Конденсатори як незамінний елемент будь-яких електронних схем, від простих до самих складних. Вимоги до матеріалу з точки зору радіоелектроніки. Конденсатори з неорганічним, органічним та оксидним діелектриком. Види діелектриків, вихідні показники.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Зміст

• Вступ
• 1. Призначення матеріалу
• Вимоги до матеріалу з точки зору радіоелектроніки
• Сировина для виробництва матеріалу
• Конденсатори з неорганічним діелектриком
• Конденсатори з оксидним діелектриком
• Конденсатори з органічним діелектриком
• 2. Технологія одержання матеріалів з сировини
• Технологія одержання паперових діелектриків
• Технологія металізації
• 3. Основні технічні характеристики
• Види діелектриків
• Активні діелектрики
• Сегнетоелектрики
• П'єзоелектрики
• П'єзоелектричні матеріали
• Електрети
• Вихідні показники
• Перспективи й напрямки удосконалення матеріалів
• Висновок
• Список використаної літератури

Вступ

Конденсатори є незамінними елементом будь-яких електронних схем, від простих до самих складних. За два з половиною століття свого існування вони досить значно змінили свій вигляд і сьогодні відповідають всім вимогам передової технології. Такого рівня розвитку було досягнено завдяки безперервним дослідженням вчених всього світу, які проводилися у сфері розвитку матеріалів для виготовлення конденсаторів з оптимальним відношенням параметрів.

конденсатор діелектрик матеріал оксидний

1. Призначення матеріалу

Матеріали конденсаторів призначені для виготовлення конденсаторів. Металеві пластини накопичують і утримують заряд, і чим більша площа пластин, тим більший заряд вони можуть утримати. Від діелектричної проникності діелектрика між пластинами ємність конденсатора залежить прямопропорційно і обернено пропорційно залежить від його товщини. Тож метою розробок є створення матеріалу з високою діелектичною проникністю та високою пробивною напругою, для використання тоншого шару діелектрика.

Вимоги до матеріалу з точки зору радіоелектроніки

Можна сформулювати вимоги до використовуваних в конденсаторобудуванні діелектричних матеріалів. Основними з них є наступні:

Висока величина діелектричної проникності ;

Мала величина тангенса кута діелектричних втрат .

Високий опір ізоляції (мала величина струму витоку);

Висока електрична міцність - короткочасна, обумовлена ( - напруга пробою) і довгострокова, обумовлена з урахуванням зниження Епр діелектрика внаслідок деградаційних процесів протягом гарантованого терміну служби.

Висока стабільність властивостей діелектриків у робочому діапазоні температур і частот конденсатора.

Висока тимчасова стабільність функціональних властивостей діелектрика.

. Можливість одержання діелектричного матеріалу в тонких шарах на більших площах поверхні обкладинок.

Сировина для виробництва матеріалу

Як робочий діелектрик у конденсаторах використаються органічні й неорганічні матеріали.

В залежності від матеріалу робочого діелектрика всі конденсатори постійної ємності діляться на три класи:

конденсатори з неорганічним діелектриком;

конденсатори з оксидним діелектриком;

конденсатори з органічним діелектриком.

Розглянемо кожний із цих класів конденсаторів окремо.

Конденсатори з неорганічним діелектриком

В якості робочого діелектрика конденсатора цього типу використовується кераміка, скло та слюда. Електроди (обкладки) виготовляються в вигляді тонкого слою металу, впалюємого в діелектрик, або в вигляді тонкої металевої фольги. В якості матеріалу електродів конденсатора використовують тугоплавкі благородні метали - паладій, платину та їх сплави одного з іншим та з серебром Необхідність застосування дорогих металів викликана тим, що в процесі високотемпературного випалу кераміки із уже нанесеними електродами або одночасного з випалом кераміки впалення електродів, виробленого в повітряному середовищі, електроди з неблагородного металу окисляються й гублять високу провідність. Випал у газових середовищах, що захищає електроди з неблагородних металів від окислювання (наприклад, у водні, суміші З - З: і ін.). приводить, як правило, до істотної втрати керамікою ізоляційних властивостей.

Найбільш масовим типом є керамічні конденсатори. Частка їхнього випуску в загальному світовому випуску електричних конденсаторів становить більше 50 %. а в абсолютному вирахуванні обсяг виробництва керамічних конденсаторів перевищує 100 млрд. штук у рік.

