陶瓷電容器分類(lèi)
陶瓷電容器又分為高頻瓷介電容器和低頻瓷介電容器兩種。具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器,用于高穩(wěn)定振蕩電路中,作為回路電容器。低頻瓷介電容器用在對(duì)穩(wěn)定性和損耗要求不高的 場(chǎng)合或工作頻率較低的回路中起旁路或隔直流作用,它易被脈沖電壓擊穿,故不能使用在脈沖電路中。高頻瓷介電容器適用于高頻電路。
多層陶瓷電容器常見(jiàn)小缺陷的規(guī)避方法
因其小尺寸、低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低成本、高可靠性和高紋波電流能力,多層陶瓷 (MLC) 電容器在電源電子產(chǎn)品中變得極為普遍。一般而言,它們用在電解質(zhì)電容器 leiu 中,以增強(qiáng)系統(tǒng)性能。相比使用電解電容器鋁氧化絕緣材料時(shí)相對(duì)介電常數(shù)為 10 的電解質(zhì),MLC 電容器擁有高相對(duì)介電常數(shù)材料 (2000-3000) 的優(yōu)勢(shì)。這一差異很重要,因?yàn)殡娙葜苯优c介電常數(shù)相關(guān)。在電解質(zhì)的正端,設(shè)置板間隔的氧化鋁厚度小于陶瓷材料,從而帶來(lái)更高的電容密度。
溫度和DC偏壓變化時(shí),陶瓷電容器介電常數(shù)不穩(wěn)定,因此我們需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中理解它的這種特性。高介電常數(shù)陶瓷電容器被劃分為 2 類(lèi)。圖 1 顯示了如何以 3 位數(shù)描述方法來(lái)對(duì)其分類(lèi),諸如:Z5U、X5R 和 X7R 等。例如,Z5U 電容器額定溫度值范圍為 +10 到 +85o C,其變化范圍為 +22/–56%。再穩(wěn)定的電介質(zhì)也存在一定的溫度電容變化范圍。
圖 1 :2類(lèi)電介質(zhì)使用 3 位數(shù)進(jìn)行分類(lèi)。注意觀察其容差!
當(dāng)我們研究偏壓電容依賴(lài)度時(shí),情況變得更加糟糕。圖 2 顯示了一個(gè) 22 uF、6.3伏、X5S 電容器的偏壓依賴(lài)度。我們常常會(huì)把它用作一個(gè) 3.3 伏負(fù)載點(diǎn) (POL) 穩(wěn)壓器的輸出電容器。3.3 伏時(shí)電容降低 25%,導(dǎo)致輸出紋波增加,從而對(duì)控制環(huán)路帶寬產(chǎn)生巨大影響。如果您曾經(jīng)在 5 伏輸出時(shí)使用這種電容器,則在溫度和偏壓之間,電容降低達(dá) 60% 之多,并且由于 2:1 環(huán)路帶寬增加,可能產(chǎn)生一個(gè)不穩(wěn)定的電源。許多陶瓷電容器廠商都沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明這一問(wèn)題。
圖 2:注意電容所施加偏壓變化而降低
陶瓷電容器的第二個(gè)潛在缺陷是,它們具有相對(duì)較小的電容和低ESR。在頻域和時(shí)域中,這會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。如果它們被用作某個(gè)電源的輸入濾波電容器,則它們很容易隨輸入互連電感諧振,形成一個(gè)振蕩器。要想知道是否存在潛在問(wèn)題,可將寄生互連電感估算為每英寸 15 nH,然后根據(jù)這兩篇文章介紹的方法把濾波輸出阻抗與電源輸入電阻進(jìn)行對(duì)比。第二個(gè)潛在問(wèn)題存在于時(shí)域中,我們可在以太網(wǎng)電源 (POE) 等系統(tǒng)中看到它們的蹤影。
在這些系統(tǒng)中,電源通過(guò)大互連電感連接至負(fù)載。負(fù)載通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟,并可能會(huì)使用陶瓷電容器構(gòu)建旁路。這種旁路電容器和互連電感可以形成一個(gè)高 Q諧振電路。由于負(fù)載電壓振鈴可以高達(dá)電源電壓的兩倍,因此在負(fù)載下關(guān)閉開(kāi)關(guān)會(huì)形成一個(gè)過(guò)電壓狀態(tài)。這會(huì)引起意外電路故障。例如,在 POE 中,負(fù)載組件的額定電壓變化可以高達(dá)電源額定電壓的兩倍。
