【国家标准(GB)】 介电晶体介电性能的试验方法

GB/T 16822-1997
本标准根据GB/T1.1-19936标准化工作导则第1单元：标准的起草与表述规则第1部分：标准编写的基本规定》表达了介也晶体介电性能的试验方法，本标准参考了GB11297.11—89《热释电材料介电带数的测试方法》,GB11297.989《热释电材料介质损耗角正切1an的测试方法》及GB11294—89%红外探测材料半导体光电材料和热释电材料带用名词术语》三个标准。
本标准的特点是针对介电晶体的介电性能与其结晶学对称性有关，采用介电系数张景来描述其介电性能.本标准讨论了各种晶系晶体的介电系数张量的独立分量数目及其介电主轴的取法，同时给出了低频下其介电系数及介电摄耗的测量方法。本标准由中国科学院物理研究所提出。本标准由中国科学院归口。
本标准起草单位：中国科学院物理研究所。本标准主要起草人：张道范、朱箱：1范围
中华人民共和国国家标准
介电晶体介电性能的试验方法，Test method for dielectric properties ofdielectric erystal
CB/T16822-1997
去标准规定了介电显体的低频（10MHz以下)介电系数及介电损耗的试验方法，本标准适用于介电虽体的介电性能的测定，2试验方法
2.1介电系数
2.1.1定义
介电数dielectric coefficient将原来不带电的介电晶体置丁电场中,在其内韵和表而上会感生出一-定的电荷即产牛电极化现象，用电极化强度矢 P描述。当电场强度 F 不太强时,介质中的电极化强度 P和电场强度L成线性关系,作般情况下，品体中的电极化强度矢量卫与电场强度尖量E有不同的方向，使得晶体内的电位移久量D和E有不可的方向,在查角坐标系中,晶体内这三者的关系可用式(1)丧示：D, - e,E. + P, - E,e,E.
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(.3 = 1.2.3)
式中：即——真空介电系数，1,23分别代表直角整标轴X,Y,2；[4,]—品体的介电系数张量，该张量为二阶对称极张量，即=e,.....{ 1
措述一阶张呈可选用三个相五垂点的主轴为坐标轴（称主轴坐标系）在主轴坐标系中川将二阶介电系数张量简化为只含对角项.称主介电系数。晶位的介电系数张量的独立分量数目与其对称性有关：对于立方品系只有个独立的介电系数8一E业=。对十方，四方，六方靠系有两个独立的介巾系数e:=:a。取品体的高次对称轴（c轴）为：-介电主轴，分两个介电主轴在垂直c轴的平面内,联结品轴a轴为另一介电主轴。对于正交晶系有三个独立的介电系数12-取品体的结品轴(a.b、c轴)为个介电主轴。对于单斜晶系有四个独立的介电系数5：;E2-Ea;E:1。取品体的二次对称轴(h轴)为一介电主轴，另两个介电主轴在垂直轴的而内，通过实验测量位于这平面的三个独立的介电系数，可以确定这两个介电主轴的方向和大小。
对于三斜品系有六个征的介电系数s1:，E2-633.E3:。可任意选一直角坐标系.通过实验测量六个独立的介电系数，经过数学运算可以确定三个介电主辑的方向和人小。2.1.2试验原理
在本标准的表示方法中，是无纲量，即为相对介电系数。由于晶体的介电系数与测试额率有关，国家技术监督局1997-05-28批准1998-02-01实施
GB/T 16822—1997
在低频条件下，直接用电桥方法量样品的电容，经过计算求得介电系数根据晶体的结晶学点群，将晶体定出结晶轴方向，垂点于结品轴方向切出薄片，制成类似与平行板电容器的样品。对于无限大（一般指电极面的尺度与其厚度之比>10：1时)并且电极板与电介质间光间隙的平行板电介质电容器，电容量（表示为：Cmeea
式中:5——真空介电系数,5。=8.85×101\F/cm;品体的垂直于极板方向的介电系数A——晶体的电极面积,cm;
d——电极间距离,即晶体薄片的厚度，心1。(3)
