

含有机硅的一系列橡胶，是由二甲基硅氧烷和其他有机硅单体聚合而成。如果硅元素和甲基相连，就是甲基硅橡胶。其化学结构式如下所示，其中的n要大于5000。

其在-60~+250C°范围内物理性质变化很小，化学性质稳定，有优异的耐热老化、臭氧老化和大气老化性。耐寒性好。小于200℃，其电气性能变化很小。因为分子间作用力小，则机械强度小，尤其不抗撕裂。用于耐热、耐寒、防潮、耐电晕场合，例如高压电机的主绝缘等。

橡胶的硫化体系

最大特点是很高的弹性，但未经硫化的橡胶（称为生胶）因为大弹性而缺乏塑性，则无法成形。必须经过交联才能有一定强度、耐热性和优良的弹性。和配合几复合并经过硫化后的橡胶叫做硫化胶或橡皮。

1. 硫化剂：可以把橡胶的线型分子交联成网型分子。
2. 硫化促进剂：加快硫化速度，降低硫化温度，减少硫化机的用量，改善硫化程度，提高橡皮的性能指标。
3. 活性剂：让硫化促进剂充分发挥效能，加速硫化进程。
4. 补强剂：提高制品强度，改善工艺性能，使其具有耐磨、耐撕、耐热、耐油性能。
5. 防老剂：防止因为不饱和键而导致的老化，提高耐热性、耐候性、耐臭氧性。

纤维

有天然纤维，例如木材、棉、麻、丝、石棉纤维等。人造纤维，例如半合成纤维、合成纤维和无机纤维等。

植物纤维素含有许多羟基，如下图所示为纤维素的化学结构式。

极性很大，相对介电常数很高，分子间作用力大，机械强度高。纤维素大分子内部和大分子之间会形成很多的氢键，如下图所示，这使得大分子链聚集成纤维束，为薄壁中空的管状物质。纤维束之间有很多空气，可以被水或其他物质填充。电气工程中总要用各种浸渍剂把空隙填满或用橡皮涂在布带上以供绝缘使用。

绝缘纸

包括天然纤维纸、半合成纤维纸和合成纤维纸。

1. 天然纤维纸：
   • 由木材打成纸浆后制成，过程中需要去除一部分杂质，例如木质素和半纤维素。留下来一点木质素可以抗氧化和抗细菌，而半纤维素可以提高纸张的机械强度。纸的水含量上升，介质损耗角正切上升，直流电阻率下降。含水量会影响纸的力学性能，对拉断力有一个最佳值，而伸长率和耐折数随着水分提高而上升。
   • 纸密度上升，则纤维素含量上升，极性增大，相对介电常数和介质损耗角正切上升，击穿场强上升。
   • 纸含有低价阳离子和低价阴离子，其电导损耗大大增加。为了去除杂质离子，造纸时候使用去离子水冲洗纸浆。
2. 半合成纤维纸：
   • 用冰醋酸或乙酸酐将纤维素乙酰化，也就是和纤维素内的羟基发生反应生成乙酸酯，可以大大降低吸水量，这样保证了电导和损耗较低。
   • 将纤维素通过丙烯氰处理，可以得到耐热性好的氰乙基化纸。
3. 合成纤维纸：
   • 将某些聚合物，例如聚丙烯、聚苯醚等先制作成直径为几个微米的纤维。然后在进行造纸得到的就是合成纤维纸。
   • 其介质损耗角正切可以下降到10^-4，相对介电常数可以下降到2左右。例如Nomex纸（芳香聚酰胺）有高的耐热性，耐辐射性和绝缘性能好，高温下尺寸稳定。

其他纤维制品

包括棉纱、棉带、棉布等。棉纱和棉带由棉纤维搓合而成。纱越细，单位面积可承受的拉力越大。一般用作电线电缆和变压器的包扎线或电磁线的编织层。

棉布主要是作为浸渍织物。有良好的机械强度。柔软性和弹性，较高的介电性能，耐热性等级可以满足各种要求。广泛应用于电极电器的主绝缘和衬垫绝缘，导线连接保护管和出线绝缘，还有各种线圈和铁芯等的绑扎绝缘等。

绝缘漆

漆是成膜物质（天然树脂或合成树脂）在溶剂中的胶体溶液的总称。绝缘漆以高分子聚合物为基础，可以在一定条件下固化成绝缘膜或绝缘整体的重要绝缘材料。一般是由漆基、溶剂或稀释液还有辅助材料组成。