第三個(gè)潛在缺陷的原因是陶瓷電容器為壓電式。也就是說(shuō),當(dāng)電容器電壓變化時(shí),其物理尺寸改變,從而產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲。例如,我們將這種電容器用作輸出濾波電容器時(shí)(存在大負(fù)載瞬態(tài)電流),或者在"綠色"電源中,其在輕負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)入突發(fā)模式。這種問(wèn)題的變通解決方案如下:
· 轉(zhuǎn)而使用更低介電常數(shù)的陶瓷材料,例如:COG 等。
· 使用不同的電介質(zhì),例如:薄膜等。
· 使用加鉛和表面貼裝技術(shù) (SMT) 組件,可緊密貼合印制線路板 (PWB)。
· 使用更小體積器件,降低電路板應(yīng)力。
· 使用更厚組件,降低施加電壓應(yīng)力和物理變形。
SMT陶瓷電容器存在的另一個(gè)問(wèn)題是,在PWB彎曲時(shí),由于電容器和 PWB 之間存在的熱膨脹系數(shù) (TCE) 錯(cuò)配,它們的軟焊接頭往往會(huì)裂開(kāi)。您可以采取一些預(yù)防措施來(lái)減少這種問(wèn)題的發(fā)生:
· 封裝尺寸限制為 1210。
· 使電容器遠(yuǎn)離高曲率地區(qū),例如:拐角區(qū)等。
· 使電容器朝向電路板短方向。
· 使電路板安裝點(diǎn)遠(yuǎn)離邊角。
· 在所有裝配過(guò)程均注意可能出現(xiàn)的電路板彎曲。
總之,如果您注意其存在的一些小缺點(diǎn),則相比電解電容器,多層陶瓷電容器擁有低成本、高可靠性、長(zhǎng)壽命和小尺寸等優(yōu)勢(shì)。它們具有非常寬的電容容差范圍,因此您需要對(duì)其溫度和偏壓變化范圍內(nèi)的性能進(jìn)行評(píng)估。它們均為壓電式,其意味著它們會(huì)在有脈沖電流的系統(tǒng)中產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的噪聲。最后,它們很容易出現(xiàn)破裂,因此我們必須采取預(yù)防措施來(lái)減少這一問(wèn)題的發(fā)生。所有這些問(wèn)題都有相應(yīng)的解決辦法。因此,MLC 電容器仍會(huì)變得越來(lái)越受歡迎。
這幾種是:Y5V,X5R,X7R,NPO(COG)
那么這些材質(zhì)代表什么意思呢?第一位表示低溫,第二位表示高溫,第三位表示偏差
Y5V表示工作在-30~+85度,整個(gè)溫度范圍內(nèi)偏差-82%~+22%
X5R表示工作在-55~+85度,整個(gè)溫度范圍內(nèi)偏差正負(fù)15%
X7R表示工作在-55~+125度,整個(gè)溫度范圍內(nèi)偏差正負(fù)15%
NPO(COG)是溫度特性最穩(wěn)定的電容器,電容溫漂很小(什么是溫漂?你上網(wǎng)查查),整個(gè)溫度范圍容量很穩(wěn)定,溫度也是-55~125度,適用于振蕩器,超高頻濾波去耦,但容量一般做不大,幾千個(gè)pF吧。
(1)表面層陶瓷電容器 電容器的微小型化,即電容器在盡可能小的體積內(nèi)獲得盡可能大的容量,這是電容器發(fā)展的趨向之一。對(duì)于分離電容器組件來(lái)說(shuō),微小型化的基本途徑有兩個(gè):①使介質(zhì)材料的介電常數(shù)盡可能提高;②使介質(zhì)層的厚度盡可能減薄。在陶瓷材料中,鐵電陶瓷的介電常數(shù)很高,但是用鐵電陶瓷制造普通鐵電陶瓷電容器時(shí),陶瓷介質(zhì)很難做得很薄。首先是由于鐵電陶瓷的強(qiáng)度低,較薄時(shí)容易碎裂,難于進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)操作,其次,陶瓷介質(zhì)很薄時(shí)易于造成各種各樣的組織缺陷,生產(chǎn)工藝難度很大。
表面層陶瓷電容器是用BaTiO3等半導(dǎo)體陶瓷的表面上形成的很薄的絕緣層作為介質(zhì)層,而半導(dǎo)體陶瓷本身可視為電介質(zhì)的串聯(lián)回路。表面層陶瓷電容器的絕緣性表面層厚度,視形成方式和條件不同,波動(dòng)于0.01~100μm之間。這樣既利用了鐵電陶瓷的很高的介電常數(shù),又有效地減薄了介質(zhì)層厚度,是制備微小型陶瓷電容器一個(gè)行之有效的方案。
右圖(a)為表面層陶瓷電容器的一般結(jié)構(gòu),(b)為其等效電路。在半導(dǎo)體陶瓷表面形成表面介質(zhì)層的方法很多,這里僅作簡(jiǎn)單介紹。在BaTiO3導(dǎo)體陶瓷的兩個(gè)平行平面上燒滲銀電極,銀電極和半導(dǎo)體陶瓷的接觸介面就會(huì)形成極薄的阻擋層。由于Ag是一種電子逸出功較大的金屬,所以在電場(chǎng)作用下,BaTiO3導(dǎo)體陶瓷與Ag電極的接觸介面上就會(huì)出現(xiàn)缺乏電子的阻擋層,而阻擋層本身存在著空間電荷極化,即介面極化。這樣半導(dǎo)體陶瓷與Ag電極之間的這種阻擋層就構(gòu)成了實(shí)際上的介質(zhì)層。