Широке поширення керамічних конденсаторів обумовлено рядом їхніх достоїнств, у тому числі:

можливістю реалізації широкої шкали ємностей - від часток пікофарад до сотень мікрофарад:

високими й різноманітними експлуатаційними характеристиками:

простотою конструкції, що не вимагає спеціального корпуса, і пов'язаної із цим порівняно низькою вартістю:

конструктивною сумісністю з гібридними інтегральними схемами, плоскими модулями й іншими вузлами радіоелектронної апаратури, пристосованістю до прогресивних високопродуктивних методів монтажу компонентів

Конденсатори з оксидним діелектриком

Діелектриком конденсаторів цього класу є тонкі оксидні плівки Та2Nb2О5, Аl2 Nb2О3 й Nb2O5, формовані на поверхні відповідного металу, використовуваного в якості однієї з обкладок конденсатора - анода, методом електрохімічного оксидування й називані анодними оксидними плівками (АОП). По величині діелектричної проникності АОП уступають багатьом керамічним матеріалам: на частоті 1 кгц у Та2O5; = 27,6; в Аl2 Nb2О3 = 8.5; Nb205 = 41,4. Проте оксидні конденсатори, що реалізують ємність у системі метал - оксид металу - катодний матеріал, мають рекордно високі значення питомої ємності й питомого заряду. Своєю перевагою вони зобов'язані сполученню малої (субмікронної. мікронної) товщини діелектриків, що володіють при цьому високою електричною міцністю, і особливостям конструкції - спеціально розвитий поверхні анода й використанню катодного матеріалу, що забезпечує ефективну реалізацію в ємності площі оксидованого анода.

Конденсатори з органічним діелектриком

Конденсатори цього типу виготовляють звичайно намотуванням тонких довгих стрічок органічного діелектрика, розділених металевими електродами.

Протягом багатьох років як робочий діелектрик конденсаторів цього типу використалася головним чином спеціальний конденсаторний папір у вигляді довгих і тонких аркушів, просочена мінеральним маслом з метою заповнення повітряних пор і підвищення електричної міцності матеріалу (паперові конденсатори з фольговими електродами КБГ, БМ, БГМ, БМТ, КБГП й ін., металопаперові конденсатори із плівковими металевими електродами МБГП. МБГЦ. МБГО. МБМ й ін.).

Це було обумовлено рядом достоїнств конденсаторного паперу: високими міцнісними властивостями, дешевизною, можливістю створення на її основі широкої номенклатури конденсаторів по величинах номінальних напруг й ємності. Так. діапазон номінальних ємностей паперових конденсаторів становить від сотень пікофарад до сотень мікрофарад. Важливою особливістю роботи металопаперового конденсатора є його здатність до самовідновлення електричної міцності після пробою. У місцях пробою діелектрика виділяється енергія, достатня для розплавлювання й випару тонкого шару металу, у результаті чого пробита ділянка ізолюється й електрична міцність відновлюється.

Разом з тим, папір володіє й рядом недоліків, не прийнятних в умовах зрослих вимог до параметрів конденсаторів: точності й стабільності ємності, величині й стабільності постійній часу, коефіцієнту діелектричної абсорбції, тангенсу кута втрат й ін. Ці вимоги можуть бути задоволені при використанні як робочий діелектрик конденсаторів синтетичних високомолекулярних плівкових матеріалів, що володіють кращими характеристиками в порівнянні з папером.

2. Технологія одержання матеріалів з сировини

Технологія одержання паперових діелектриків

Важливою перевагою паперових діелектриків є те, що вони виробляються з поновлюваної сировини, а саме з деревної маси. Технологія готування складається з варіння тріски й обпилювань у лужному розчині з добавками. Целюлозні волокна розділяються, отримана пульпа згущується видаленням деякої кількості води, з неї видаляються металеві домішки. Потім потрібна прокатка між вальцями, при підвищеному тиску й температурі. Чим вище щільність паперу, тим вище як механічна, так й електрична міцність паперу. Самі тонкі й міцні папери використаються для виготовлення конденсаторів. Досить відзначити, що щільність конденсаторних паперів досягає 1.6 т/м3, тобто більш, ніж в 1.5 рази перевищує щільність води. При цьому електрична міцність паперу товщиною 10 мкм, просоченого трансформаторним маслом, становить до 10 МВ/см.

Технологія металізації

Плівкові конденсатори виготовляються методом металізації полімерної плівки діелектрика. У застосовуваною компанією AVX техно...