一种交流高压陶瓷电容器及其制备方法

专利名称：：一种交流高压陶瓷电容器及其制备方法
技术领域：
：本发明属于陶瓷电容器元器件
技术领域：
，涉及一种高压交流陶瓷电容器，本发明还涉及该陶瓷电容器的制备方法。
背景技术：
：交流高压大容量陶瓷电容器是指应用于高电压系统的瓷介质电容器。目前它主要应用于包括电动机、变压器等感性电流开断所造成的过电压防治的保护设备。过电压防护的主要设备有避雷器和阻容吸收器。避雷器只能限制过电压的幅值而对高频振荡过电压无能为力。而阻容吸收器能使高频振荡减弱甚至消除，从而保护电器设备的安全运行。目前阻容吸收器中的电容器有两种类型，浸油电容器和干式金属化电容器。前者因油存在泄漏污染以及易燃问题，限制了在高压电气设备中的应用，后者因绝缘强度及寿命方面的缺陷也影响了使用。而陶瓷电容器避免了以上缺陷并在体积小型化、性能稳定、寿命方面(约十倍于金属化电容器)有着其他电容器不可比拟的优势。据统计我国电动机消耗的电能占发电容量的50%以上，其中高压电动机占一半左右，总容量在150GW以上。因此陶瓷电容器将替代传统电容器用于过电压保护设备，具有十分广阔的市场。
发明内容本发明的目的是提供一种交流高压陶瓷电容器，具有大容量、低介质损耗、耐交流高压强度高、温度稳定性好的特点。本发明的另一目的是提供上述交流高压陶瓷电容器的制备方法，工艺简单，操作方便。本发明所采用的技术方案是，一种交流高压陶瓷电容器，包括包封在环氧包封层内依次相连接的若干电容，每个电容两端面都镀有银片并连接有铜电极，所述电容的数量为大于3以上的单数，并且所有排列在单数位置的电容的接入端互相连接，同时所有排列在单数位置的电容的接出端互相连接。本发明所述的交流高压陶瓷电容器，其特征还在于电容的介质材料由SrTi03、PbTi03、Bi203'nTiCVMgC03和Re(OH)3组成，SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02的总摩尔为100%，其中，SrTi03的摩尔百分比为68%80%，PbTi03的摩尔百分比为12%22%，^203'117102的摩尔百分比为8%15%;以SrTi03、PbTi03与Bi203nTi02三个组分的总质量为100%，MgC03的添加量为该三种组分总质量的lwt%5wt%，Re(OH)3的添加量为该三种组分总质量的0.1wt%1.5wt%。本发明所采用的另一技术方案是，一种上述的交流高压陶瓷电容器的制备方法，该方法按照以下步骤实施步骤1、配料电容介质材料的组分由SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02、MgCO"Re(OH)3组成，SrTi03、PbTi03、Bi203nTK)2的总摩尔为100%，其中，SrTi03的摩尔百分比为68%80%;PbTi03的摩尔百分比为12°/。22%;8"03'111102的摩尔百分比为8%15%;以SrTi03、PbTi03与Bi203nTi02三个组分的总质量为100%，MgC03的添加量为该三种组分总质量的lwt%5wt%，Re(OH)3的添加量为该三种组分总质量的0.1wt%1.5wt%;按照上述比例进行配比，称量好上述各原料组分，以去离子水为介质全部加入球磨机中球磨89小时后，使其粒度小于lpm后进行干燥使其各原料能够充分混合，得到粉料；步骤2、烧结将步骤l干燥后的粉料在90(rC115(TC的温度范围内，烧结60300分钟，自然冷却，得到烧结料；步骤3、造粒将步骤2得到的烧结料以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨67小时，达到粒度小于lpm后，进行喷雾造粒，得到料粒；步骤4、成型将步骤3得到的料粒在110Mpa士10Mpa的压强下进行干压成型，得到坯体；步骤5、坯体烧结将步骤4得到的坯体装入匣钵中，在120(TC1300T:的温度范围内，烧结180300分钟，自然冷却，得到瓷体即电容；步骤6、将步骤5得到的电容印银后在700°C75(TC的温度范围内烧银，在每个电容两端镀上银片及安装上铜电极；步骤7、包封将步骤6得到的若干电容按照以下连接关系将相关铜电极用导线连接起来将3个以上单数的电容依次连接，并且所有排列在单数位置的电容的接入端互相连接，同时所有排列在单数位置的电容的接出端互相连接，将连接好的电容结构放入包封模具中进行浇注，得到一层环氧包封层，即成。