這種電容器瓷件,先在大氣氣氛中燒成,然后在還原氣氛中強(qiáng)制還原半導(dǎo)化,再在氧化氣氛中把表面層重新氧化成絕緣性的介質(zhì)層。再氧化層的厚度應(yīng)控制適當(dāng)。若氧化膜太薄,電極和陶瓷間仍可呈現(xiàn)pn結(jié)的整流特性,絕緣電阻和耐電強(qiáng)度都得不到改善。隨著厚度的逐漸增加,pn結(jié)的整流特性消失,絕緣電阻提高,對(duì)直流偏壓的依存性降低。但是,再氧化的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),否則可能導(dǎo)致陶瓷內(nèi)部重新再氧化而使電容器的容量降低。還原處理的溫度為800~1200℃,再氧化處理的溫度為500~900℃。經(jīng)還原處理后的陶瓷材料,絕緣電阻率可降至10~103Ω·cm,表面層的電阻率低于內(nèi)部瓷體的電阻率;薄瓷片的電阻率,一般比處理?xiàng)l件相同的較厚瓷體的電阻率低一些。由于再氧化處理形成的表面絕緣性介質(zhì)層的厚度比較薄,所以盡管其介電常數(shù)不一定很高,但是經(jīng)還原再氧化處理后,該表面層半導(dǎo)體陶瓷電容器的單位面積容量仍可達(dá)0.05~0.06μF/cm2。
(2)晶界層陶瓷電容器 晶粒發(fā)育比較充分的BaTiO3半導(dǎo)體陶瓷的表面上,涂覆適當(dāng)?shù)慕饘傺趸铮ɡ鏑uO或Cu2O、MnO2、Bi2O3、Tl2O3等),在適當(dāng)溫度下,于氧化條件下進(jìn)行熱處理,涂覆的氧化物將與BaTiO3形成低共溶液相,沿開(kāi)口氣孔和晶界迅速擴(kuò)散滲透到陶瓷內(nèi)部,在晶界上形成一層薄薄的固溶體絕緣層。這種薄薄的固溶體絕緣層的電阻率很高(可達(dá)1012~1013Ω·cm),盡管陶瓷的晶粒內(nèi)部仍為半導(dǎo)體,但是整個(gè)陶瓷體表現(xiàn)為顯介電常數(shù)高達(dá)2×104到8×104的絕緣體介質(zhì)。用這種瓷制備的電容器稱(chēng)為晶界層陶瓷電容器(boundarg layer ceramic capacitor),簡(jiǎn)稱(chēng)BL電容器。
(一)概述
隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展,迫切要求開(kāi)發(fā)擊穿電壓高、損耗小、體積小、可靠性高的高壓陶瓷電容器。近20多年來(lái),國(guó)內(nèi)外研制成功的高壓陶瓷電容器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、激光電源、磁帶錄像機(jī)、彩電、電子顯微鏡、復(fù)印機(jī)、辦公自動(dòng)化設(shè)備、宇航、導(dǎo)彈、航海等方面。
高壓陶瓷電容器的瓷料主要有鈦酸鋇基和鈦酸鍶基兩大類(lèi)。
鈦酸鋇基陶瓷材料具有介電系數(shù)高、交流耐壓特性較好的優(yōu)點(diǎn),但也有電容變化率隨介質(zhì)溫度升高、絕緣電阻下降等缺點(diǎn)。
鈦酸鍶晶體的居里溫度為-250℃,在常溫下為立方晶系鈣鈦礦結(jié)構(gòu),是順電體,不存在自發(fā)極化現(xiàn)象,在高電壓下鈦酸鍶基陶瓷材料的介電系數(shù)變化小,tgδ及電容變化率小,這些優(yōu)點(diǎn)使其作為高壓電容器介質(zhì)是十分有利的。
(二)制造工藝要點(diǎn)
(1)原料要精選
影響高壓陶瓷電容器質(zhì)量的因素,除瓷料組成外,優(yōu)化工藝制造、嚴(yán)格工藝條件是非常重要的。因此,對(duì)原料既要考慮成本又要注意純度,選擇工業(yè)純?cè)蠒r(shí),必須注意原料的適用性。
(2)熔塊的制備
熔塊的制備質(zhì)量對(duì)瓷料的球磨細(xì)度和燒成有很大的影響,如熔塊合成溫度偏低,則合成不充分。對(duì)后續(xù)工藝不利。如合成料中殘存Ca2 ,會(huì)阻礙軋膜工藝的進(jìn)行:如合成溫度偏高,使熔塊過(guò)硬,會(huì)影響球磨效率:研磨介質(zhì)的雜質(zhì)引入,會(huì)降低粉料活性,導(dǎo)致瓷件燒成溫度提高。
(3)成型工藝
成型時(shí)要防止厚度方向壓力不均,坯體閉口氣孔過(guò)多,若有較大氣孔或?qū)恿旬a(chǎn)生,會(huì)影響瓷體的抗電強(qiáng)度。
(4)燒成工藝
應(yīng)嚴(yán)格控制燒成制度,采取性能優(yōu)良的控溫設(shè)備及導(dǎo)熱性良好的窯具。