可以分为浸渍漆、覆盖漆、漆包线漆、防电晕漆。

浸渍漆

用于填充绝缘材料或结构中的空隙或微孔，使得线圈粘结成一个整体，以提高绝缘结构的导热、防潮防湿、电性能和机械强度等。例如有电极绕组浸渍漆、仪表线圈浸渍漆、黄蜡布漆。

覆盖漆

用于在表面形成光滑、耐磨、耐油、耐化学品和防潮的连续薄膜，以提高表面电阻和表面放电电压以及对环境的防护作用。例如电磁线漆、硅钢片漆、线圈覆盖漆等。覆盖漆一般是瓷漆，半透明或不透明。

漆包线漆

让绕组中导线和导线之间保持良好绝缘的涂料。主要用于裸铜线、合金线还有玻璃丝包线外层，用来提供和稳定漆包线的性能。常用有油性漆、聚酯漆、聚氨酯漆等。

有机硅树脂漆性能好，但成本高。醇酸树脂和环氧树脂，成本低，一般对他们进行改性，随后再使用。

防电晕漆

用于高电压线圈防电晕，例如高压大电机的槽部端部等。在绝缘清漆中加入一定导电的炭黑等而制得，加入量不同可以得到不同电阻率的漆。

根据加入的其他成分分类：按照成膜料加入溶剂类型分为有溶剂漆和无溶剂漆。根据是否加入色料分类：清漆（无色料）和瓷漆。

无机电介质

绝缘材料多以有机物、无机物或有机物和无机物复合组成。有机材料热稳定性差。无机材料，例如云母、石棉、玻璃和陶瓷有高耐热性，耐电弧性和耐电晕性也好。但无机材料脆性大、工艺性差。

玻璃

指的是多种无机矿物加少量辅助原料经过高温熔融之后冷却形成的凝聚体，基本不结晶甚至完全不结晶，无确定熔点，有宏观各向同性。常有好的介电性能，是陶瓷材料常见的一种相成分。

玻璃的组成和结构

为各种无机氧化物的复合物，是一种混合物，大多数主要成分是SiO₂，这类玻璃统称为硅酸盐玻璃。

• 一类是本身就可以形成玻璃的氧化物，例如SiO₂,B₂O₃,P₂O₅等。
• 另一类是在SiO₂,中加入碱金属和碱土金属作为添加剂，调节性能，例如CaO,BaO,MgO,PbO,Al₂O₃等。
• 还有一类是改变玻璃的颜色，例如加入CaO呈现蓝色，加入Cr₂O₃呈现绿色，加入MgO呈现紫色，加入UO₃呈现黄色。

玻璃结构模型是无规则网络假说，或者叫不规则连续网络模型。这认为玻璃结构式一种无对称性。无周期性的三维网络，其结构单元在空间不作规律性的重复出现。

玻璃的介电性能

一般是绝缘体。但工艺和成分不同，介电性能会大幅变化。

1. 导电性能：
   • 纯净的玻璃，电导很小，因为结构很牢固，难以产生长距离的例子松弛与电导。
   • 为降低熔融温度和增加流动性，需要加入碱金属例子。随着含量的增加，玻璃的电阻率下降。
   • 温度对玻璃电导率的影响符合指数规律：$\gamma =A{e}^{-\frac{B}{T}}$，其中A和载流子数目有关，取决于低价金属离子浓度，B和载流子活化能有关，取决于网络结构的完整性和牢靠程度。加入一价碱金属离子，会提高A，降低B，所以随温度变化更加激烈。
   • 表面电导贡献很重要。导电载流子在内部迁移，需要越过高的势垒；而在表面迁移的时候不受到空余网隙的约束，活化能很低。表面电导受湿度影响大，玻璃对强极性水分子有很大亲和作用，当相对湿度大于80%，表面电导大为增加。犹豫高频电流有肌肤效应，所以对高频玻璃更应该保持表面的干净。
2. 极化与损耗：
   • 纯净的玻璃只有电子位移极化和离子位移极化，这两种极化不会引起大的损耗，在10¹⁰Hz内和频率无关。纯净玻璃主要损耗来自于电导损耗，室温下电导和电导损耗很小，但随着温度的升高会上升。
   • 添加碱金属离子会导致化学键断裂和结构疏松。碱金属离子可以长距离穿透性的迁移，使得电导和损耗增加。还有的受到范围内网格结构的限制，热运动只能在有限区域内跃迁，形成外电场下的热离子松弛极化。这种极化和温度与频率相关，产生较大的损耗。通过加入另一种碱金属离子，或者是加入二价金属离子，可以让介质损耗角正切显著降低，但其相对介电常数几乎不变。
3. 击穿特性：
   • 温度较高或电场作用时间较长，是典型的热击穿。其击穿场强随温度的上升和电场作用时间的增加而下降，且击穿场强和散热条件有关。
   • 低温或电场作用时间较短，击穿场强可以达到很高的数值，且不随温度和电压作用时间而变化。此时击穿和散热无关，玻璃中的气泡或网络的牢固程度起到决定性作用。
   • 强电场作用下，气泡首先被击穿，产生自由电子和离子，改变电场分布，为进一步发展成网格结构的电离击穿。

