在理想情況下,電路中電壓U與電流I之間的相位角是90°,由于介電損耗的存在U和I之間出現(xiàn)相位差角θ,它小于90°,即θ=90°-δ,因此作為電介質(zhì)玻璃的功率損耗即介電損耗Q為:
Q=UIcos(90°-δ)=UIsinδ
當(dāng)δ值很小時(shí),sinδ≈tanδ≈δ,此δ角稱為介電損耗角,一般用tanδ或δ的大小表示介電損耗。
玻璃中的介電損耗按性質(zhì)包括電導(dǎo)損耗、松弛損耗、結(jié)構(gòu)損耗、共振損耗。
(1)電導(dǎo)損耗:電導(dǎo)損耗由網(wǎng)絡(luò)外體離子沿電場(chǎng)方向移動(dòng)而產(chǎn)生。降低溫度或增大頻率可減小離子遷移而降低電導(dǎo)損耗。
(2)松弛損耗:松弛損耗由網(wǎng)絡(luò)外體離子在一定勢(shì)壘間隨電場(chǎng)做微小運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生。與電導(dǎo)損耗相比,松弛損耗出現(xiàn)在較高頻率處,當(dāng)溫度升高時(shí),它的極大值向高頻方向移動(dòng),而增大頻率時(shí),則向高溫方向移動(dòng)。
(3)結(jié)構(gòu)損耗:結(jié)構(gòu)損耗是由于玻璃網(wǎng)絡(luò)松弛變形而造成,它隨溫度和頻率而變化。
(4)共振損耗:共振損耗由網(wǎng)絡(luò)外體離子或網(wǎng)絡(luò)形成體的本征振動(dòng)吸收能力所造成。這種損耗一般發(fā)生頻率大于107Hz.
電導(dǎo)損耗和松弛損耗之和常稱為遷移損耗。在室溫以上,頻率在106Hz以下,玻璃的介電損耗主要是遷移損耗,其大小主要決定于網(wǎng)絡(luò)外體離子的溶度、離子活動(dòng)的程度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等,因此,在玻璃化學(xué)成分中凡是增大電導(dǎo)率的氧化物都會(huì)增大介電損耗。含有堿金屬氧化物的玻璃將具有較大的介電損耗,加入重金屬氧化物能降低含堿玻璃的介電損耗,其中尤以BaO、PbO、SrO較為顯著。
玻璃的介電損耗隨溫度的升高而增大,因溫度升高,結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)疏松,堿離子的活動(dòng)能力增大,在20~80℃,玻璃的tanδ值增大4~6倍。
在高頻范圍內(nèi)(>106Hz),玻璃的介電損耗隨頻率的增加而增大,例如在常溫1MHz時(shí),硅酸鹽玻璃tanδ為9×10-4,而在3000MHz時(shí),則為36×10-4。
熱處理同樣能對(duì)玻璃的介電損耗產(chǎn)生影響。從Tg以上溫度急冷的玻璃由于保存了高溫疏松的結(jié)構(gòu),所以其介電損耗比退火玻璃大。值得注意的是,在Tg以下仍與急冷溫度有關(guān),這是在玻璃密度和折射率性質(zhì)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的。因此在Tg以下玻璃的介電損耗還與玻璃的熱歷史有關(guān)。
微晶玻璃的介電損耗比同成分的玻璃要小。
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