(5)包封
包封料的選擇、包封工藝的控制以及瓷件表面的清潔處理等對(duì)電容器的特性影響很大。岡此,必須選擇抗潮性好,與瓷體表面密切結(jié)合的、抗電強(qiáng)度高的包封料。目前,大多選擇環(huán)氧樹(shù)脂,少數(shù)產(chǎn)品也有選用酚醛脂進(jìn)行包封的。還有采取先絕緣漆涂覆,再用酚醛樹(shù)脂包封方法的,這對(duì)降低成本有一定意義。大規(guī)模生產(chǎn)線上多采用粉末包封技術(shù)。
為提高陶瓷電容器的擊穿電壓,在電極與介質(zhì)表面交界邊緣四周涂覆一層玻璃釉,可有效地提高電視機(jī)等高壓電路中使用的陶瓷電容器的耐壓和高溫負(fù)荷性能,如涂有一種硼硅酸鉛玻璃釉,可使該電容器在直流電場(chǎng)下的;蕾穿電壓提高1.4倍;在交流電場(chǎng)下的擊穿電壓提高1.3倍。
多層陶瓷電容器(Multilayer Ceramic Capacitor,MLCC)是片式元件中應(yīng)用最廣泛的一類(lèi),它是將內(nèi)電極材料與陶瓷坯體以多層交替并聯(lián)疊合,并共燒成一個(gè)整體,又稱(chēng)片式獨(dú)石電容器,具有小尺寸、高比容、高精度的特點(diǎn),可貼裝于印制電路板(PCB)、混合集成電路(HIC)基片,有效地縮小電子信息終端產(chǎn)品(尤其是便攜式產(chǎn)品)的體積和重量,提高產(chǎn)品可靠性。順應(yīng)了IT產(chǎn)業(yè)小型化、輕量化、高性能、多功能的發(fā)展方向,國(guó)家2010年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中明確提出將表面貼裝元器件等新型元器件作為電子工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。它不僅封裝簡(jiǎn)單、密封性好,而且能有效地隔離異性電極。MLCC在電子線路中可以起到存儲(chǔ)電荷、阻斷直流、濾波、禍合、區(qū)分不同頻率及使電路調(diào)諧等作用。在高頻開(kāi)關(guān)電源、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)電源和移動(dòng)通信設(shè)備中可部分取代有機(jī)薄膜電容器和電解電容器,并大大提高高頻開(kāi)關(guān)電源的濾波性能和抗干擾性能。
1.小型化
對(duì)于便攜式攝錄機(jī)、手機(jī)等袖珍型電子產(chǎn)品,需要更加小型化的MLCC產(chǎn)品。另一方面,由于精密印刷電極和疊層工藝的進(jìn)步,超小型MLCC產(chǎn)品也逐步面世和取得應(yīng)用。以日本矩形MLCC的發(fā)展為例,外形尺寸已經(jīng)從20世紀(jì)80年代前期的3216減小到現(xiàn)在的0603。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的MLCC主流產(chǎn)品是0603型,已突破了0402型MLCC大規(guī)模生產(chǎn)的技術(shù)難關(guān)。0201型MLCC已研制出樣品,產(chǎn)業(yè)化技術(shù)以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求均處于發(fā)育成熟階段,目前最小的020l型MLCC長(zhǎng)邊甚至不到500 μm。
2.低成本化——賤金屬內(nèi)電極MLCC
傳統(tǒng)的MLCC由于采用昂貴的鈀電極或鈀銀合金電極,其制造成本的70%被電極材料占去。包括高壓MLCC在內(nèi)的新一代MLCC,采用了便宜的賤金屬材料鎳、銅作電極,大大降低了MLCC的成本。但是賤金屬內(nèi)電極MLCC需要在較低的氧分壓下燒結(jié)以保證電極材料的導(dǎo)電性,而過(guò)低的氧分壓會(huì)帶來(lái)介質(zhì)瓷料的半導(dǎo)化傾向,不利于元件的絕緣性和可靠性。村田制作所先后開(kāi)發(fā)出幾種抗還原瓷料,在還原氣氛下燒結(jié),制成的電容器的可靠性可與原先使用貴金屬電極的電容器相媲美,這類(lèi)電容器一面世便很快進(jìn)入市場(chǎng)。目前,賤金屬化的Y5V組別電容器的銷(xiāo)量已占該組別MLCC的一半左右,另外正在尋求擴(kuò)大賤金屬電極在其他組別電容器上的應(yīng)用。
