книги из ГПНТБ / Воробей З.Ф. Физика диэлектриков. Диэлектрики в постоянном электрическом поле конспект лекций

следует ожидать, что она будет

д а в а т ь заниженное

значение

диэлектрической проницаемости. Экспериментальная проверка

формулы

Борна п о к а з а л а , что при

малых диэлектрических

п р о -

нйцаемостях получаются небольшие

расхождения

между з н а ч е н и ­

ями диэлекрической проницаемости,

полученными

на

опыте

и

расчетным

п у т е м . Это о з н а ч а е т ,

ч т о при малых

£

внутренняя

кой напряженности. При больших значениях диэлекрической

п р о ­

ницаемости

получаются

значительные

расхождения

между

т е о р е ­

тическим

а

экспериментальным

значениями £

Данные

экспериментальной

проверки

формулы

Борна

п р и в е ­

дены в таблице

9 .

Таблица 9

Экспериментальная

проверка

формулы

Борна

:

Экспериментальное

Кристаллы

;

£ е

І

значение

;

минималь-1 максималь ­

:

ное

:

ное

Li F

1,92

32,6

8,1

9,2

10,0

Na Ct

2,33

6 1 , 1

5,3

5,6

6,36

нее

2,17

70,7

4,3

4,51

4,94

f?ôce2

4 . 5

о

10,8

33,5

37,0

_

ПО2

114,0

7,3

39,0

2 5 , 8 "

110,0

114,0

Для

кристаллов с

большой

S

необходимо

.учитывать

отклонение величины

действующего

поля от среднего м а к р о с к о ­

пического введением

поправочного

с л а г а е м о г о :

-

122

-

EÔH

=

Еср +

ßP-

Для

кристаллов кубической

формы

ß

~ Т±

, для кристаллов

д р у -

В

теории

Борна для

щелочно-галлоидшх кристаллов

О

п р е д п о ­

л а г а л о с ь ,

что

заряды

положительных

и

отрицательных

ионов

полностью

р а з д е л е н ы .

Но

обычно

отрицательные

ионы

много

б о л ь ­

ше,

чем положительные,

и отрицательный заряд может частично

покрывать область соседних положительных и о н о в . Поэтому не

всегда

можно

с ч и т а т ь ,

что

заряды

ионов

равны

целым кратным

элементарного

з а р я д а .

Дальнейшее

уточнение

формулы

Борна

включало в

себя у ч е т ^ э т о г о

положения

введением п эффективного"

иона .

Сигети

получил, формулу дня

диэлектрической

проницаемооу

ти,

которая содержит

эффективный

з а р я д ,

Далее Сигети п о к а з а л , что диэлектрическая проницаемость и о н ­

ных

кристаллов определенным образом связана с их коэффициен­

том

сжимаемости

L -

£+ г-

. m i J t

Как

61Ѵг+2)

а

-

123

- .

§ 42.

Зависимость диэлектрической проницаемости

ионных

кристаллов

от

температуры

Формула

Борна

позволяет

установить

х а р а к т е р

зависимости

ионных

кристаллов

от

температуры

t t

9 2

PN2

.

ЛС

Сри

нагревании кристалла

уменьшается

п л о т н о с т ь ß

и с о о т в е т ­

ственно уменьшается диэлектрическая

проницаемость,

о б у с л о в л е н ­

ная

электронной поляризацией .

Кроме

т о г о ,

при

нагреваний

к р и ­

с т а л л а расстояние

между

ионами у в е л и ч и в а е т с я ,

взаимодействие

между ними

о с л а б л я е т с я ,

уменьшается

коэффициент

упругой

связи

и ,

следовательно,

уменьшается

ч а с т о т а остаточных

лучей'

Ci)

Поэтому при повышении температуры диэлектрические

проницаемости

большинства

ионных

кристаллов

в о з р а с т а е т .

Однако,

если

в

к р и ­

сталле преобладает

электронная п о л я р и з а ц и я ' ( к а к ,

например,

в

т .

If* .

кристаллах,

содержащих ион

U

) ,

то

при

увеличении

т е м п е р а ­

туры диэлектрическая проницаемость уменьшается. Поэтому ТКК

для ионных кристаллов может быть и положительным,

и о т р и ц а т е л ь ­

ным.

§ 43. Радиотехническая керамика

Слово 1 , керамика" произошло от

г р е ч е с к о г о

"керамос,

что

означает г л и н а . В древние времена

из

глины с

добавками

других

материалов,

например п е с к а ,

изготовляли

битовые

и з д е л и я .

Все

материалы,

с о д е р ж а і у ^ глину,

называли керамическими.

Обяза ­

тельным элементом

технологии

изготовления

керамических

и з д е ­

лий я в л я е т с я

высокотемпературный о б ; ж г .

В

настоящее

ііремя

под

-

124

-

словом "керамика" понимают

не

только глиносодержащие м а ­

глину, при изготовлении детачей из которых т р е б у е т с я высоко ­

температурный

обжиг.

Керамические материалы,

которые применяют в радиотехни ­

к е , называют

радиотехнической

керамикой. Она может и м е т ь . с а ­

мый различный с о с т а в .

При

изготовлении

керамических масс

исходные вещества, в

одном

конкретном

случае

тшщ/ИіОі25іОііНгОч

песок ЗіОг-,

углекислый барий ßaCOj ,

тщательно

измельчают, п е ­

ремешивают

и из такой

смеси

формуют

изделие_заданной формы.

Существует

много приемов,

с

помощью

которых из

керамических

дры — протяжкой ч е р е з мундштук

и т . д .

