摘 要 本文對(duì)陶瓷電容器材料提出了(le)一種新的(de)三級分(fēn)類方法，并對(duì)該分(fēn)類法的(de)依據予以探討(tǎo)，同時(shí)說明(míng)了(le)本分(fēn)類系統的(de)特點。
1、前 言：五十年代初，随著(zhe)電視工業的(de)發展，爲了(le)解決電容器因潮濕而失效的(de)問題，以陶瓷爲材料、結構簡單的(de)瓷片電容器已在低容量電路中廣泛應用(yòng)。此後，不同介電常數、不同結構、不同功能的(de)陶瓷電容器相繼出現。當代電子技術向著(zhe)高(gāo)頻(pín)方向發展，隻有陶瓷電容器才能在千兆赫以上頻(pín)率範圍内有效地發揮作用(yòng)。溫度補償電容器，可(kě)保證在環境溫度變化(huà)的(de)情況下(xià)，也(yě)能正常工作。近年來(lái)，電子元件朝著(zhe)輕薄和(hé)小型化(huà)發展，對(duì)電容器的(de)要求則爲增加電容器每單位體積的(de)電容量，多(duō)層陶瓷電容器以大(dà)容量、小體積而适應了(le)這(zhè)一趨勢。當今陶瓷電容器無論在數量還(hái)是在未來(lái)發展的(de)潛力方面，都已占據了(le)主導地位。
爲進一步開發與研究陶瓷電容器材料，有必要全面了(le)解當今陶瓷電容器材料的(de)現狀，因而首先需要一個(gè)完整、合理(lǐ)的(de)分(fēn)類系統。但是，至今陶瓷電容材料的(de)分(fēn)類方法較多(duō)，各有優缺點，尚未達到統一與公認的(de)程度。爲此，我們在以往各種分(fēn)類方法的(de)基礎上，提出一種新的(de)分(fēn)類方法，以供參考。
2、有關陶瓷電容器材料分(fēn)類法簡介：
a.龜子陶瓷材料》一書(shū)中，将陶瓷介電材料分(fēn)爲3類，即:①介電系數低于12的(de)絕緣材料;②介電系數高(gāo)于12的(de)介電材料;③鐵電性陶瓷。而障壁層電容器材料有3類，即:Ti0 z, BaTiO s及SrTiO s 。
b.規代陶瓷及其應用(yòng)》一書(shū)中，将介電陶瓷分(fēn)成非鐵電、鐵電和(hé)反鐵電3類。另外提到了(le)半導體陶瓷是另一類陶瓷電容器材料，按其結構分(fēn)成3類:阻擋層半導體陶瓷、還(hái)原氧化(huà)型半導體陶瓷、晶界層半導體陶瓷!z1 C. A. .1. Moulson, .1. M. Herbert于1990年将陶瓷介電材料分(fēn)爲3類;①低個(gè)電常數陶瓷，主要用(yòng)作簡單的(de)絕緣器，還(hái)可(kě)用(yòng)于高(gāo)頻(pín)狀态下(xià)具有小電容特點的(de)電容器;②中介電常數陶瓷;③高(gāo)介電常數陶瓷，又分(fēn)改性欽酸鋇電介質、其他(tā)鈣欽礦結構、阻擋層介電材料3類31 d.特種陶瓷》一書(shū)中，将電容器陶瓷分(fēn)爲3類:①非鐵電電容器陶瓷;②鐵電電容器陶瓷;③反鐵電電容器陶瓷。又将陶瓷電容器分(fēn)爲4類:①溫度熱(rè))補償型電容器;②溫度熱(rè))穩定型電容器;③高(gāo)介電常數電容器;④半導體陶瓷電容器!
