DE102014105493B3

DE102014105493B3 - Glass ceramic capacitor with plastic encapsulation, and process for its preparation

Info

Publication number: DE102014105493B3
Application number: DE102014105493.8A
Authority: DE
Inventors: Jörn Besinger; Martin Letz; Nikolaus Schultz
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: WO2015158549A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kondensator, insbesondere geeignet für Hochspannungsanwendungen, umfassend zumindest einen Glaskeramikformkörper als Dielektrikum und zwei Metallelektroden, wobei die Metallelektroden in Form einer metallhaltigen Beschichtung auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Glaskeramikformkörpers aufgebracht sind, sowie eine zumindest in Teilbereichen auf den Glaskeramikformkörper aufgebrachte Haftvermittlerschicht, wobei der Glaskeramikformkörper und die Haftvermittlerschicht an der Grenzfläche über kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Der mit den Metallelektroden versehene Glaskeramikformkörper weist eine Ummantelung aus Kunststoff auf, wobei die Ummantelung den mit den Metallelektroden und der Haftvermittlerschicht beschichteten Glaskeramikformkörper umschließt, und wobei insbesondere an den nicht mit Elektroden beschichteten Seitenflächen des Glaskeramikformkörpers ein vollflächiger Verbund zwischen der Haftvermittlerschicht und dem Kunststoff vorhanden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Kondensators.The invention relates to a capacitor, in particular suitable for high voltage applications, comprising at least one glass ceramic shaped body as a dielectric and two metal electrodes, wherein the metal electrodes are applied in the form of a metal-containing coating on the opposite surfaces of the glass ceramic shaped body, as well as a primer layer applied at least in some areas on the glass ceramic shaped body the glass ceramic shaped body and the adhesion promoter layer are bonded together at the interface via covalent bonds. The glass-ceramic shaped body provided with the metal electrodes has a casing made of plastic, wherein the casing encloses the glass-ceramic shaped body coated with the metal electrodes and the bonding agent layer, and in particular on the non-electrode-coated side faces of the glass-ceramic shaped body there is a full-surface bond between the bonding agent layer and the plastic , Furthermore, the invention relates to a method for producing a corresponding capacitor.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Kondensatoren mit einer Glaskeramik als Dielektrikum. Im Speziellen betrifft die Erfindung einen Kondensator mit einer Glaskeramik als Dielektrikum und einer Kunststoffverkapselung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention generally relates to capacitors with a glass ceramic as a dielectric. In particular, the invention relates to a capacitor with a glass ceramic as a dielectric and a Kunststoffverkapselung and a method for its preparation.

Gebiet der ErfindungField of the invention

Aus dem Stand der Technik sind Kondensatoren bekannt, die als Dielektrikum eine Keramik aufweisen. Hierbei wird beispielsweise eine platten- oder scheibenförmig ausgebildete Keramik auf der Ober- und Unterseite mit einer metallischen Beschichtung versehen, welche als Elektroden dient.From the prior art capacitors are known, which have a ceramic as a dielectric. Here, for example, a plate or disk-shaped ceramic on the top and bottom is provided with a metallic coating, which serves as electrodes.

Um Überschläge zwischen den beiden Elektroden zu vermeiden, ist die derart beschichtete Keramik bzw. der Kondensator in einem elektrisch isolierenden Material derart eingebettet, dass das elektrisch isolierende Material eine Verkapselung des Kondensators bildet.To avoid flashovers between the two electrodes, the thus coated ceramic or the capacitor is embedded in an electrically insulating material such that the electrically insulating material forms an encapsulation of the capacitor.

