CN104681273A - 一种新型高压陶瓷电容器电极及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种新型高压陶瓷电容器电极及其制备方法，该电极包括采用丝网印刷技术印刷在玻璃陶瓷片上下表面的活性焊料层和采用丝网印刷技术印刷在该活性焊料层表面的银浆层，由双面印刷有活性焊料和银浆的玻璃陶瓷片在空气气氛下烧结而成。该电极采用以下方法制得：采用丝网印刷技术在玻璃陶瓷片上下表面印刷活性焊料层，烘干后采用丝网印刷技术在该活性焊料层表面印刷银浆层，将双面印刷有活性焊料和银浆的玻璃陶瓷片在空气气氛下进行烧结形成致密无孔隙且导电性良好的电极。本发明可避免常规银浆电极-陶瓷界面孔隙带来的电场集中效应，提高高压陶瓷电容器直流电压击穿强度。本发明采用银浆保护焊料技术，制备得到致密无孔隙金属电极，工艺简单。

Description

一种新型高压陶瓷电容器电极及制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型高压陶瓷电容器电极及制备方法。

背景技术

玻璃陶瓷作为一种新型储能介电材料具有低缺陷无孔隙的结构特点，可显著提高材料的介电击穿场强，同时具有较高的介电常数。目前所研究玻璃陶瓷材料直流电压击穿强度可达40～50kV／mm，用这种材料制备的高压陶瓷电容器，直流耐压强度高，介电损耗低，电容温度稳定性好，如图1、2所示，可广泛应用在高压直流电源电路中，如X射线、激光器、电子加速器等高压电源。但是目前普遍采用的电极工艺是丝网印刷银电极，采用该工艺制备的银电极，由于烧结过程中有机粘结剂挥发，不可避免的在电极和陶瓷界面留下孔隙，如图3所示。而孔隙的存在导致电场畸变，在孔隙处产生电场集中，从而降低高压陶瓷电容器整体的击穿场强。

为了消除电极与玻璃陶瓷界面的孔隙，采用活性焊料真空焊接，可以在陶瓷表面形成致密无孔隙的金属层。但是由于活性焊料必须在真空环境下焊接，玻璃陶瓷在高温真空环境下脱氧严重，导致其介电性能恶化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型高压陶瓷电容器电极，采用该电极可避免常规银浆电极-陶瓷界面孔隙带来的电场集中效应，提高高压陶瓷电容器直流电压击穿强度。

本发明的另一目的在于提供一种所述新型高压陶瓷电容器电极的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新型高压陶瓷电容器电极，包括采用丝网印刷技术印刷在玻璃陶瓷片上下表面的活性焊料层和采用丝网印刷技术印刷在该活性焊料层表面的银浆层，由双面印刷有活性焊料和银浆的玻璃陶瓷片在空气气氛下烧结而成。

所述活性焊料为Ag／Cu／Ti系列焊膏。

一种所述新型高压陶瓷电容器电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)在抛光好的玻璃陶瓷圆片表面，采用丝网印刷技术，将活性焊料印在玻璃陶瓷表面；

(2)将丝网印刷后的玻璃陶瓷片烘干，在玻璃陶瓷片另一面用同样方法印刷活性焊料电极；

(3)将玻璃陶瓷片烘干后采用丝网印刷技术在活性焊料表面印刷银浆；

(4)将双面印刷好焊料、银浆的玻璃陶瓷片在750℃～900℃空气气氛下烧结40min，形成致密无孔隙且导电性良好的电极。

其中，所述步骤(1)、(2)中活性焊料烘干前的厚度为60μm。所述步骤(3)中银浆烘干前的厚度为20μm。

本发明的优点在于：

本发明选择活性钎料加银浆作为高压陶瓷电容器电极。活性钎料在高温条件下，一方面自身形成高电导率的电极，另一方面活性钎料与陶瓷介质发生化学反应，形成均匀致密的扩散层，从而实现活性钎料与陶瓷介质界面无缝连接，避免了电极-陶瓷界面孔隙。该技术在保证电极导电性要求的同时，进一步提高了高压陶瓷电容器的直流击穿强度。

本发明采用银浆保护焊料技术，将活性钎料在空气气氛中进行活性焊接制备致密金属电极，工艺简单，且有效避免了活性焊料的氧化。

附图说明

图1为玻璃陶瓷电容随温度变化曲线。

图2为玻璃陶瓷电容随频率变化曲线。

图3为采用现有的丝网印刷银电极工艺制备的银浆电极界面的SEM图。

图4为本发明实施例1制备的高压陶瓷电容器电极的电极界面的SEM图。

图5为采用本发明电极的高压陶瓷电容器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图3所示，本发明的高压陶瓷电容器电极包括印刷在玻璃陶瓷片1上下表面的活性焊料层2和印刷在该活性焊料层2表面的银浆层3。活性焊料层2和银浆层3均采用丝网印刷技术印刷。分别在银浆层烧制柱状铜电极，然后将整体封装在环氧树脂内，部分铜电极暴露在外，形成电容器。

本发明高压陶瓷电容器电极采用以下方法制得：采用丝网印刷技术在玻璃陶瓷片上下表面印刷活性焊料层，烘干后采用丝网印刷技术在该活性焊料层表面印刷银浆层，将双面印刷有活性焊料和银浆的玻璃陶瓷片在空气气氛下进行烧结形成致密无孔隙且导电性良好的电极。

