Ⅱ类和Ⅲ类陶瓷绝缘介质的老化特性

关于陶瓷介质的老化特性，本次分两篇文章介绍，今天先来说说陶瓷介质的老化原理和老化规律。而下篇则介绍容值测量和容值偏差，以及容值测量前的特殊预处理。

大多数Ⅱ类和Ⅲ类陶瓷绝缘介质电容器具有铁电性质，当高于居里温度时，介电体具有高度对称的立方晶体结构，而低于居里温度的介电体晶体结构则不那么对称。

虽然在单晶里，这种相变非常明显，但在实际的陶瓷中，这种相变常常扩展到一个有限的温度范围内，但在所有情况下，它都与容值-温度曲线上的一个峰值有关。在热振动的影响下，电介质经过居里温度冷却后，晶格中的离子在很长一段时间内继续向低势能位置移动。这就产生了电容老化现象，即电容器不断地降低其容值。然而，如果将电容器加热到高于居里温度，则发生去老化；即之前经过老化失去的容量得到恢复，并且一旦电容器被冷却就立即开启再次老化。老化是Ⅱ类和Ⅲ类陶瓷绝缘介质在低于居里温度以下时它的晶体结构会发生弛豫的一种自然现象。除非把晶体结构加热到居里温度以上，否则这个过程会一直持续下去。

在陶瓷介质的居里温度点会出现介电常数突增现象，此现象的直接影响是出现容量峰值，晶体结构变化是BaTiO₃配方特有的性质，并且出现在居里温度120℃处。我们注意到一个有趣的现象是：通过修改陶瓷配方，居里温度点可以向高温迁移，也可以压低容值变化峰值，无论哪种配方调配均需要通过添加特定的添加剂。

在陶瓷介质经过居里温度以上加热，再冷却后的第一个小时内，容值的损耗没有很好的定义，但在这之后，它遵循对数定律，可用老化常数表示。老化常数k被定义为时间每“十进制”小时中由于电介质老化过程而造成的容值损失百分比。即电容器老化时间的递增以十倍计，例如从1h增加到10h，100h，再到1000h。由于电容的衰减规律是一个对数函数，所以容值的衰减百分比在1h到100h是k，在1h到100h是2k，在1h到1000h是3k，这可以用以下公式表达。

C_t=C₁（1-k/100×lgt）

C_t为开始老化经历了t h的容值。

C₁老化开始经历了1h的容值。

k是老化常数，用以每10进制时间的容值衰减百分比来表示。

对于特定的陶瓷介质，制造商可以声明其老化常数，也可以通过对电容器进行去老化处理，然后在两个已知时间内测量容值，用以下公式来计算该老化常数k。

k=100（C_t1-C_t2）/C_t1（lgt₂-lgt₁）

k为老化常数，t₁为起始时间点，t₂为老化时间点，C_t1为起始时间点的容值，C_t2为老化时间点的容值。

如果电容测量做了三次或更多次或更多次，那么就有可能从一个图形的斜率推出k，其中C_t是对应lgt绘图，也可能是logC对应lgt。在老化测量过程中，电容器应保持在恒定的温度下，避免因温度特性引起的容值变化干扰了因老化引起的容值变化。

Ⅰ类陶瓷绝缘介质没有老化现象，容值几乎不随时间的变化，非常稳定。下图是不同陶瓷介质的老化曲线对比图。

在Y5V老化曲线上，每10进制小时，容值降低大约7.0%，X7R约为3.0%，各陶瓷介质的参考老化率见下图。

备注：每10进制小时是指10h、100h、1000h……。

如果加载一个跟额定电压同一量级的临时性的直流电压，在电容降低的形式中会有一个挥之不去的效果，就好像这个元件已经提前老化了10¹～10^1.5h。

从下图中我们也可以看出在某些区段上容值如何降低似乎不再受等额直流电压影响。受等额直流电压影响而降低的比例粗略统计如下。

X7R陶瓷材料：+2.5%；

Y5V陶瓷材料：+5%。