有机金属薄膜电容器的最大好处是它们具有自愈性,这使得这些电容器成为当今发展最快的电容器之一。
金属化薄膜电容器的自愈机制有两种:一种是放电自愈;另一种是放电自愈。另一种是电化学自愈。前者发生在较高的电压下,故又称高压自愈;因为后者也发生在非常低的电压下,所以通常被称为低压自愈。
为了说明放电自愈机制,假设两个金属化电极之间的有机膜存在缺陷,电阻为 R。根据缺陷的性质,它可能是金属缺陷、半导体缺陷或不良绝缘缺陷。显然,当缺陷是前者之一时,电容器将在低电压下自行放电。只有在后一种情况下,所谓的高压放电才会自行愈合。
放电自愈的过程是在对金属化薄膜电容器施加电压V后,立即有欧姆电流I=V/R通过缺陷。因此,电流密度J=V/Rπr2流过金属化电极,即越靠近缺陷区域(r越小),其在金属化电极内的电流密度越高。由于缺陷功耗W=(V2/R)r引起的焦耳热,半导体或绝缘缺陷的电阻R呈指数下降。因此,电流I和功耗W迅速增加,结果,在金属化电极非常接近缺陷的区域,电流密度J1=J=V/πr12急剧上升,其焦耳热可以熔化金属化电极。层,导致电极之间的电弧飞到这里。电弧迅速蒸发并甩掉熔融金属,形成没有金属层的绝缘隔离区。电弧熄灭,实现自愈。
由于放电自愈过程中产生的焦耳热和电弧,缺陷周围的介质和介质表面的绝缘隔离区不可避免地受到热损伤和电损伤,从而发生化学分解、气化和碳化,甚至发生机械损伤。
综上所述,要实现完美的放电自愈,需要保证缺陷周围有合适的局部环境,因此需要对金属化有机薄膜电容器的设计进行优化,以达到合理的介质围绕缺陷。缺陷、合适的金属化层厚度、密封环境以及合适的核心电压和容量。所谓完美放电自愈是:自愈时间很短,自愈能量小,对缺陷的隔离性极好,对周围电介质无损伤。为了达到良好的自愈性,有机薄膜的分子中应含有较低的碳氢原子比和适量的氧,这样当薄膜分子在自愈放电中发生分解时,不产生碳且不发生积碳以避免形成新的导电路径,而是产生CO2、CO、CH4、C2H2等气体以气体急剧上升来熄灭电弧。为了保证缺陷周围的介质在自愈时不被破坏,自愈能量不能太大,也不能太小,以去除缺陷周围的金属化层,形成绝缘(高阻)区,缺陷将被隔离,实现自愈。显然,所需的自愈能量与金属化层的金属、厚度和环境密切相关。因此,为了降低自愈能量,实现良好的自愈,采用低熔点金属对有机薄膜进行金属化处理。另外,金属化层不宜厚薄不均,尤其要避免划伤,否则,绝缘隔离区会变成树枝状,无法实现良好的自愈。CRE电容均采用正规薄膜,同时严格的来料检验管理,将不良薄膜堵在门口,使电容薄膜的质量得到充分保证。
这种自愈通常发生在低电压下的铝金属化薄膜电容器中。这种自愈的机理如下:如果金属化薄膜电容器的介质膜有缺陷,给电容器加电压后(即使电压很低),也会有很大的漏电现象。通过缺陷的电流,表现为电容器的绝缘电阻远低于技术条件规定的值。显然,在泄漏电流中存在离子电流和可能的电子电流。由于各种有机薄膜都有一定的吸水率(0.01%~0.4%),而且电容器在制造、储存和使用过程中可能会受潮,离子电流的很大一部分是O2-和H-离子。电解水产生的电流。O2离子到达AL金属化阳极后,与AL结合形成AL2O3,随着时间的推移逐渐形成AL2O3绝缘层覆盖和隔离缺陷,从而提高电容器的绝缘电阻,实现自愈。
显然,完成金属化有机薄膜电容器的自愈需要一定的能量。能量来源有两种,一种来自电源,另一种来自瑕疵段金属的氧化氮化放热反应,自愈所需的能量通常称为自愈能量。
自愈是金属化薄膜电容器最重要的特性,它带来的好处是主要的。但是,也有一些缺点,例如所用电容器的容量逐渐减小。如果容量在大量自愈下工作,会导致其容量和绝缘电阻明显下降,损耗角明显增大,电容器迅速失效。
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