具体地，通过以下步骤制备电极及含有该电极的电容器：

(1)在研磨抛光好的玻璃陶瓷圆片表面，采用丝网印刷技术将活性焊料印在玻璃陶瓷表面；

(2)将丝网印刷后的玻璃陶瓷片烘干，在玻璃陶瓷片另一面用同样方法印刷活性焊料电极；

(3)将玻璃陶瓷片烘干后采用丝网印刷技术在活性焊料表面印刷银浆；

(4)将双面印刷好焊料、银浆的玻璃陶瓷片进行烧结，形成致密无孔隙且导电性良好的电极；

(5)将经上述方式处理好的玻璃陶瓷片双面烧制柱状铜电极；

(6)将烧好铜电极的玻璃陶瓷圆片进行环氧树脂固态封装制备成电容器；

(7)将制备好的电容器放入变压器油中进行直流击穿强度的测试。

实施例1

在经过抛光的直径25mm，厚10mm的玻璃陶瓷圆片上，利用丝网印刷，在上下两面印制直径为25mm，厚度为60μm的Ag／Cu／Ti焊料(Ag：70.0％，Cu：28％，Ti：2％)，烘干后在焊料表面采用丝网印刷工艺印刷厚度为20μm的银浆。然后将介质置于马沸炉，850℃保温5min烧结成导电性好且界面无孔隙的电极，如图4所示，活性焊料与陶瓷介质界面无缝连接。接着在铜电极和陶瓷片间均匀涂敷一层低温银浆，170℃烧结30min，形成与陶瓷片结合牢固的铜电极。将上述烧结好铜电极的玻璃陶瓷圆片置于不锈钢模具中，浇铸环氧树脂，于135℃固化8小时，脱模后形成玻璃陶瓷高压电容器。

将封装后的陶瓷电容器，在变压器油介质中进行击穿强度测试，其直流击穿强度平均值为62kV／mm，较传统银浆电极(40kV／mm)有显著提高。

实施例2

在经过抛光的直径25mm，厚10mm的玻璃陶瓷圆片上，利用丝网印刷，在上下两面印制直径为25mm，厚度为60μm的Ag／Cu／Ti焊料(Ag：71.0％，Cu：28％，Ti：1％)，烘干后在焊料表面采用丝网印刷工艺印刷厚度为20μm的银浆。然后将介质置于马沸炉，900℃保温5min烧结成导电性好且界面无孔隙的电极。接着在铜电极和陶瓷片间均匀涂敷一层低温银浆，170℃烧结30min，形成与陶瓷片结合牢固的铜电极。将上述烧结好铜电极的玻璃陶瓷圆片置于不锈钢模具中，浇铸环氧树脂，于135℃固化8小时，脱模后形成玻璃陶瓷高压电容器。

将封装后的陶瓷电容器，在变压器油介质中进行击穿强度测试，其直流击穿强度平均值为57kV／mm，较传统银浆电极(40kV／mm)有显著提高。

实施例3

在经过抛光的直径25mm，厚10mm的玻璃陶瓷圆片上，利用丝网印刷，在上下两面印制直径为25mm，厚度为60μm的Ag／Cu／Ti／In焊料(Ag：60.0％，Cu：24％，Ti：2％，In：14％)，烘干后在焊料表面采用丝网印刷工艺印刷厚度为20μm的银浆。然后将介质置于马沸炉，750℃保温5min烧结成导电性好且界面无孔隙的电极。接着在铜电极和陶瓷片间均匀涂敷一层低温银浆，170℃烧结30min，形成与陶瓷片结合牢固的铜电极。将上述烧结好铜电极的玻璃陶瓷圆片置于不锈钢模具中，浇铸环氧树脂，于135℃固化8小时，脱模后形成玻璃陶瓷高压电容器。

将封装后的陶瓷电容器，随后在硅油介质中进行击穿强度测试，其直流击穿强度平均值为60kV／mm，较传统银浆电极(40kV／mm)有显著提高。

Claims (5)

1.一种新型高压陶瓷电容器电极，其特征在于，包括采用丝网印刷技术印刷在玻璃陶瓷片上下表面的活性焊料层和采用丝网印刷技术印刷在该活性焊料层表面的银浆层，由双面印刷有活性焊料和银浆的玻璃陶瓷片在空气气氛下烧结而成。

2.根据权利要求1所述的新型高压陶瓷电容器电极，其特征在于，所述活性焊料为Ag／Cu／Ti系列焊膏。

3.一种权利要求1所述的新型高压陶瓷电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在抛光好的玻璃陶瓷圆片表面，采用丝网印刷技术，将活性焊料印在玻璃陶瓷表面；

(2)将丝网印刷后的玻璃陶瓷片烘干，在玻璃陶瓷片另一面用同样方法印刷活性焊料电极；

(3)将玻璃陶瓷片烘干后采用丝网印刷技术在活性焊料表面印刷银浆；

(4)将双面印刷好焊料、银浆的玻璃陶瓷片在750℃～900℃空气气氛下烧结40min，形成致密无孔隙且导电性良好的电极。

4.根据权利要求3所述的新型高压陶瓷电容器电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、(2)中活性焊料烘干前的厚度为60μm。

5.根据权利要求3所述的新型高压陶瓷电容器电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中银浆烘干前的厚度为20μm。