无机材料物理性能优秀PPT.ppt

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1、无机材料物理性能无机材料物理性能2022年年11月月2日日第十三讲第十三讲1损耗的形式损耗的形式 介质损耗的表示方法介质损耗的表示方法 介质损耗和频率、温度的关系介质损耗和频率、温度的关系 无机介质的损耗无机介质的损耗 7.2 7.2 介质损耗介质损耗无机材料的介电性能2一、复介电常数与介质损耗1、基本概念、基本概念介质损耗：任何介质在电场作用下，或多或少会把部分电能转换成热能使介质发热，在单位时间内因发热而消耗的能量称介质损耗。常用tg来表示。其值越大，损耗越大，为介质损耗角。3损耗如何产生的？要有电流。电流如何来的？主要有以下三部分：1）志向电容充放电形成的电流（电容电流）直流，沟通2）真

2、实电介质极化建立的电流（极化电流）3）真实电介质的漏导电流。（漏导电流）4损耗的形式损耗的形式介质损耗介质损耗极化损耗：松弛极化、转向极化、空间电荷极化极化损耗：松弛极化、转向极化、空间电荷极化等在极化缓慢建立过程中会因克服阻等在极化缓慢建立过程中会因克服阻力而引起能量消耗，称极化损耗。力而引起能量消耗，称极化损耗。漏导损耗：实际绝缘材料并非志向电介质，电阻漏导损耗：实际绝缘材料并非志向电介质，电阻也并非无穷大，在外电场作用下，总也并非无穷大，在外电场作用下，总有些带电质点发生移动而形成电流，有些带电质点发生移动而形成电流，称漏导电流。因漏导电流使介质发热称漏导电流。因漏导电流使介质发热而产生

3、的损耗称而产生的损耗称“漏导损耗漏导损耗”。52、介质损耗的表示、介质损耗的表示当容量为当容量为C0=0A/d的的平板电容器平板电容器上加一上加一交交变电压变电压U=U0eiwt。则：则：1）对对真空平板电容器真空平板电容器，平板上的电荷为，平板上的电荷为：产生的回路电流为产生的回路电流为：6介质损耗的表示介质损耗的表示电介质中电场与电流方向电介质中电场与电流方向的示意图的示意图72）在在电电容容器器极极板板间间填填充充相相对对介介电电常常数数为为r的的志志向向介介电电材材料料时，电容上的电流为：时，电容上的电流为：8介质损耗的表示介质损耗的表示3）对于实际电介质，除电容电流外，还会有极化）对

4、于实际电介质，除电容电流外，还会有极化电流或漏导电流，这两者形成一电导重量，用电流或漏导电流，这两者形成一电导重量，用GU表示。表示。G：电导：电导，G=1/R=A/d，单位：西门子（S,-1）其中，G=A/d，C=A/d带入上式并简化得：故有9介质损耗的表示介质损耗的表示则即10类似依据志向状况，按来定义复相对介电常数r*或复介电常数*与前式比较有：11故有即复介电常数复介电常数即复相对介电常数复相对介电常数12留意：此处要弄清实部、虚部的来源及含义。由式 知：其中代表了电容电流的大小；代表了损耗电流的大小。类似，在*中，代表了电容项；/代表了损耗项。13由此定义损耗角正切损耗角正切：更一般

5、的更一般的表示表示：其中为损耗角损耗角143、介质弛豫与德拜方程、介质弛豫与德拜方程德拜德拜（Debye）公式公式15二、影响介质损耗的因素二、影响介质损耗的因素1 1、频率的影响、频率的影响r，tg，p与与的关系的关系16影响介质损耗的因素影响介质损耗的因素不同带穿电导的介质不同带穿电导的介质tg与与的关系的关系17影响介质损耗的因素影响介质损耗的因素2 2、温度的影响、温度的影响r r、tgtg、P P与与T T的关系的关系18介介质质吸吸潮潮后后，介介电电常常数数会会增增加加，但但比比电电导导的的增增加加要要慢慢，由由于于电电导导损损耗耗增增大大以以及及松松驰驰极极化化损损耗耗增增加加，

6、而而使使tgtg增大。增大。对对于于极极性性电电介介质质或或多多孔孔材材料料来来说说，这这种种影影响响特特殊殊突突出出，如如，纸纸内内水水分分含含量量从从4 4增增加加到到1010时时，其其tgtg可可增加增加100100倍。倍。影响介质损耗的因素影响介质损耗的因素19无机介质的损耗无机介质的损耗无机材料的损耗形式主要有：无机材料的损耗形式主要有：电导损耗电导损耗松弛极化损耗松弛极化损耗电离损耗电离损耗结构损耗结构损耗20电离损耗电离损耗电电离离损损耗耗主主要要发发生生在在含含有有气气相相的的材材料料中中。含含有有气气孔孔的的固固体体介介质质在在外外电电场场强强度度超超过过了了气气孔孔内内气气