本发明的交流高压陶瓷电容器，具有大容量、低介质损耗、耐交流高压强度高、温度稳定性好、结构简单的特点。本发明的交流高压陶瓷电容器制备方法，操作步骤简单，操作方便，制作成本低.图1是本发明的高压交流陶瓷电容器实施例电路连接示意图；图2是本发明陶瓷电容器实施例结构示意图。图中，l.环氧包封层，2.导线，3.电容，4.铜电极，Cl、C2、C3、C4、C5为电容；a、b、c、d、e、f为电容接入端或接出端。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本发明是采用陶瓷电容器并联方式进行连接，根据并连电路中总电容量等于各并联电容量之和即C总K:i+C2+C3+C4+C5+.…+Cn，n的数量为大于3以上的单数。这种连接方式电场均匀、连接方便，并且避免了由于瓷体之间的间隙造成的表面闪络及局部放电量起始电压低的问题。图1是本发明陶瓷电容器实施例结构连接图。图中C1、C2、C3、C4、C5均为电容；a、b、c、d、e、f分别为电容的接入端或接出端连接点，本实施例的结构是，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5依次连接，并且电容Cl的接入端a、电容C2与电容C3的连接点c、电容C4与电容C5的连接点e互相连接，同时电容C1与电容C2的连接点b、电容C3与电容C4的连接点d、电容C5的接出端f互相连接。本发明陶瓷电容器根据需要可以设置更多组的电容，按照上述间隔并联的方式连接，满足不同的技术要求。图2是本发明陶瓷电容器实施例截面示意图。在环氧包封层1内是五个电容3，五个电容3即电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5，每个电容3两端面都镀有银片并连接有铜电极4，并且电容Cl的接入端、电容C2与电容C3的连接点、电容C4与电容C5的连接点互相连接，同时电容C1与电容C2的连接点、电容C3与电容C4的连接点、电容C5的接出端互相连接，所有电容3连接点之间连接的导线2均采用铜质导线。为了得到更高的介电常数、温度稳定、耐交流高电压，使得综合性能显著提高，本发明的高压交流陶瓷电容器电容3使用了一种介质材料，该介质材料的组分由SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02、MgC03、Re(OH)3组成，SrTi03、PbTi03、Bi203nTi()2的总摩尔为100%，其中，SrTi03的摩尔百分比为68%80°/。；PbTi03的摩尔百分比为12°/。22%;81203'111102的摩尔百分比为8%15%;以SrTi03、PbTi03与Bi203nTi02三个组分的总质量为100%，MgC03的添加量为该三种组分总质量的lwt%5wt%，Re(OH)3的添加量为该三种组分总质量的0.1wt%1.5wt%;其中Re选用钇Y、镧La、铈Ce、铌Nb或镝Dy中的一种或两种；原料选用电子级SrTi03、PbTi03、Bi203*nTi02、MgC03;并选用分析纯Re(OH)3;Bi203nTK)2中的l《n《5。本发明的高压交流陶瓷电容器的制造方法按照以下步骤实施步骤1、配料电容(3)介质材料的组分由SrTi03、PbTi03、Bi203*nTi02、MgCO,、Re(OH)3组成，SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02的总摩尔为100%，其中，SrTi03的摩尔百分比为68°/。80%;PbTi03的摩尔百分比为12%22%;Bi20"nTi02的摩尔百分比为8%15%;以SrTi03、PbTi03与Bi203nTi02三个组分的总质量为100%，MgC03的添加量为该三种组分总质量的lwt%5wt%，Re(OH)3的添加量为该三种组分总质量的0.1wt%1.5wt%，按照上述比例进行配比，称量好上述各原料组分，以去离子水为介质全部加入球磨机中球磨89小时后，使其粒度小于lpm后进行千燥使其各原料能够充分混合，得到粉料；步骤2、烧结将步骤l干燥后的粉料在90(rC115(TC的温度范围内，烧结60300分钟，自然冷却，得到烧结料；步骤3、造粒将步骤2得到的烧结料以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨67小时，达到粒度小于lpm后，利用喷雾干燥器进行喷雾造粒，得到料粒；步骤4、成型将步骤3得到的料粒在110Mpa士10Mpa的压强下进行干压成型，得到坯体；步骤5、坯体烧结将步骤4得到的坯体装入匣钵中，在1200。