我國(guó)在這方面也有顯著進(jìn)展。清華大學(xué)與元器件廠商合作用化學(xué)方法制備高純鈦酸鋇納米粉(20~100 nm),通過(guò)受主摻雜和雙稀土摻雜構(gòu)建“核一殼”結(jié)構(gòu)來(lái)提高材料高溫抗還原性和實(shí)現(xiàn)溫度穩(wěn)定特性,研制出一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的溫度穩(wěn)定型高性能納米/亞微米晶抗還原鈦酸鋇瓷料,所研制的材料配方組成、制備方法具有獨(dú)創(chuàng)性,材料綜合性能居國(guó)際領(lǐng)先水平。其中高性能X7R(0302)賤金屬內(nèi)電極MLCC瓷料室溫相對(duì)介電常數(shù)高達(dá)3 000,陶瓷晶粒尺寸小于300 nm,容溫變化率小于±12%,介電損耗小于2.5×10-2,絕緣電阻率約為1013 Ω·cm。MLCC擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于70 MV/m。已制備出超薄層賤金屬內(nèi)電極MLCC產(chǎn)品,陶瓷介質(zhì)單層厚度約為3 μm。
3.大容量化、高頻化
一方面,伴隨半導(dǎo)體器件低壓驅(qū)動(dòng)和低功耗化,集成電路的工作電壓已由5 V降低到3 V和1.5 V;另一方面,電源小型化需要小型、大容量產(chǎn)品以替代體積大的鋁電解電容器。為了滿足這類(lèi)低壓大容量MLCC的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用,在材料方面,已開(kāi)發(fā)出相對(duì)介電常數(shù)比BaTiO3高1~2倍的弛豫類(lèi)高介材料。在開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品過(guò)程中,同時(shí)發(fā)展了三種關(guān)鍵技術(shù),即制取超薄生片粉料分散技術(shù)、改善生片成膜技術(shù)和內(nèi)電極與陶瓷生片收縮率相匹配技術(shù)。最近日本的松下電子組件公司成功研制出電容量最大為100μF,最高耐壓為25 V的大容量MLCC,該產(chǎn)品可用于液晶顯示器(LCD)的電源線路。
通信產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展對(duì)元器件的頻率要求越來(lái)越高。美國(guó)Vishay公司推出的Cer—F系列MLCC的高頻特性可以與薄膜電容器相媲美,在高頻段的某些應(yīng)用中可以替代薄膜電容器。而我國(guó)高頻、超高頻MLCC產(chǎn)品與國(guó)外仍有一定的差距,主要原因是缺乏基礎(chǔ)原料及其配方的研發(fā)力度。隨著技術(shù)不斷更新,現(xiàn)已不斷涌現(xiàn)出了低失真率和沖擊噪聲小的產(chǎn)品、高頻寬溫長(zhǎng)壽命產(chǎn)品、高安全性產(chǎn)品以及高可靠低成本產(chǎn)品。
據(jù)我所知,大容量陶瓷電容器的價(jià)格不貴,像深圳市索信電子有限公司的報(bào)價(jià)是280元,品牌是美志的,型號(hào)是MZS70XC50KV103K,材質(zhì)是陶瓷的;深圳市六朋電子有限公司的報(bào)價(jià)是380元,品牌是mzc,...
陶瓷電容器 (ceramic capacitor;ceramic condenser ) &...
陶瓷電容的原理,用高介電常數(shù)的電容器陶瓷〈鈦酸鋇一氧化鈦〉擠壓成圓管、圓片或圓盤(pán)作為介質(zhì),并用燒滲法將銀鍍?cè)谔沾缮献鳛殡姌O制成。它又分高頻瓷介和低頻瓷介兩種。具有小的正電容溫度系數(shù)的電容器,用于高穩(wěn)定...
它的外形以片式居多,也有管形、圓形等形狀。
陶瓷電容器是以陶瓷材料為介質(zhì)的電容器的總稱(chēng)。其品種繁多,外形尺寸相差甚大。按
使用電壓可分為高壓,中壓和低壓陶瓷電容器。按溫度系數(shù),介電常數(shù)不同可分為負(fù)溫度系數(shù)、正溫度系數(shù)、零溫度系數(shù)、高介電常數(shù)、低介電常數(shù)等。此外,還有I型、II型、III型的分類(lèi)方法。一般陶瓷電容器和其他電容器相比,具有使用溫度較高,比容量大,耐潮濕性好,介質(zhì)損耗較小,電容溫度系數(shù)可在大范圍內(nèi)選擇等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于電子電路中,用量十分可觀。
陶瓷材料具有優(yōu)越的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性質(zhì),可用作電容器介質(zhì)、電路基板及封裝材料等。
