CN105469981A - 一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法 - Google Patents
一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为800～1000℃，真空高温环境的气压为0.099～0.2Pa。本发明所得薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极提高电介质的抗电强度，增大介电薄膜的介电常数，改善电极的抗氧化性，实现薄膜电容器高额定电压，可以使薄膜电容器体积小型化，满足产品高端化、轻量化的要求。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜电容器技术领域，尤其涉及一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法。
背景技术
薄膜电容器电性能的好坏，尤其是耐久寿命上电介质起着决定性作用。传统MPP电容器所采用的聚丙烯薄膜电介质介电常数为4.2，抗电强度为420VAC/μm，然后经过蒸镀和分切后，其抗电强度在设计上往往在70VAC/μm左右，在电容器使用寿命极限和抗过载性能突破上已成为瓶颈。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，提高电介质的抗电强度，增大介电薄膜的介电常数，改善电极的抗氧化性，实现薄膜电容器高额定电压，可以使薄膜电容器体积小型化，满足产品高端化、轻量化的要求。
本发明提出的一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为800～1000℃，真空高温环境的气压为0.099～0.2Pa。
优选地，粘合陶瓷粉按重量份包括：聚乙烯醇0.8～1.2份，纳米陶瓷粉23～27份。
优选地，粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨22～26h得到。
优选地，聚乙烯醇的聚合度为950～1050。
优选地，纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉80～85份，氧化硅8～11份，铝碳化硅20～25份，氧化铝12～15份，氮化铝5～8份，氮化硼2～3份，氧化硼3～6份，氧化锌2～4份，氧化钇1.5～2.5份，氧化镱0.2～0.5份，氧化镧0.1～0.2份。
本发明在聚丙烯薄膜材料表面经真空蒸镀粘合陶瓷粉，其中粘合陶瓷粉包括聚乙烯醇和纳米陶瓷粉，聚乙烯醇和纳米陶瓷粉在真空高温的状态下进行蒸发或升华，然后在聚丙烯薄膜表面析出；在真空蒸镀过程中，聚丙烯薄膜受热形成凹坑，由于聚乙烯醇熔点低，率先进行聚丙烯薄膜表面析出，而且聚乙烯醇结构中含有大量活性羟基，易于在凹坑中接枝形成核，从而均匀沉积在聚丙烯薄膜表面，而后纳米陶瓷粉开始在聚乙烯醇表面析出，然后纳米陶瓷粉析出后合并成整体，蒸镀纳米陶瓷粉使电容可以工作在高温高压环境下仍能保持高的介电常数，由于电容容量公式为C＝εs/d(ε为介电常数，s为电极重合有效面积，d为两极极板间距)，电容同体积外形实现的容量大小取决于电介质的介电常数大小，介电常数越大，同体积的电容量越大，提高了介质介电常数，相同容量的电容就可以缩小体积；同时由于聚乙烯醇的聚合度优选为950～1050，大大提高了蒸镀后的聚乙烯醇连续性好，致密度高，易于纳米陶瓷粉在聚乙烯醇沉积合并；而纳米陶瓷粉由微硅粉、氧化硅、铝碳化硅、氧化铝、氮化铝、氮化硼、氧化硼、氧化锌、氧化钇、氧化镱、氧化镧组成，在真空蒸镀过程中不仅通过蒸发或升华，然后在聚乙烯醇表面析出，而且在真空高温环境中烧结，其中氧化钇、氧化镱、氧化镧作为稀土氧化物，与氧化锌配合，有效控制晶粒生长速度，有利于促进粘合陶瓷层的致密性，提高粘合陶瓷层介质抗电强度，采用微硅粉和铝碳化硅相互配合，大大提高了抗氧化能力，弥补金属化聚丙烯与空气接触容易氧化导致电容早期击穿失效的缺陷；再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极，金属电极中的锌与陶瓷粉接触后，随着锌被氧化成氧化锌的成分增加，陶瓷的介电常数、击穿强度都随着增大，介电损耗减小，提高电容器的寿命。
本发明可大大增加电介质的介电常数，与现有单聚丙烯电介质相比具有更高的电容比率特性，可实现MPP电容器的制造小型化；而抗电强度提高至700～1200VAC/μm，设计电容保守抗电强度提高至120～240VAC/μm，可应用于超高压电容器制造，填补聚丙烯薄膜电介质在超高压电容器应用上的空白。
本发明所得薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的抗电强度是传统介电薄膜电极的2-3倍，故选取6μm的膜厚即可满足580VAC电压要求，而传统工艺往往需要8-10um的膜厚才能满足要求。以本发明制作的电容器尺寸可以做到50×85mm，而传统工艺的电容器尺寸则需要为55×110mm，以本发明制作的电容器能给其配套的电气元器件电路预留出了充足多余的空间，使电器小型化更容易实现。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为800℃，真空高温环境的气压为0.2Pa。
