中华人民共和国国家标准
GB/T16822-1997
介电晶体介电性能的试验方法
Testmethodfordielectricpropertiesofdielectric crystal
国家技术监督局 发布
本标准根据GB/T1.1-1993（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》表达了介电晶体介电性能的试验方法.
本标准参考了GB11297.11-89《热释电材料介电常数的测试方法）、GB11297.9-89（热释电材料介质损耗角正切tan6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常用名词术语》三个标准.
本标准的特点是针对介电品体的介电性能与其结品学对称性有关，采用介电系数张量来描述其介低频下其介电系数及介电损耗的测量方法. 电性能.本标准讨论了各种品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
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、朱铺，
中华人民共和国国家标准
介电晶体介电性能的试验方法
GB/T 16822-1997
Test method for dielectric properties ofdielectric crystal
1范围
本标准规定了介电品体的低频（10MHz以下）介电系数及介电损耗的试验方法.本标准适用于介电晶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
介电系数dielectriccoefficient
用电极化强度矢量P描述，当电场强度E不太强时，介质中的电极化强度P和电场强度E成线性关系. 将原来不带电的介电晶体置于电场中，在其内部和表面上会感生出一定的电荷即产生电极化现象，在一般情况下，品体中的电极化强度矢量P与电场强度矢量E有不同的方向，使得品体内的电位移矢量D和E有不同的方向，在直角坐标系中，晶体内这三者的关系可用式（1）表示：
式中：-真空介电系数，1.2.3分别代表直角坐标轴X.Y.Z
[e ]-品体的介电系数张量，该张量为二阶对称极张量，即e一.
电系数张量简化为只含对角项，称主介电系数. 描述二阶张量可选用三个相互垂直的主轴为坐标轴（称主轴坐标系），在主轴坐标系中可将二阶介
晶体的介电系数张量的独立分量数目与其对称性有关：
对于立方晶系只有一个独立的介电系数&==
对于三方，四方，六方晶系有两个独立的介电系数=.取品体的高次对称轴（c轴）为一介电主轴，另两个介电主轴在垂直c轴的平面内，取结品轴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.取品体的结品轴（a、bc轴）为三个介电主轴.
对于单斜品系有四个独立的介电系数，取晶体的二次对称轴（b轴）为一介电主轴.另两个介电主轴在垂直6轴的平面内，通过实验测量位于这平面内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独立的介电系数，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轴的方向和大小.
2.1.2试验原理
在本标准的表示方法中，是无量纲量，即为相对介电系数，由于品体的介电系数与测试频率有关，
在低频条件下，直接用电桥方法测量样品的电容，经过计算求得介电系数.
根据晶体的结晶学点群，将品体定出结晶轴方向，垂直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无间隙的平行板电介质电容器，电容量C表示为：
式中：-真空介电系数，c=8.85×10F/cm1
晶体的垂直于极板方向的介电系数；
A品体的电极面积，cm；
d-一电极间距离.即品体薄片的厚度.cm.
在测量样品电容时，由于测量引线和样品夹具本身存在一恒定的电容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C为：
用电桥测得放置样品时的C值和不放置样品时的C.值，晶体的介电系数为：
（5）
2.1.3样品制备
品体经X射线定向，定出结晶轴方向，定向精度为土1，垂直于晶轴方向切出薄片，薄片厚度约为0.05cm~0.10cm，用千分表多次测量厚度，厚度的平均编差应小于1%.
样品的面积约为0.3cm~1.0cm²，形状为圆形或矩形.
样品的两表面经细磨，抛光，清洁处理后，用蒸镀或涂数等方式覆盖满金或银电极.
用测量显微镜多次测量电极面积，取平均值，误差应小于1%.
2.1.4试验条件
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， 由于介电晶体的介电系数与测量频率、测量电压有关，并与样品所处的温度、压力、湿度有关，有些
样品处于恒温状态，温度波动范围应小于±0.2C.
样品周围的湿度应低于60%，气压为当地大气压.
测量频率为100Hz~10MHz，颜率误差为士5%，
测量电场强度应小于5V/cm.
2.1.5试验过程
a）在样品电极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，先进行单畴化处理.样品的老化处理是将样品的两电极短路，在室温下干燥空气中放置24h.
c）将样品置于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编上，在一定的率及低电场信号下.测出电容值C和（tan6）值（o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.
g）在公布测量结果时，应注明测量率和样品温度.
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
介电摄耗dielectricloss
在交变电场中，由于存在极化弛豫，介电品体中产生介电损耗.介电损耗是指品体在被反复极化的互拉开或电子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面成为热运动被消耗纲单位，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（b）表示串联等效电路.
图1测量等效电路
图中U-总电压，VC-并联等效电容.F： 1一总电流，A：R-并联等效电阻.0；Ie-流经并联等效电容的电流，A：C.一串联等效电容.F； 1.一流经并联等效电阻的电流A：R-串联等效电阻.0U一串联等效电容上的电压，V；U.-串联等效电阻上的电压，V.
由图1可见，并联等效电路测量中，
（9)...
串联等效电路测量中，
（7）
式中：外加交流电压的角频率，s
当考虑到测量引线和样品夹具本身存在一恒定的电容C.可认为C.与样品成并联状态，这样可推导出晶体的tan8值与实测值（tan8）.之间的关系式：
因此，用电桥测出C，（tan8），C，可用式（8）算出晶体样品的tan值.由于介电损耗与测量的电场强度、频率、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2.1.4.