3、陶瓷電容器材料新分(fēn)類法：
本分(fēn)類法将電容器材料按3級分(fēn)類，首先分(fēn)爲2大(dà)類:i)絕緣體類陶瓷電容器材料;交)半導體類陶瓷電容器材料。其中絕緣體類又分(fēn)2類:1)非鐵電體類;如鐵電體類。半導體類亦可(kě)分(fēn)爲2類:1)還(hái)原氧化(huà)類;卯晶界層類。鐵電類又分(fēn)3小類:1)鐵電體;卯反鐵電體;卯弛豫型鐵電體。各大(dà)類、類及小類關系見下(xià)圖。
下(xià)面就此分(fēn)類系統中各類常用(yòng)材料作簡要說明(míng)。
3. 1、非鐵電類陶瓷材料：
非鐵電類陶瓷材料包括金紅石基、欽酸鹽基、錫酸鹽基和(hé)妮酸鹽基陶瓷材料:金紅石基材料可(kě)制成高(gāo)頻(pín)溫度熱(rè))補償型陶瓷電容器;欽酸鹽基材料包括欽酸鈣、欽酸鎂陶瓷材料;錫酸鹽基材料包括錫酸鈣、錫酸鋇、錫酸銘等陶瓷材料;妮酸鹽材料包括妮銘鎂系和(hé)妮銘鋅系等陶瓷材料。
3. 2、鐵電類陶瓷材料：
鐵電類陶瓷材料中3小分(fēn)類是:①鐵電體，主要有鈣欽礦系材料的(de)欽酸鋇陶瓷或以欽酸鋇爲基的(de)固溶體。另外，欽酸銘也(yě)是鐵電體材料;②反鐵電體，主要有錯酸鉛或以錯酸鉛爲基的(de)固溶體、妮酸斓等③馳豫型鐵電體，包括鈣欽礦系的(de)妮鎂酸鉛、妮鋅酸鉛等，它是目前最有發展前途的(de)電容器材料之一。
3. 3、半導體類陶瓷電容器材料：
半導體類陶瓷電容器材料中的(de)還(hái)原氧化(huà)類，是以欽酸鋇爲材料經還(hái)原、氧化(huà)等處理(lǐ)制成。晶界層類是以摻雜(zá)的(de)欽酸鋇或欽酸銘塗覆金屬氧化(huà)物(wù)、熱(rè)處理(lǐ)等工藝而制成。用(yòng)上述半導體材料制成多(duō)層陶瓷電容器，将會使其體積更小、容量更大(dà)，這(zhè)是今後電容器發展的(de)方向。另外，我們未将以往書(shū)刊中提到的(de)阻擋層型半導體陶瓷電容器材料列入分(fēn)類中，是因其性能不佳，現已被淘汰。
4、新分(fēn)類法的(de)依據：
a.從材料的(de)電性能上看，固體材料可(kě)分(fēn)爲四大(dà)類，即絕緣體、半導體、導體和(hé)超導體。目前能用(yòng)作陶瓷電容器材料，僅涉及上述前2類中的(de)一部分(fēn)，即所有陶瓷電容器材料，均爲絕緣體或半導體，但不是所有絕緣體或半導體都能作陶瓷電容器材料。所以我們從物(wù)質這(zhè)一基本屬性出發，将陶瓷電容器材料分(fēn)爲絕緣體與半導體兩大(dà)類。絕緣體可(kě)用(yòng)作兩類材料即絕緣材料和(hé)介電材料。
絕緣材料介電系數通(tōng)常小于12，隻起絕緣作用(yòng)，不能用(yòng)作電容器材料，而介電材料可(kě)用(yòng)作電容器材料，它的(de)介電常數和(hé)熱(rè)損耗角正切tan 8對(duì)其在電路中發揮作用(yòng)最爲重要。在分(fēn)類時(shí)不應将絕緣體大(dà)類中分(fēn)支的(de)介電材料與半導體大(dà)類并列。其實在一級類别中的(de)鮑緣體類”與竿導體類”均未直接涉及到某一具體材料，爲了(le)方便，似乎均可(kě)省略。以往有的(de)分(fēn)類法是将鮑緣體’夕省略了(le)，而将竿導體”作爲另一類材料提出。但從各類材料來(lái)源看，絕緣體’夕和(hé)竿導體’夕一樣，都列入大(dà)類 于級類别)中，似更妥當。
