高介电常数型陶瓷电容器(标准的主要材料为BaTiO3，温度特性为X5R、X7R、Y5V等) 的电容量随时间而减小。这一特性称之为电容老化。电容老化是具有自发性极化现象的铁电陶瓷独有的现象。当陶瓷电容器加热到居里点以上的温度时(在该温度晶体结构发生改变自发性极化消失(大约为150°C) )并使之处于无载荷状态直到它冷却到居里点以下随着时间的流逝逆转自发性极化变得越来越困难结果所测的电容值会随着时间而减小。
上述现象在所有高介电常数 (BaTiO3) 的一般性陶瓷电容器都可以观察到。当电容值由于老化而不断减小的电容器重新加热到居里点以上温度并让其冷却时电容值会得到恢复。这种现象称之为去老化现象，发生去老化后正常的老化过程重新开始。
BaTiO3质陶瓷的自发极化与铁电现象如图1所示BaTiO3质陶瓷具有钙钛矿晶体结构。在居里点(约130°C)温度以上呈立方体且钡(Ba)的位置位于点氧(O)位于晶面的中心钛 (Ti)位于晶体的中心。
当在居里点以下正常温度范围内一条晶轴 (C轴) 伸长约1%而其他晶轴缩短晶体变成四方晶格(如下页图2所示)。在这种情况下Ti4+离子将占据附近O2- 的位置而后者从晶体中心沿晶轴伸展的方向偏移0.12?。这种偏移导致正、负电荷的生点发生偏差造成极化现象。
极化现象是由于晶体结构的不对称造成的在不施加外电场或压力的情况下这种极化现象从一开始就存在。这种类型的极化称为自发性极化现象。
BaTiO3质陶瓷自发极化的方向 (Ti4+离子的位置) 在施加外部电场的情况下可以轻易逆转。这种具有自发极化现象且在外电场作用下逆转方向的能力专门称之为铁电现象。
老化的机理
BaTiO3质陶瓷宏观晶体的聚合体 (复晶型)直径比?m小一个数量级(如图3所示)。上述微观晶体称为晶粒。其晶体结构排列整齐 (见图1和2)。上述晶粒在温度低于居里点时可分成很多磁场在每个磁场内有一个共用方向因此自发性极化的方向也相同。
当BaTiO3质陶瓷加到到居里点以上时晶体结构经历了一个从四方晶系向立方晶体相变过程。随着自发性极化的进行上述磁场也逐渐消失。当晶体冷却到居里点以下时在居里点附近发生从立方晶系向四方晶系的相变过程。C轴沿轴线方向伸长1%。其他轴稍微收缩形成自发性极化和磁场同时晶粒受到其环境扭曲而产生的应力。在该点晶粒中产生若干小磁场利用一个低压电场可很容易将每个磁场的自发性极化进行逆转。因为相对介电常数与每单位何种的自发性极化的逆转是对应的其测量到的结果即为高电容量。
在电容器在居里点以下温度不带任何负载时在任何随机方向的磁场随时间的推移逐渐自我对正成为一个更大、能量更稳定的晶体 (图3: 90°磁场)并释放晶体扭曲产生的应力。另外边界层的空间电荷 (缓慢运动的离子和晶格空位)向外迁移。导致空间电荷发生极化。空间电荷的极化防止自发性极化发生逆转。换句话说自发性极化发生后随着时间的推移晶格重新对排列成一个更稳定的状态而空间电荷极化在边界层防止自发性极化发生逆转。在这种情况下我们需要利用高压电场使磁场的自发性极化发生逆转。这意味着电场电压越低发生逆转的磁场越少且电容值越低。这被认为是老化的机理当加热到居里点以上温度时晶体的微观结构也回到初始状态。当晶体冷却时老化过程重新开始。