陶瓷材料是由氧化物或其他化合物制成坯體后,在接近熔融的溫度下,經(jīng)高溫焙燒制得的材料。通常包括原料粉碎、漿料制備、坯件成型和高溫?zé)Y(jié)等重要過(guò)程。陶瓷是一個(gè)復(fù)雜的多晶多相系統(tǒng),一般由結(jié)晶相、玻璃相、氣相及相界交織而成,這些相的特征、組成、相對(duì)含量及其分布情況,決定著整個(gè)陶瓷的基本性質(zhì)。
陶瓷中的晶相通常指那些大小不同、形狀不一、取向隨機(jī)的晶粒,晶粒的直徑通常為幾微米至幾十微米。晶相可以同屬一種化合物或一種晶系,也可以是不同化合物或不同晶系。陶聲中若存在兩種以上組成和結(jié)構(gòu)互不相同的晶粒時(shí),則稱(chēng)其為多晶相陶瓷,其中相對(duì)含量最多產(chǎn)品相稱(chēng)為主晶相,其他的稱(chēng)為副品相。其中主晶相的性能基本上決定了材料的性能,如相對(duì)f電常數(shù)、電導(dǎo)率、損耗及熱膨脹系數(shù)等。所以,要獲得性能良好的陶瓷,就必須選擇適當(dāng)?shù)模壕?。此外,還應(yīng)考慮晶粒的大小、均勻程度、晶粒取向、晶界形成及雜質(zhì)分布等情況。
晶粒間界是指兩個(gè)晶粒之間的過(guò)渡區(qū),在這個(gè)過(guò)渡區(qū)內(nèi),品格結(jié)構(gòu)的完整性或化學(xué)成分與晶粒體內(nèi)有顯著的區(qū)別。在晶粒間界上通常聚集著大量的位錯(cuò)、熱缺陷與雜質(zhì)缺陷,因而對(duì)陶瓷材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能有重大影響。
氣相一般分布于晶界、重結(jié)晶晶體內(nèi)和玻璃相中,它是陶瓷組織結(jié)構(gòu)中很難避免的一部分。其來(lái)源于燒成過(guò)程中各個(gè)晶粒之間不可能實(shí)現(xiàn)完全緊密的鑲嵌,玻璃相也不可能完全填充各個(gè)晶粒的空隙;也可能是由于坯料燒結(jié)時(shí)釋放出氣體而形成的氣孔。氣相會(huì)嚴(yán)重地影響陶瓷材料的電學(xué)性能、力學(xué)性能和熱學(xué)性能。一般希望陶瓷中氣相的含量越少越好。
陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)決定了材料的一系列力學(xué)性能和電學(xué)性能。一致的晶粒組成,微細(xì)晶粒的均勻分布及致密的燒結(jié)體,可使陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度和介電性能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。
陶瓷電容器(如圖所示)是在陶瓷基體兩面形成金屬層后焊接引線制成的,這些用作電容器的陶瓷材料被稱(chēng)為瓷介。
與其他電容器的介質(zhì)材料相比,介電陶瓷有如下特點(diǎn):
①介電常數(shù)和介電常數(shù)的溫度系數(shù)及其機(jī)械性能和熱物理性能可調(diào)控,且介電常數(shù)也較大。
②有些介電陶瓷(強(qiáng)介瓷,主要為鐵電瓷)的介電常數(shù)能隨電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化,可以用它制造非線性電容器,有時(shí)稱(chēng)為壓敏電容器。
③原料豐富,成本低,易于大量生產(chǎn)。
除表面層型和晶界層型瓷介外,瓷介最大的缺點(diǎn)是難以做得很薄,故使電容器的容量受到要大限制。此外,瓷介常含有氣隙,致使其抗電強(qiáng)度不高,一般不超過(guò)35kV/mm。
電容器瓷介有多種分類(lèi)方法。按用途可分為:1類(lèi)瓷,用于制造1類(lèi)(高頻)瓷介電容器;2類(lèi)瓷,用于制造2類(lèi)(鐵電)瓷介電容器;3類(lèi)瓷,用于制造3類(lèi)(半導(dǎo)體)瓷介電容器。其中相對(duì)介電常數(shù)較大(ε=12~600)的1類(lèi)瓷稱(chēng)為高介瓷;而把相對(duì)介電常數(shù)更高(ε=103~104)的2類(lèi)瓷稱(chēng)為強(qiáng)介瓷;而相對(duì)介電常數(shù)較低(ε<10.5)的3類(lèi)瓷稱(chēng)為低介瓷。高介瓷和低介瓷的tanδ很小,適合于制造高頻電路中的電容器,故稱(chēng)之為高頻瓷。由于強(qiáng)介瓷的tanδ大,只適合于制造低頻電路中應(yīng)用的電容器,因而又稱(chēng)之為低頻瓷。工程上一般采用混合分類(lèi)的方法,將電容器瓷分為高介瓷、強(qiáng)介瓷、獨(dú)石瓷和半導(dǎo)體晶界瓷。下面主要介紹幾種低介、高介瓷和強(qiáng)介瓷的性能特點(diǎn)。