7、体体电电离离所所须须要要的的电电场场强强度度时时，由由于于气气体体电电离离而而吸吸取取能能量量，造造成成损损耗耗，即即电电离损耗。其损耗功率可以用下式近似计算：离损耗。其损耗功率可以用下式近似计算：U为外施加电压；为外施加电压；U0为气体的电离电压为气体的电离电压21结构损耗结构损耗结结构构损损耗耗是是在在高高频频、低低温温下下，与与介介质质内内部部结结构构的的紧紧密密程程度度亲亲密密相相关关的的介介质质损损耗耗。结结构构损损耗耗与与温温度度的的关关系系很很小小，损损耗耗功功率率随随频频率上升而增大，但率上升而增大，但tgtg则和频率无关。则和频率无关。一般材料，在高温、低频下，主要为电导损耗

8、；在常温、高频下，主要为松弛极化损耗；在低温、高频下主要为结构损耗。22离子晶体的损耗离子晶体的损耗v离离子子晶晶体体可可以以分分为为结结构构紧紧密密的的晶晶体体和和结结构构不不紧紧密的离子晶体。密的离子晶体。v结结构构紧紧密密的的晶晶体体离离子子都都积积累累得得特特别别紧紧密密，排排列列很有规则，离子键强度比较大，无极化损耗。很有规则，离子键强度比较大，无极化损耗。v结结构构不不紧紧密密的的离离子子晶晶体体的的内内部部有有较较大大的的空空隙隙或或晶晶格格畸畸变变，含含有有缺缺陷陷或或较较多多的的杂杂质质，离离子子的的活活动范围扩大，损耗较大。动范围扩大，损耗较大。23玻璃的损耗玻璃的损耗困难

9、玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：困难玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：电导损耗、松弛损耗和结构损耗。电导损耗、松弛损耗和结构损耗。哪一种损耗占优势，确定于外界因素哪一种损耗占优势，确定于外界因素温度和外加电压的频率。温度和外加电压的频率。24玻璃的玻璃的tg与温度的关系与温度的关系1、结构损耗；、结构损耗；2、松弛损耗、松弛损耗3、电导损耗；、电导损耗；4、总、总 损损 耗耗25Na2OK2OB2O3玻璃玻璃的的tg与组成的关系与组成的关系26陶瓷材料的损耗陶瓷材料的损耗主主要要是是电电导导损损耗耗、松松弛弛质质点点的的极极化化损损耗耗及及结结构构损耗。损耗。表表面面气气孔孔吸吸附附水水分分

10、、油油污污及及灰灰尘尘等等造造成成表表面面电电导也会引起较大的损耗。导也会引起较大的损耗。大大多多数数电电工工陶陶瓷瓷的的离离子子松松弛弛极极化化损损耗耗较较大大，主主要要缘缘由由是是：主主晶晶相相结结构构松松散散，生生成成了了缺缺陷陷固固溶溶体，多晶形转变等。体，多晶形转变等。27降低材料的介质损耗的方法降低材料的介质损耗的方法选择合适的主晶相。选择合适的主晶相。改改善善主主晶晶相相性性能能时时，尽尽量量避避开开产产生生缺缺位位固固溶溶体体或填隙固溶体，最好形成连续固溶体。或填隙固溶体，最好形成连续固溶体。尽量削减玻璃相。尽量削减玻璃相。防止产生多晶转变。防止产生多晶转变。留意焙烧气氛。留意焙烧气氛。限制好最终烧结温度限制好最终烧结温度28探讨介质损耗的意义探讨介质损耗的意义v绝缘结构设计时必需留意到绝缘材料的绝缘结构设计时必需留意到绝缘材料的tg tg v用用于于冲冲击击测测量量的的连连接接电电缆缆，其其绝绝缘缘的的tgtg必必需需很小很小v在在绝绝缘缘预预防防性性试试验验中中，tgtg是是一一项项基基本本测测试试项项目，当绝缘受潮或劣化时，目，当绝缘受潮或劣化时，tgtg急剧上升。急剧上升。v介质损耗引起的发热有时也可以利用介质损耗引起的发热有时也可以利用2930