在测量样品容吋，由于测量引线和样品夹具本身存在一恒定的容C，，可认为C。与样品的电容C 成并联状态，因此，实际测得的电容值Cma为：Cme - C+Ca
用电桥测得放置样品时的Cuas.值和不放置样品时的C。值，品体的介电系数为：d. (Ca Co)
2.1.3样品制备
晶体经X射线定向,定出结晶轴方向，定向精度为士1°,垂直于晶轴方向切出薄片，薄片厚度约为0. 05cm~.10 cm用干分表多饮测量厚度,厚度的平均偏差应小于1%。样品的面积约为0.3cm～1.0cm,形状为圆形或矩形，样品的两表面经细蘑，抛光，清洁处理后，用蒸镀或涂敷等力式覆盖满金或银出极。用测量显微镜多测景电极面积，取平均值，误差应小于1%。2.1.4试验条件
由于介电晶体的介电系数与测频率、测量电压有关,并与样品所处的温度、压力、湿度有关，有些样品还与本身的老化过程有关，因此，在测量时，对上述有关条件应给出明确规定。样品处于恒温状态，温度波动范圈应小于士0.2℃。样品周围的度应低于60%，气压为当地大气压！测量频率为 100 Hz～10 MHz,频率误差为±5%,测量电场强度应小于5V/cml。
2-1.5试验过程
）在样品电被面上用导电胶连结出电极引线，b）样品的极化和老化处理：对具有铁电性的样品，光进行单畴化处理。样品的老化处理是将样品的两电被短路，在室温下下燥空气中效置24l。c）将样品置丁金属制成的屏蔽盒内，两电极引线与屏蔽盒绝缘，屏蔽盒的外壳接地。d）样品的两电极引线经过同轴电缆线接到电容测量仪的测量端上，在一定的频率及低电场信号下，测出电容值Cm.和（tan)..值（\是介质中的电位移落后于电场的相位角）。e）取出样品后，测出测量引线和样品夹具的电容C,值，f）按照式(5)计算样品的介电系数。）在公布测量结果时、应注明测量频率和样品温度。2.1.6试验误差
测量出的介电系数的系统误差应小于士3%。2.2介电损耗
2.2.1定义
介电邦耗diclectricloss
GB/T 16822—1997
在交变电场中，由丁存在极化弛像，介电晶体中产生介电损耗。介电损耗是指晶体在被反复极化的过程中,电场使介质极化所提供的能量，有部分要消耗于使固有电矩的反复取向转动,或使正负离子相互拉开或电于云发生畸变的方向不断变化,这部分的能量不能转换成介质的极化而成为热运动被消耗掉，衡量这种介电损耗大小的因子为tan是介质中的电位移落后于电场的相位角)，这是一个无最纲单位，它表示有功功率P与无功功率Q的比值。2.2.2试验原理
在测量样品的介电损耗时，有两种等效电路。图1(a)表示并联等效电路。图1(h)表示串联等效电路。
隆中U—总电压,V
{—总电流.A：
(\一并联等效电容.F
R--并联等效电阻.a;
Ic一流经并联等效电容的电流，A；I.一流经并联等效电阻的中流,A,C.一中联等效电容,F;
&一串联等微电阻,n
U。串联等效电容上的压，Y；
U,一串联等效阻上的电压,V。
由图1可见，并联等效电路测量中，图1测量等效电路
tan 8= I,/I, = 1/wC,R
串联等效电路测量中，
tan =U,/U. = αC,R,
外加交流电压的角频率，s\1。戏中:—
++++++++++(7)
当考虑到测量引线和样品爽具本身存在一恒定的电容（。可认为C，与样品并联状态，这样可推导出晶体的 tan 值与实测值(tan a)meu.之间的关系式：tan (tan )maa.(I +C./(Cmar. - C,)).(8)
因此，用电桥溯出Cm，（tan)ea,C.,叮用式(8)算出品体样品的tana值。由于介电损耗与测量的电场强度、额率、温度等有关。因此,在测量时，上述有关条件应给出明确规定。2.2.3样品制备
按2.1.3。
2.2.4试验条件
按 2. t. 4。
2.2.5试验过程
按2.1.5。
试验误差
GB/T 16822
测录出的介电损耗的系统误差应小于5%。1997
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