滑石瓷是一種典型的低介瓷。滑石瓷是以天然滑石(3MgO·4SiO2·H2O)為主要原料制備而成的,故此取名滑石瓷。它的主晶相是原頑輝石,即偏硅酸鎂(MgO-SiO2)?;傻呐浞街谐饕煞只猓瑸楦倪M(jìn)工藝條件及改善瓷料的性能,還引進(jìn)了一系列的添加物,如黏土、菱鎂礦、碳酸鋇等。
滑石瓷是一種低介結(jié)構(gòu)陶瓷,屬于硅酸鹽中的MgO—Al2O3一SiO2系統(tǒng)?;傻奶攸c(diǎn)是介電常數(shù)很低,介質(zhì)損耗很小,工藝性能好,便于制造形狀復(fù)雜的零件。另外,它的礦源豐富,產(chǎn)品成本低,因此一直是應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)陶瓷之一。
滑石瓷的介電常數(shù)雖然不高,但它具有高的絕緣強(qiáng)度,而且高頻下的介質(zhì)損耗角正切值很低,其tanδ值可低達(dá)(3.5~4)×10-4,因而可用來(lái)制造各種小容量的高壓電容器、高壓大功率瓷介電容器?;蛇€具有較高的靜態(tài)抗彎強(qiáng)度、較小的線膨脹系數(shù)和較好的化學(xué)穩(wěn)定性?;蛇€可用于各種類(lèi)型的絕緣子、線圈骨架、高頻瓷軸、波段開(kāi)關(guān)、電子管座及電阻基體等。它可以用于制造絕大部分的結(jié)構(gòu)零件。
高介瓷的主要品種有金紅石瓷、鈦酸鈣瓷、鈦酸鎂系瓷、鈦酸鋯系瓷和鋯酸鹽瓷;強(qiáng)介瓷主要是以鈦酸鋇為主晶相的鈦酸鋇系瓷。
金紅石瓷又稱(chēng)二氧化鈦瓷,其主晶相為金紅石(TiO2),屬四方(正方)晶系。這種瓷料的相對(duì)介電常數(shù)約為80~90,介電常數(shù)的溫度系數(shù)αε為-(750~850)×10-6/℃,介質(zhì)損耗小,適合于制造高頻瓷介電容器。此外,這種瓷料的成型性能比其他高介電容器瓷好,因而也是制造大功率瓷介電容器的主要瓷料之一。
鈦酸鈣瓷以鈦酸鈣(CaTiO3)為主晶相,屬鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。這種瓷料的相對(duì)介電常數(shù)高,約140~150,介質(zhì)損耗小,約為(2~4)×10-4,它是一種常用的電容器陶瓷,可用于制造對(duì)容量穩(wěn)定性要求不高的槽路電容器、高頻旁路電容器和耦合電容器,還可作為各種電容器瓷料的溫度系數(shù)調(diào)節(jié)劑。鈦酸鈣瓷的相對(duì)介電常數(shù)很高,但介電常數(shù)的溫度系數(shù)卻為很大的負(fù)值,可以制造出一種相對(duì)介電常數(shù)與鈦酸鈣相當(dāng),而溫度系數(shù)卻和金紅石相當(dāng)?shù)拟佀徕}一鉍化合物一鈦酸鍶系瓷。
鈦酸鎂系瓷主要包括鈦酸鎂瓷、鈦酸鎂一鈦酸鈣系瓷、鈦酸鎂一鈦酸鑭一鈦酸鈣系瓷等。其中鈦酸鎂瓷主晶相為正鈦酸鎂(2MgO·TiO2)。相對(duì)介電常數(shù)約16~18,αε=(30±10)×10-6/℃,tanδ=(1~3)×10-4,很適于制造熱穩(wěn)定性高的瓷介電容器。
鈦酸鋯系瓷的主晶相是鈦酸鋯(ZrTiO3),這類(lèi)瓷具有良好的介電性能,介質(zhì)損耗小,在高溫下的介電性能及穩(wěn)定性優(yōu)于其他瓷介。
鋯酸鹽瓷的主要優(yōu)點(diǎn)是高溫介電性能比含鈦陶瓷高,含鈦的金紅石瓷、鈦酸鎂瓷等通常只能在85℃下工作。工作溫度太高且在直流電場(chǎng)作用下,含鈦陶瓷容易發(fā)生電化學(xué)老化,即絕緣電阻逐漸減小,介質(zhì)損耗逐漸增大,以致最后不能使用。鋯酸鹽瓷大部分能工作在155℃甚至更高溫度下,而很少發(fā)生電化學(xué)老化。在鋯酸鹽化合物中,適宜于制造高頻電容器的材料只有鋯酸鈣和鋯酸鍶兩種。
鈦酸鋇系瓷的相對(duì)介電常數(shù)很高(4 000~6 000),故又稱(chēng)強(qiáng)介瓷,這類(lèi)瓷主要是鐵電瓷。鐵電瓷的特點(diǎn)是相對(duì)介電常數(shù)隨外加電場(chǎng)強(qiáng)度的變化而改變,即具有非線性。根據(jù)非線性強(qiáng)弱??煞譃閺?qiáng)非線性瓷和弱非線性瓷。弱非線性瓷主要用作電容器介質(zhì),而制造電壓敏感電容器時(shí),則采用強(qiáng)非線性瓷。介電陶瓷主要用于制造體積很小、容量上限較大和用于低頻電路的電容器。因此,對(duì)它的主要要求首先是相對(duì)介電常數(shù)大及其溫度穩(wěn)定性好,其次才是抗電強(qiáng)度高和介質(zhì)損耗角正切值小等。而一般規(guī)律是相對(duì)介電常數(shù)越大的強(qiáng)介瓷,其非線性越強(qiáng),相對(duì)介電常數(shù)隨溫度的變化率也越大。