Затем

отформованные

изделия

обжигают., в

зависимости

от с о с т а в а

массы,при

темпе ­

ратуре

І 4 0 0 - І 8 0 0 ° С .

При этих температурах происходят различные

физико-химические процессы, в р е з у л ь т а т е

которых о б р а з у е т с я

вещество, состоящее

из кристаллической

и

стекловидной

фаз, а

таісже газовой фазы в

BJWIÜ отдельных полостей, заполненных г а з о м .

прочность,

влагонепроницаемость,

но

ухудшает

электрические

с в о й с т в а .

Чем больший процент приходится

на

кристаллическую

фазу, тем

электрические

свойства

керамики

выше» Наличие

г а з о ­

вой фазы в обычной керамике нежелательно

, т . к она ухудшает

все свойства керамики -

и электрические,и

механические .

В вакуумной технике используется специальная пористая

к е - •

рамика, где процент пористости очень

высок.

На керамические

материалы,

предназначенные

для и з г о т о в л е ­

ния радиотехнических

д е т а л е й , р а с п р о с т р а н я е т с я ГОСТ

5458-64. •

В государственном стандарте приведены значения свойств

материалов

без

регламентирования

их

рецептуры и

исходного

с в д ь я .

Поэтому различные заводы могут выбирать

рецептуру

к е ­

рамических

м а с с ,

исходя

из

местных

условий .

Согласно

этому

ГОСТу

и з г о т о в л я е т с я

три

типа

к е р а м и ч е с ­

ких материалов;

тип-

А -

высокочастотные

керамические

материалы

для

конденсаторов;

тип Б

-

низкочастотные

.идя конденсаторов-;

ТИП В

-

высокочастотные

для

установочных

изделий и

других

радиотехнических

д е т а л е й .

В зависимости от конкретной области применения внутри

типов,

керамические

материалы

д е л я т с я

на

классы, а

классы - па

группы

по

следующему

принципу:

а) - по величине температурного коэффициента емкости в'

классах

материалов і и і а

А;

б)

по относительному

изменению

диэлектрической

прони­

цаемости в

к л а с с а х материалов

типа

БJ

в)

по величине температурного коэффициента линейного

расширения и по величине предела^прочности при

статистическом

изгибе

в к л а с с а х

материалов, тиііа

В .

Керамические

материалы

в

зависимости

от

температуры,

при

которой

они могут

быть

использованы,

т . е

но

н а г р е а о с т о н к о с т и ,

подразделяются

н а

следующие

к а т е г о р и и :

1-я

кате'гория-от

60

до

+Ь5°С

;

2 - я

к а т е г о р п я - о т

60 до -і- І25°С ;

3 - я

к а т е г о р і ш - о т

GO

до

i-

I'ô'o°c;

-

126

-

4 - Я к а т е г о р и я - о т 6U до

i- 300°С.

Диэлектрическая

ігронлцаемость материалов

типа

А лежит

в

пределах от

230

до 12 . Первый класс материалов

имеет

д и э ­

лектрическую

проницаемость от 130 до 230 и температурный

к о ­

эффициент емкости

образца большой отрицательный ТКС = -

(3300^

'-

1000)

і р а д .

Эти

керамические

материалы

имеют

в

своем с о с т а ­

ве

соединения

титана,

циркония

и олова

ГіОг

,

2гТіОъ,

CaSnQ.

В такой керамике происходят упругие поляризации -

э л е к тр о н ­

ная и ионная,

а также электронно - релаксационная и ионно

- р е ­

лаксационная

поляризация . Наличием релаксационных поляризаций

и объясняется тот факт, что температурный коэффициент имеет

отрицательный

знак

и ^зелик

по

абсолютному

значению. Второй

к л а с с керамических

материалов имеет диэлектрическую проница - ^

смость

о т ' б З

до 30 и отрицательный температурный коэффициент,

но

меньший по

абсолютной величине, что свидетельствует о

н е к о т о ­

ром уменьшении роли релаксационной поляризации и увеличении

. •

роли конной упругой поляризации. Третий класс материалов

т и ­

па А имеет диэлектрическую гфонтрм . гость от 77 до 12 и малый

отрицательный, а при

зь>ччении

диэ., • л р и ч е с к о й

проницаемости

15

и 12

даже

малый

положительный температурный

коэффициент

диэлектрической проницаемости. В этих керамических материалах

основной удельный

в е с

имеет

ионная упругая

поляризация .

На примере

керамики видно,

что,подбирая соответствующим .

образом

составные

части, можно

получить

материалы

с

различным

значением диэлектрической

проницаемости

и

ее

температурного

коэффициента.

.

чают возможность вращаться,

а поэтому появляется

д ш ю л ы і а я

ориентационная

поляризация .

При дальнейшем нагреваний

т е п л о ­

в о е хаотическое

движение затрудняет ориентацию и

поэтому д и ­

электрическая проницаемость

уменьшается. На р и с . 3 6

изображе­

Тпп.

-

Р и с .

36

I I .

D кристаллической решетке полярные молекулы имеют

возможность

ориентироваться .

Характерным

примером я в л я е т с я

поляризация

л ь д а .

Зависимость

£

л ь д а

и

воды от

температуры

позволяет

с ч и т а т ь ,

что

полярная

г и д р о к с и л ь н а я

группа ОН в

кристаллической

решетке

л ь д а

имеет возможность вращаться при ­

близительно

также, как в

в о д е .

Плотность л ь д а при температуре

плавления

меньше

плотности воды; молекулы льда в

с в я з и с этим

упакованы

менее

плотно,

чем молекулы

в о д а .

На

р и с .

37

показана зависимость диэлектрической проница­

емости

л е д - в о д а

от .температуры .

273'

Г

Р и с . 37