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高压陶瓷电容为什么老化
- 2020-06-22-

高介电常数型高压陶瓷电容(规范的主要资料为BaTiO3,温度特性为X5R,X7R,Y5V等)的电容量随时间而减小。这一特性称之为电容老化。电容老化是具有自发性极化现象的铁电陶瓷独有的现象。当高压陶瓷电容加热到居里点以上的温度时(在该温度晶体构造发作改动,自发性极化消逝(大约为150°C)),并使之处于无载荷状态,直到它冷却到居里点以下,随着时间的流逝,逆转自发性极化变得越来越艰难,结果,所测的电容值会随着时间而减小。


上述现象在一切高介电常数(BaTiO3)的普通性陶瓷电容器都能够察看到。当电容值由于老化而不时减小的电容重视新加热到居里点以上温度并让其冷却时,电容值会得到恢复。这述现象称之为抗老化现象,发作抗老化后,正常的老化过程重新开端。


BaTiO3质陶瓷的自发极化与铁电现象


BaTiO3质陶瓷具有钙钛矿晶体构造。在居里点(约130°C)温度以上呈立方体,且钡(Ba)的位于最高点,氧(O)位于晶面的中心,钛(Ti)位于晶体的中心。


当在居里点以下正常温度范围内,一条晶轴(C轴)伸长约1%而其他晶轴缩短,晶体变成四方晶格。在这种状况下,Ti4+离子将占领左近O2-的位置然后者从晶体中心沿晶轴伸展的方向偏移0.12Å。这种偏移招致正、负电荷的生点发作偏向,形成极化现象。


极化现象是由于晶体构造的不对称形成的,在不施加外电场或压力的状况下,这种极化现象从一开端就存在。这品种型的极化称为自发性极化现象。


BaTiO3质陶瓷自发极化的方向(Ti4+离子的位置)在施加外部电场的状况下能够随便逆转。这种具有自发极化现象且在外电场作用下逆转方向的才能特地称之为铁电现象。


老化的机理


BaTiO3质陶瓷宏观晶体的聚合体(复晶型),直径比µm小一个数量级。上述微观晶体称为晶粒。其晶体构造排列划一)。上述晶粒在温度低于居里点时可分红很多磁场,在每个磁场内有一个共享方向,因而,自发性极化的方向也相同。


当BaTiO3质陶瓷加到到居里点以上时,晶体构造阅历了一个从四方晶系向立方晶体相变过程。随着自发性极化的停止,上述磁场也逐步消逝。


当晶体冷却到居里点以下时,在居里点左近发作从立方晶系向四方晶系的相变过程。C轴沿轴线方向伸长1%。其他轴略微收缩,构成自发性极化和磁场,同时,晶粒遭到其环境扭曲而产生的应力。


在该点,晶粒中产生若干小磁场,应用一个低压电场,可很容易将每个磁场的自发性极化停止逆转。由于相对介电常数与每单位何种的自发性极化的逆转是对应的,其丈量到的结果即为高电容量。


在电容器在居里点以下温度不带任何负载时,在任何随机方向的磁场随时间的推移逐步自我对正,成为一个更大、能量更稳定的晶体,并释放晶体扭曲产生的应力。


另外,边境层的空间电荷(迟缓运动的离子和晶格空位)向外迁移。招致空间电荷发作极化。空间电荷的极化避免自发性极化发作逆转。


换句话说,自发性极化发作后,随着时间的推移晶格重新对排列成一个更稳定的状态,而空间电荷极化发一在边境层,避免自发性极化发作逆转。在这种状况下,我们需求应用高压电场使磁场的自发性极化发作逆转。这意味着,电场电压越低,发作逆转的磁场越少,且电容值越低。


这被以为是老化的机理。


当加热到居里点以上温度时,晶体的微观构造也回到初始状态。当晶体冷却时,老化过程重新开端。