高溫下的壓電陶瓷材料性能研究

發(fā)布時(shí)間：2025-4-8 點(diǎn)擊次數(shù)：203

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一、實(shí)驗(yàn)背景

在電子元件的微觀世界里，材料的電學(xué)特性決定著設(shè)備的性能邊界。當(dāng)溫度突破千度閾值，普通材料往往 “原形畢露”，而某些特殊陶瓷卻能在極端環(huán)境中展現(xiàn)獨(dú)特魅力。重光實(shí)驗(yàn)室最新發(fā)布的高溫介電測(cè)試報(bào)告，為我們揭開(kāi)了某成分壓電陶瓷材料在 1000℃高溫下的電學(xué)行為圖譜。

二、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

（1）1000℃介電測(cè)試臺(tái)

顯示精度 0.1℃，控溫精度 ±0.1℃

（2）水冷循環(huán)一體機(jī)

外殼冷卻系統(tǒng)

（3）日置 IM3536電阻計(jì)

測(cè)試頻率4Hz至8MHz、重復(fù)性誤差≤5%

（4）集成軟件 WinTemp-DMS

儀器管理與控制，數(shù)據(jù)和圖表生成

2.實(shí)驗(yàn)方法

平行板法

通過(guò)在兩個(gè)電極之間插入一個(gè)材料，然后測(cè)量其電容，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算介電常數(shù)。在實(shí)際測(cè)試裝置中，兩個(gè)電極配備在夾持介電材料的測(cè)試夾具上。源表會(huì)將介電常數(shù)、介電損耗、阻抗、相角的數(shù)值計(jì)算出來(lái)，再用自研的軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取進(jìn)行繪圖記錄，從而實(shí)現(xiàn)變溫介電測(cè)試。

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三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

尖端裝備：毫米級(jí)精度的控溫藝術(shù)

在實(shí)驗(yàn)室區(qū)域，自主研發(fā)的1000℃變溫介電測(cè)試臺(tái)正以 ±0.1℃的控溫精度，完成從室溫到千度的平穩(wěn)過(guò)渡。這套裝備采用 PID 溫控系統(tǒng)與水冷循環(huán)技術(shù)的黃金組合，既保證腔體內(nèi)部的溫度穩(wěn)定性，又通過(guò)電磁屏蔽設(shè)計(jì)隔絕外界干擾。配合日置 IM3536 電阻計(jì)的寬頻測(cè)試能力（4Hz-8MHz），可同步繪制 10 個(gè)頻段下的介電響應(yīng)曲線，如同給材料的電學(xué)特性拍攝高速動(dòng)態(tài)影像。

介電溫譜測(cè)試系統(tǒng)（DMS）

測(cè)試過(guò)程如同精密手術(shù)：鉑金電極與陶瓷樣品以微米級(jí)貼合度完成組裝，4 組探針如同觸覺(jué)神經(jīng)般實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。當(dāng)溫度以 2℃/min 的速率攀升時(shí)，自研軟件同步生成 ε-T、D-T、Z-T、θ-T 三維圖譜，將材料在不同頻率下的介電常數(shù)、損耗因子和相位角變化盡收眼底。在 300℃區(qū)間出現(xiàn)的絕緣性能峰值，為高溫電子器件設(shè)計(jì)提供了關(guān)鍵參數(shù)。

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

材料特性的高溫啟示

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該陶瓷材料在高溫環(huán)境下呈現(xiàn)出頻率依賴性的電學(xué)響應(yīng)。隨著溫度升高，低頻段介電常數(shù)顯著提升，而高頻性能依然保持穩(wěn)定。這種 “冷熱通吃” 的特性，使其在高溫傳感器、高頻電子封裝等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步揭示，材料內(nèi)部的晶格振動(dòng)模式與溫度場(chǎng)的耦合作用，是決定其電學(xué)行為的關(guān)鍵因素。

未來(lái)展望：從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的橋梁

此次測(cè)試不僅驗(yàn)證了材料的高溫穩(wěn)定性，更為下一代耐高溫電子器件研發(fā)提供了理論支撐。重光實(shí)驗(yàn)室正與多家科技企業(yè)展開(kāi)合作，探索該材料在新能源汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域的工程化應(yīng)用。當(dāng)傳統(tǒng)材料在高溫下 “繳械投降”，這些新型陶瓷材料正以 “千度不毀” 的姿態(tài)，為高端制造開(kāi)辟新賽道。