矩形片狀陶瓷電容器矩形電容命名方法有多種,常見(jiàn)的有:
(1)同內(nèi)矩形片狀陶瓷電容器矩形電容命名系列
代號(hào) 溫度特性容量 誤差耐壓包裝
CC3216 CH 151K 101WT
(2)美國(guó)Predsidio公司系列
代號(hào) 溫度特性 容量 誤差包裝
CCl206 NPO151JZT
與片狀電阻相同,以上代號(hào)中的字母表示矩形片狀陶瓷電容器,4位數(shù)字表示其長(zhǎng)、寬度,厚度略厚一點(diǎn),一般為1~2mm。
與片狀電阻相似,容量的前兩位表示有效數(shù),第3位表示有效數(shù)后零的個(gè)數(shù),單位為pF。如151表示150pF、1p5表示1.5pF。
誤差部分字母含義:C為±0.25pF,D為±0.5pF,F(xiàn)為±1 pF,J為±5pF,K為±10pF,M為±20pF,I為-20%~81%。
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評(píng)分: 4.4
陶瓷電容器基礎(chǔ)知識(shí)
介電體層電極陶瓷電容器顆粒電體層
民用直流高壓陶瓷電容器,主要應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備檢測(cè)儀器中。如X-RAY,CT機(jī),直流高壓發(fā)生器,主要做倍壓,分壓,耦合,載波等作用。直流高壓陶瓷電容器因使用場(chǎng)合不同,對(duì)電容器的選取亦不同。通常,Y5V,Y5U等低頻介質(zhì)陶瓷電容器只能應(yīng)用在1KHZ以內(nèi)的場(chǎng)合,主要是在工頻50HZ環(huán)境一應(yīng)用。Y5T,Y5P等II類(lèi)陶瓷電容器則可以在高頻(30KHZ~100KHZ)環(huán)境下應(yīng)用。N4700則可以應(yīng)用在550KHZ以上的高頻環(huán)境。材料等級(jí)越高,頻率范圍越高,比如說(shuō)NP0,N150,N750等,能在1GHZ以上應(yīng)用。
民用的直流高壓陶瓷電容器主要包括以下參數(shù):
1.電壓等級(jí);
2.容量等級(jí);
3.溫度系數(shù);
4.外觀尺寸;
5.頻率特性;
6.損耗因素;
7.絕緣電阻;
8.漏電流;
9.內(nèi)阻 。
JEC小編給大家?guī)?lái)了三種處理陶瓷電容器故障的方法,很多剛接觸陶瓷電容器的小白遇到故障的時(shí)候不會(huì)應(yīng)對(duì),看完本文闡述的相信大家都會(huì)有個(gè)大致的方向,下次遇見(jiàn)這種故障問(wèn)題都會(huì)熟心應(yīng)手。
方法一:當(dāng)陶瓷電容器爆炸著火時(shí),就立即斷開(kāi)電源,并用砂子和干式滅火器滅火。
方法二:當(dāng)陶瓷電容器的保險(xiǎn)熔斷時(shí),應(yīng)向調(diào)度匯報(bào),待取得同意后再拉開(kāi)陶瓷電容器的斷路器。切斷電源對(duì)其進(jìn)行放電,先進(jìn)行外部檢查,如套管的外部有無(wú)閃絡(luò)痕跡,外殼是否變形,漏油及接地裝置有無(wú)短路現(xiàn)象等,并搖測(cè)極間及極對(duì)地的絕緣電阻值,檢查陶瓷電容器組接線是否完整、牢固,是否有缺相現(xiàn)象,如未發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象,可換好保險(xiǎn)后投入。如送電后保險(xiǎn)仍熔斷,則應(yīng)退出故障陶瓷電容器,而恢復(fù)對(duì)其余部分送電。如果在保險(xiǎn)熔斷的同時(shí),斷路器也跳閘,此時(shí)不可強(qiáng)送。須待上述檢查完畢換好保險(xiǎn)后再投入。
方法三:陶瓷電容器的斷路器跳閘,而分路保險(xiǎn)未斷,應(yīng)先對(duì)陶瓷電容器放電三分鐘后,再檢查斷路器電流互感器電力電纜及陶瓷電容器外部等。若未發(fā)現(xiàn)異常,則可能是由于外部故障母線電壓波動(dòng)所致。經(jīng)檢查后,可以試投;否則,應(yīng)進(jìn)一步對(duì)保護(hù)全面的通電試驗(yàn)。通過(guò)以上的檢查、試驗(yàn),若仍找不出原因,則需按制度辦事,對(duì)陶瓷電容器逐漸進(jìn)行試驗(yàn)。未查明原因之前,不得試投。
以上就是陶瓷電容器的故障處理方法,處理故障也是有步驟的,要謹(jǐn)記,不要慌亂。工程可根據(jù)小編所說(shuō)的實(shí)地操作一下哦。
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