C1300"C的温度范围内，烧结180300分钟，自然冷却，得到瓷体即电容3;步骤6、将步骤5得到的电容3印银后在70(TC75(TC的温度范围内烧银，在电容3两端镀上银片及安装上铜电极4;步骤7、包封按照图1的连接关系将电容3即电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5的各个铜电极4用导线2连接起来，放入包封模具中进行浇注，得到一层环氧包封层1即成。本发明的高压交流陶瓷电容器介质材料优点在于配料一次合成不同于目前所采用的先合成主料，再加入辅料后二次合成，减少了工艺过程；粉料合成温度及坯体烧结低，本发明中粉料的合成温度只有900115(TC的温度范围，坯体烧结温度只有12001300°C，而一般粉料合成温度基本在1200。C以上，坯体烧结温度高于130(TC，节约能源效果显著。本发明方法得到的陶瓷电容器，在7000KV/50HZ条件下蜂疗介电常数高达4000以上，单片容量可达20nF，介质损耗小于30X10—4，交流击穿强度大于7KVAC/mm。实施例表1实施例1~6的组分及含量对照表(摩尔比含量单位均为％)实SrTi03PbTi03Bi203nTi02MgC03Re(OH)3施摩尔％摩尔％摩尔％Wt0/owt%例1702281Y(OH)3126820121.9Ce(OH)30.137514113.5La(OH)31.547317104Ce(OH)3La(OH)30.50.57510152.8DyOH)31.268010101.4Nb(OH)30.6注SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02三者合计总摩尔比为100%。首先，按照表1的组分及含量分别用电子天平称量，三个组分摩尔比是，SrTi03为68%80%PbTi03为12%22%Bi203nTi02为8%15%，三个组分总摩尔比为100%，总质量为100%;另外相对于该总质量添加lwt%5wt。/。的MgC03、0.1wty。1.5wty。的Re(OH)3。并在搅拌式球磨机中混合8小时，干燥后在950'C的温度，烧结180分钟，再次在搅拌式球磨机中球磨6小时后进行喷雾造粒，将造粒粒子利用110Mpa土10Mpa的压强压制成直径约116mm，厚度约16mm坯体，装入氧化锆匣钵中在1250。C温度烧结约240分钟后自然冷却得到电容3，在电容3两面被上银电极，在750'C烧银。在介质材料两面用双组分导电胶粘上铜电极4，按照图1的连接关系将电容元件电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5用导线2连接好后放入包封模具，用环氧树脂进行浇注即得。将实施例16得到的陶瓷电容器在额定条件下，使用下述方法测定各性能参数，包括电容量(Cap)、介质损耗(tg5)、直流绝缘电阻(NR)、交流耐受电压、局部放电量、交流电压特性、温度-容量特性，各组实施例的测试数据如表2所示。表2检测数据对照表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>使用西林高压电桥在7000V,50Hz条件下测试电容量(Cap)、介质损耗(tgS)。使用直流1000V电压测试直流绝缘电阻(NR)。使用高压局部放电量测试仪测试局部放电量。使用西林电桥在10015KVAC内以100VAC为基准的交流电压特性。使用交流高电压设备测试其交流耐受电压。使用西林电桥在7000VAC条件下以+25。C为基准，-25°0~+85°。的容量变化率。由表2的结果可知，使用本发明的陶瓷电容器在交流高压条件下具有大容器，低损耗，高耐压的特性、局部放电起始电压高、交流电压特性小、温度-容量变化率小；可以部分代替目前的浸油电容器和干式金属化电容器用于高电压设备。