电工陶瓷

简称电瓷，电气强度高，机械强度、耐热性、耐大气腐蚀良好，耐电晕性优异，不易老化。

电瓷的原料和结构

• 主要有粘土、长石、石英，此外还有铝矾土、滑石、金红石、碳酸钡、碳酸钾、碳酸钠、瓷料等。
• 黏土化学成分为铝硅酸盐（Al₂O₃·2SiO₂·H₂O），提纯后为白色，也叫做白土或瓷土。只用黏土会导致电瓷粘性太大，所以要加入石英降低粘性。石英主要为SiO₂，常含有微量的铁、铝、钛、钙、镁等。
• 黏土和石英制作成的瓷坯烧制温度高，致密性差，要加入长石降低瓷坯的烧结温度。长石是钾、钙、钠钡等碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，主要成分是SiO₂,Al₂O₃,K₂O,Na₂O,CaO，为重要造岩矿物。
• 电瓷显微结构的物相主要是结晶相、玻璃相和气孔。
  • 结晶相由莫来石、刚玉和石英构成。结晶相自身机械强度高，则瓷质机械强度就高。结晶相越多，瓷质机械强度越高。
  • 玻璃相是除气孔外最弱的物相。瓷质的电气击穿和机械破坏，都是穿过玻璃相发生的，应尽可能减少玻璃相含量。
  • 气孔会降低机电热性能。要减少气孔数量，最好均匀分布，细小呈现圆形。

电瓷的性能与分类

按照应用范围分为：电绝缘装置瓷、电容器介质瓷和电热高温绝缘瓷。按照主要特征分为：高低压电瓷、高频瓷、高介瓷、铁电陶瓷和高温陶瓷。

• 高低压瓷一般在工频下使用，也叫做工频瓷或低频瓷。主要是普通长石瓷、高硅质瓷和高铝制瓷。
• 高频瓷的主要品种是滑石瓷、镁橄榄石瓷、高铝瓷、氮化硼瓷和氧化铍瓷。
• 介电瓷主要用于电容器的介质，也叫做电容器瓷。常用的有高钛氧瓷、钛酸镁瓷和钛酸钡瓷。
• 常用的高温绝缘瓷有堇青石瓷和锆英石瓷。

功能陶瓷

利用了陶瓷的导电和半导电性能、绝缘介电性能、磁性和热学性能、各种敏感特性，机、电、磁、光、热等物理性能之间的耦合以及转换效应，和化学、生物效应等制成的一大类陶瓷材料。

1. 导电陶瓷：电导率远大于一般陶瓷。可以利用快离子导体制作多种固态离子选择电极、传感器和高淳物质提取装置。利用快离子导体内某些离子的氧化-还原着色效应可以制作着色电显示器。因为有充放电特性，可以制作电池、库仑计、电化学开关等离子器件。
2. 半导体陶瓷：有半导体特性的陶瓷，其电阻率显著受到环境变化的影响，可以制成敏感器件或传感器。
3. 超导陶瓷：首次在SrTiO₃中发现。在La-Ba-Cu-O系列陶瓷发现了最高超导临界转变温度$T_c$最高的超导电性。
4. 介电陶瓷：在电场作用下有计划能力，且能在体内长期建立起电场，主要包含绝缘陶瓷、电容器陶瓷和微波陶瓷。
5. 磁性陶瓷：又被称为铁搪瓷。主要用于高频技术。

这篇关于电介质材料（三）——固体电介质材料的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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