b.爲了(le)分(fēn)類的(de)合理(lǐ)、簡明(míng)、實用(yòng)，我們又将人(rén)們常用(yòng)的(de)能作電容器材料的(de)價電材料’夕一詞不列入分(fēn)類中，而用(yòng)它包括的(de)非鐵電類與鐵電類作爲二級類别，二者均可(kě)作陶瓷電容器材料。鐵電類具有高(gāo)介電常數，而非鐵電類具有低介電常數，并無自發極化(huà)。同理(lǐ)，我們也(yě)不将能作電容器的(de)半導體”一詞列入分(fēn)類中，隻用(yòng)其包括的(de)還(hái)原氧化(huà)類及晶界層類作爲二級類别，這(zhè)樣可(kě)避免分(fēn)類中的(de)層次紊亂。 c.在三級類别中，我們将鐵電類再分(fēn)爲鐵電體、反鐵電體、馳豫型鐵電體3小類。
因爲者都具有高(gāo)介電常數;鐵電體與反鐵電體有相似處，如①都有自發極化(huà)，隻是反鐵電體的(de)每個(gè)電疇中存在兩個(gè)方向相反、大(dà)小相等的(de)自發極化(huà);②都有居裏點;③鐵電體有電滞回線，反鐵電體有類似的(de)雙電滞回線;④介電常數與溫度均有非線性關系。卯馳豫型鐵電體與鐵電體也(yě)有密切關系，如①馳豫型鐵電體将互不聯系的(de)馳豫現象和(hé)鐵電現象聯系到一起;② Smolensky和(hé)Isupov等用(yòng)成份起伏模型理(lǐ)論說明(míng)了(le)高(gāo)溫時(shí)馳豫型鐵電體處于完全順電态，低溫時(shí)轉變爲完全鐵電态;. Sette:和(hé)stenge:提出有序無序模型理(lǐ)論，說明(míng)了(le)退火時(shí)間越長(cháng)、結構有序度越高(gāo)，S值越大(dà)，材料介電頻(pín)率色散逐漸消失，彌散相變逐漸退化(huà)，最後轉變爲正常鐵電體現象;④姚熹、Cross等用(yòng)微疇—宏疇轉變與超順電态模型理(lǐ)論，解釋了(le)弛豫型鐵電體在直流偏置電場(chǎng)下(xià)降溫冷(lěng)卻，相鄰的(de)微疇會形成較大(dà)的(de)宏疇，介電頻(pín)率色散消失，其性能轉變爲與正常鐵電體相近的(de)現象;⑤按B urn等學者提出的(de)玻璃化(huà)模型理(lǐ)論，程忠陽、姚熹等利用(yòng)馳豫型鐵電體介于偶數介質與正常鐵電體之間，将玻璃體、De場(chǎng)e介質和(hé)鐵電體等各類電介質材料有機聯系起來(lái)的(de)特征，而得(de)到Tm和(hé)。的(de)關系:
式中:P—爲描述介電馳豫強弱程度的(de)一個(gè)物(wù)理(lǐ)參數。 典型偶極介質的(de)P=1，馳豫行爲最強;典型鐵電相變介質的(de)p= ，則無介電馳豫;而馳豫型鐵電體處于二者之間，其P值爲大(dà)于1的(de)數值!“’。 d.本分(fēn)類法是采用(yòng)功能與結構相結合的(de)分(fēn)類方法，有的(de)部分(fēn)是以材料的(de)某主要特性作爲分(fēn)類标志，但有的(de)隻能以材料結構分(fēn)類，如半導體類陶瓷電容器材料中的(de)2個(gè)類是以結構劃分(fēn)的(de)。有的(de)同一材料由于摻雜(zá)或加工工藝不同，而出現不同特征，故可(kě)能同時(shí)出現在多(duō)個(gè)類别中，并非屬于分(fēn)類中的(de)重複現象。
5、結語：
上述陶瓷電容器材料的(de)新分(fēn)類法有3個(gè)特點: 寶)将絕緣體類與半導體類并列，作爲兩個(gè)大(dà)類别，較之将介電材料與半導體材料并列的(de)分(fēn)類方法，在邏輯上似更合理(lǐ);婦将過去不少分(fēn)類方法未列入的(de)馳豫型鐵電體歸納入鐵電類中;犷按三級分(fēn)類，層次清楚。 我們認爲本分(fēn)類系統有簡明(míng)、合理(lǐ)、實用(yòng)等優點，并将随著(zhe)科學技術不斷進步，新材料、新功能不斷發現，可(kě)繼續在各大(dà)類、類及小類中予以補充，使這(zhè)個(gè)系統更加豐富·完善。