权利要求1、一种交流高压陶瓷电容器，包括包封在环氧包封层(1)内依次相连接的若干电容(3)，每个电容(3)两端面都镀有银片并连接有铜电极(4)，其特征在于所述电容(3)的数量为大于3以上的单数，并且所有排列在单数位置的电容的接入端互相连接，同时所有排列在单数位置的电容的接出端互相连接。2、根据权利要求1所述的交流高压陶瓷电容器，其特征在于所述电容(3)的介质材料由SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02、MgCOjRe(OH)3组成，SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02的总摩尔为100°/。，其中，SrTi03的摩尔百分比为68%80%，PbTi03的摩尔百分比为12%22%，81203*111102的摩尔百分比为8%15%;以SrTi03、PbTi03与Bi203nTi02三个组分的总质量为100%，MgC03的添加量为该三种组分总质量的lwt%5wt%，Re(OH)3的添加量为该三种组分总质量的0.1wt%1.5wt%。3、根据权利要求2所述的交流高压陶瓷电容器，其特征在于所述Re选用钇、镧、铈、铌或镝中的一种或两种。4、一种权利要求1所述的交流高压陶瓷电容器的制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤实施步骤1、配料电容(3)介质材料的组分由SrTi03、PbTi03、Bi203^1102、MgC03、Re(OH)3组成，SrTi03、PbTi03、Bi203nTi02的总摩尔为100%，其中，SrTi03的摩尔百分比为68%80%;PbTi03的摩尔百分比为12%22%;81203*111102的摩尔百分比为8%15°/。；以SrTi03、PbTi03与Bi203nTi02三个组分的总质量为100%，MgC03的添加量为该三种组分总质量的lwt%5wt%，Re(OH)3的添加量为该三种组分总质量的0.1wt%1.5wt%;按照上述比例进行配比，称量好上述各原料组分，以去离子水为介质全部加入球磨机中球磨89小时后，使其粒度小于l)am后进行干燥使其各原料能够充分混合，得到粉料；步骤2、烧结将步骤l干燥后的粉料在90(TC115(rC的温度范围内，烧结60300分钟，自然冷却，得到烧结料；步骤3、造粒将步骤2得到的烧结料以去离子水为介质，在搅拌磨中球磨67小时，达到粒度小于lpm后，进行喷雾造粒，得到料粒；步骤4、成型将步骤3得到的料粒在110Mpa士10Mpa的压强下进行干压成型，得到坯体；步骤5、坯体烧结将步骤4得到的坯体装入匣钵中，在120(TC1300。C的温度范围内，烧结180300分钟，自然冷却，得到瓷体即电容(3);步骤6、将步骤5得到的电容(3)印银后在70(TC75(TC的温度范围内烧银，在每个电容(3)两端镀上银片及安装上铜电极(4);步骤7、包封将步骤6得到的若干电容(3)按照以下连接关系将相关铜电极(4)用导线(2)连接起来将3个以上单数的电容(3)依次连接，并且所有排列在单数位置的电容的接入端互相连接，同时所有排列在单数位置的电容的接出端互相连接，将连接好的电容(3)结构放入包封模具中进行浇注，得到一层环氧包封层(1)，即成。全文摘要本发明公开了一种交流高压陶瓷电容器，包括包封在环氧包封层内依次相连接的若干电容，每个电容两端面都镀有银片并连接有铜电极，电容的数量为大于3以上的单数，并且所有排列在单数位置的电容的接入端互相连接，同时所有排列在单数位置的电容的接出端互相连接；电容的介质材料的组分及含量是由SrTiO₃、PbTiO₃、Bi₂O₃·nTiO₂、MgCO₃、Re(OH)₃按照一定配比组成。本发明还公开了上述陶瓷电容器的制备方法，经过烧结、造粒、成型、坯体烧结、烧银及安装电极、电路连接及包封等步骤，步骤简单，所制备的陶瓷电容器具有大容器、低损耗、高耐压、温度-容量变化率小等特性。文档编号H01G4/38GK101488396SQ20091002126公开日2009年7月22日申请日期2009年2月25日优先权日2009年2月25日发明者乔双健,团张申请人:西安健信电力电子陶瓷有限责任公司