粘合陶瓷粉按重量份包括：聚合度为950的聚乙烯醇1.2份，纳米陶瓷粉23份。纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉85份，氧化硅8份，铝碳化硅25份，氧化铝12份，氮化铝8份，氮化硼2份，氧化硼6份，氧化锌2份，氧化钇2.5份，氧化镱0.2份，氧化镧0.2份。
粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨22h得到。
实施例2
本发明提出的一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为1000℃，真空高温环境的气压为0.1Pa。
粘合陶瓷粉按重量份包括：聚合度为1050的聚乙烯醇0.8份，纳米陶瓷粉27份。纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉80份，氧化硅11份，铝碳化硅20份，氧化铝15份，氮化铝5份，氮化硼3份，氧化硼3份，氧化锌4份，氧化钇1.5份，氧化镱0.5份，氧化镧0.1份。
粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨26h得到。
实施例3
本发明提出的一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为900℃，真空高温环境的气压为0.15Pa。
粘合陶瓷粉按重量份包括：聚合度为1000的聚乙烯醇1份，纳米陶瓷粉25份。纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉83份，氧化硅9份，铝碳化硅23份，氧化铝13.5份，氮化铝6.5份，氮化硼2.5份，氧化硼4.5份，氧化锌3份，氧化钇2份，氧化镱0.35份，氧化镧0.15份。
粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨24h得到。
实施例4
本发明提出的一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为850℃，真空高温环境的气压为0.18Pa。
粘合陶瓷粉按重量份包括：聚合度为1000的聚乙烯醇0.9份，纳米陶瓷粉26份。纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉82份，氧化硅10份，铝碳化硅22份，氧化铝14份，氮化铝6份，氮化硼2.7份，氧化硼4份，氧化锌3.5份，氧化钇1.8份，氧化镱0.4份，氧化镧0.12份。
粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨25h得到。
实施例5
本发明提出的一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为950℃，真空高温环境的气压为0.12Pa。
粘合陶瓷粉按重量份包括：聚合度为1000的聚乙烯醇1.1份，纳米陶瓷粉24份。纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉84份，氧化硅9份，铝碳化硅24份，氧化铝13份，氮化铝7份，氮化硼2.3份，氧化硼5份，氧化锌2.5份，氧化钇2.2份，氧化镱0.3份，氧化镧0.18份。
粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨23h得到。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，其特征在于，包括：将聚丙烯薄膜在真空高温环境中，将粘合陶瓷粉熔融蒸镀覆于聚丙烯薄膜表面，再将锌铝复合金属蒸镀覆于粘合陶瓷层表面得到薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极；其中真空高温环境的温度为800～1000℃，真空高温环境的气压为0.099～0.2Pa。
2.根据权利要求1所述薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，其特征在于，粘合陶瓷粉按重量份包括：聚乙烯醇0.8～1.2份，纳米陶瓷粉23～27份。
3.根据权利要求1或2所述薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，其特征在于，粘合陶瓷粉按如下工艺制备：将纳米陶瓷粉和聚乙烯醇混合后进行球磨22～26h得到。
4.根据权利要求1-3任一项所述薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，其特征在于，聚乙烯醇的聚合度为950～1050。
5.根据权利要求1-4任一项所述薄膜电容器用复合聚丙烯介电薄膜电极的制备方法，其特征在于，纳米陶瓷粉按重量份包括：微硅粉80～85份，氧化硅8～11份，铝碳化硅20～25份，氧化铝12～15份，氮化铝5～8份，氮化硼2～3份，氧化硼3～6份，氧化锌2～4份，氧化钇1.5～2.5份，氧化镱0.2～0.5份，氧化镧0.1～0.2份。
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