先进陶瓷的介电强度-性能参数与行业应用

先进陶瓷的介电强度

介电强度，也称为击穿电压，是指材料在导电前能够承受的最大电场强度。其单位为 kV/mm（或 MV/m），对于确保电子、高压和热应用中绝缘体的可靠性至关重要。本文探讨了主要陶瓷材料、塑料和绝缘级材料的介电性能，并进行了直观的比较，并深入探讨了其重要性。

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什么是介电强度？

介电强度表示材料在不发生电击穿的情况下所能承受的最大电场。在固体中，当足够的能量使结构电离并允许电流流动时，就会发生击穿。高介电强度对于防止电弧、确保设备安全和使用寿命至关重要。

陶瓷的性能通常优于塑料和玻璃，其介电强度为 10-40 kV/mm，而塑料为 1-3 kV/mm

安全注意事项：陶瓷可以更好地处理电场，但必须选择具有热和机械兼容性的陶瓷。

为什么说它是核心指标呢？

关键见解

确保绝缘安全

在高压、高频和真空环境中，介电强度不足会导致击穿或电弧放电。
延长产品寿命

高介电强度陶瓷可以承受更大的电压负载，而不会增加组件尺寸。
增强系统可靠性

在航空航天和医疗系统中尤其重要，因为轻微的介电故障可能会导致系统崩溃甚至安全隐患。

陶瓷与塑料和液体：

高纯度陶瓷（Al₂O₃、AlN、h-BN、BeO）的介电强度在 15–40 kV/mm 范围内，与塑料相当或优于塑料，远高于变压器油或空气等液体。
材料差异：
- h-BN 陶瓷的击穿强度约为 40 kV/mm。
- AlN和Al₂O₃通常用作绝缘基板。
- 碳化硅虽然坚硬，但介电强度明显较低，并不适合用作高压绝缘材料。
各向异性问题：
- h-BN 表现出取向相关的击穿：平行于 c 轴的击穿强度高达 12 MV/cm

陶瓷材料的介电强度

Ceramic materials	介电强度 (kV/mm)	hallmark
Beryllium oxide (BeO)	~27千伏/毫米	优异的导热性和高介电强度；用于高功率电子设备。
Aluminum Nitride (AlN)	~20千伏/毫米	导热性高，电绝缘性优良；适用于微电子领域。
ZTA 20%	80 – 120千伏/毫米	氧化锆增韧氧化铝，具有增强的断裂韧性和适中的介电性能。
氮化硅（Si3N4）	~15千伏/毫米	机械强度高，抗热震性好，可用于要求苛刻的环境。
Boron Nitride (BN)	40千伏/毫米	优异的热稳定性和电绝缘性；常用于射频和真空应用。
Machinable Glass Ceramics (MGC)	~15千伏/毫米	易于加工，同时保持电绝缘；适用于原型设计和定制形状。
Silicon Carbide (SiC)	2–10千伏/毫米	硬度高、热导率高，但介电强度有限；用于高温应用。
氧化铝（Al2O3，96-99.7%）	17千伏/毫米	广泛使用的技术陶瓷，具有均衡的机械、热和电性能。
氧化锆（ZrO2）	~9千伏/毫米	强度和断裂韧性高；介电强度较低，但用于韧性至关重要的场合。

*Data is for reference only.

*通常，介电性能会随着温度的升高而显著下降。

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