Es sind aus dem Stand der Technik beispielsweise Kondensatoren bekannt, die in Öl eingebettet sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Kondensator mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff zu ummanteln. Kondensatoren mit einer derartigen Kunststoffverkapselung, d. h. Kunststoffummantelung können im Gegensatz zu Kondensatoren, die in Öl eingebettet sind, kompakter gebaut und somit leichter als elektronische Bauteile in verschiedenen Schaltungen eingesetzt werden. Aus der Druckschrift „ US 2005/0 259 381 A1 ” ist ein Hochspannungskondensator mit einem Formkörper aus einem dielektrischen Material und zwei Metallelektroden bekannt, die in Form einer metallhaltigen Beschichtung auf gegenüberliegenden Oberflächen des Formkörpers ausgebracht sind, wobei eine Ummantelung aus Kunststoff den mit den Metallelektroden beschichteten Formkörper umschließt. Aus der Druckschrift „ DE 10 2009 024 645 A1 ” ist ein glaskeramisches Dielektrikum bekannt, dass insbesondere aufgrund seiner hohen Dielektrizitätskonstante vorteilhaft in Hochleistungskondensatoren Anwendung findet.For example, capacitors which are embedded in oil are known from the prior art. Another possibility is to coat the capacitor with an electrically insulating plastic. Capacitors with such a plastic encapsulation, ie plastic encapsulation, in contrast to capacitors embedded in oil, are made more compact and thus easier to use than electronic components in various circuits. From the publication " US 2005/0 259 381 A1 "Is a high-voltage capacitor having a molded body of a dielectric material and two metal electrodes are known, which are applied in the form of a metal-containing coating on opposite surfaces of the shaped body, wherein a sheath of plastic surrounds the coated with the metal electrodes shaped body. From the publication " DE 10 2009 024 645 A1 "A glass-ceramic dielectric is known that is particularly advantageous in high-performance capacitors due to its high dielectric constant.

Der Abstand zwischen den Elektroden und somit die Dicke des Dielektrikums ist abhängig von der Durchschlagsfestigkeit des jeweiligen Dielektrikums. Die erforderliche Mindestdicke eines keramischen Dielektrikums führt dabei insbesondere bei der Verwendung der Kondensatoren im Hochspannungsbereich dazu, dass keramische Kondensatoren relativ dick und die Elektroden dementsprechend weit voneinander beabstandet sind.The distance between the electrodes and thus the thickness of the dielectric depends on the dielectric strength of the respective dielectric. The required minimum thickness of a ceramic dielectric leads, in particular when using the capacitors in the high voltage range, to the fact that ceramic capacitors are relatively thick and the electrodes are correspondingly widely spaced from one another.

Gleichzeitig besteht jedoch Bedarf an möglichst kompakten elektronischen Bauteilen. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung eines Dielektrikums mit einer höheren Durchschlagsfestigkeit ermöglicht werden. So kann die erforderliche Mindestdicke des Dielektrikums und somit die Größe des Kondensators erheblich verringert werden. Da mit der Verringerung der Dicke des Dielektrikums auch der Abstand zwischen den beiden Elektroden abnimmt, muss die Verkapselung eine entsprechend höhere Kriechstromfestigkeit aufweisen als bei einem konventionellen, keramischen Kondensator.At the same time, however, there is a need for compact electronic components as possible. This can be made possible for example by the use of a dielectric with a higher dielectric strength. Thus, the required minimum thickness of the dielectric and thus the size of the capacitor can be significantly reduced. Since with the reduction of the thickness of the dielectric also the distance between the two electrodes decreases, the encapsulation must have a correspondingly higher creep resistance than with a conventional, ceramic capacitor.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Kondensator bereit zu stellen, der neben einem Dielektrikum mit hoher Durchschlagsfähigkeit eine Verkapselung mit hoher Kriechstromfestigkeit aufweist und somit ein gegenüber dem Stand der Technik kompakterer Aufbau des Kondensators ermöglicht wird. Insbesondere ist ein entsprechender Kondensator auch für die Verwendung im Hochspannungsbereich geeignet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines entsprechenden Kondensators.It is therefore an object of the invention to provide a capacitor which, in addition to a dielectric with high breakdown capability, has an encapsulation with high tracking resistance and thus enables a more compact design of the capacitor than the prior art. In particular, a corresponding capacitor is also suitable for use in the high voltage range. Another object of the invention is to provide a method of making a corresponding capacitor.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

Kurzbeschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung betrifft einen Kondensator mit einem Glaskeramikformkörper als Dielektrikum. Die Glaskeramik ist bevorzugt platten- oder scheibenförmig ausgebildet, d. h. die Dicke der Glaskeramik ist klein in Relation zur Länge und Breite bzw. zum Radius. Auf der Ober- und Unterseite bzw. den gegenüberliegenden Oberflächen der Glaskeramik befindet sich jeweils eine Metallelektrode in Form einer metallhaltigen Beschichtung. Bevorzugt handelt es sich um eine silberhaltige Beschichtung. Alternativ oder zusätzlich kann die metallhaltige Beschichtung weitere Metalle wie Kupfer oder Aluminium enthalten. Die Elektroden weisen zudem eine Ab- bzw. Zuleitung für einen elektronischen Kontakt auf. Die Seitenflächen der Glaskeramik weisen keine Metallbeschichtung auf.The invention relates to a capacitor with a glass ceramic shaped body as a dielectric. The glass ceramic is preferably plate-shaped or disk-shaped, ie the thickness of the glass ceramic is small in relation to the length and width or to the radius. On the top and bottom or the opposite surfaces of the glass ceramic is in each case a metal electrode in the form of a metal-containing coating. It is preferably a silver-containing coating. Alternatively or additionally, the metal-containing coating containing other metals such as copper or aluminum. The electrodes also have a supply or supply line for an electronic contact. The side surfaces of the glass ceramic have no metal coating.

Die Glaskeramik zeigt dabei eine wesentlich höhere Durchschlagsfestigkeit, so dass Dielektrika mit geringen Dicken, beispielsweise relativ dünne Glaskeramikscheiben bzw. -platten werden können. Bevorzugt handelt es sich bei der eingesetzten Glaskeramik um eine Bariumtitanat oder eine bariumtitanathaltige Glaskeramik, beispielsweise eine Glaskeramik mit Bariumstronstiumtitanatphasen und/oder Bariumaluminiumtitanatphasen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Glaskeramik um eine strontiumtitanathaltige Glaskeramik. Auch die Verwendung einer Bariumzirkonat- oder Bariumaluminiumzirkonatglaskeramik ist möglich.The glass ceramic shows a much higher dielectric strength, so that dielectrics with small thicknesses, for example, relatively thin glass ceramic discs or plates can be. The glass ceramic used is preferably a barium titanate or a barium titanate-containing glass ceramic, for example a glass ceramic with barium strontium titanate phases and / or barium aluminum titanate phases. In a further embodiment of the invention, the glass ceramic is a strontium titanate-containing glass ceramic. The use of a barium zirconate or barium aluminum zirconate glass ceramic is also possible.

Die metallisierte Glaskeramik, d. h. Glaskeramik und Elektroden, wird von einer Kunststoffummantelung umschlossen. Die Kunststoffummantelung ist dabei in Form einer Beschichtung aufgebracht und verkapselt Dielektrikum und Elektroden,The metallized glass-ceramic, d. H. Glass ceramic and electrodes, is enclosed by a plastic sheath. The plastic coating is applied in the form of a coating and encapsulates the dielectric and electrodes,

Der erfindungsgemäße Kondensator ist insbesondere für die Verwendung im Hochspannungsbereich geeignet. Entsprechende Ausführungsformen weisen bevorzugt eine Dicke des Dielektrikums, d. h. der Glaskeramik im Bereich von 0,1 mm bis 20 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 0,15 bis 10 mm auf.The capacitor according to the invention is particularly suitable for use in the high voltage range. Corresponding embodiments preferably have a thickness of the dielectric, d. H. the glass-ceramic in the range of 0.1 mm to 20 mm, particularly preferably in the range of 0.15 to 10 mm.

Diese geringen Dicken werden erst durch die hohe Durchschlagsfestigkeit der Glaskeramik ermöglicht. Die geringe Dicke und damit der geringe Abstand der beiden Metallelektroden zueinander führt jedoch dazu, dass der Kriechweg verringert wird. Zudem ist die Oberfläche der Glaskeramik glatter als beispielsweise die Oberfläche einer herkömmlichen Keramik, was ebenfalls den Kriechweg verkürzt.These small thicknesses are made possible only by the high dielectric strength of the glass ceramic. The small thickness and thus the small distance between the two metal electrodes to each other, however, that the creepage path is reduced. In addition, the surface of the glass-ceramic is smoother than, for example, the surface of a conventional ceramic, which also shortens the creepage path.

Entsprechend werden an die Ummantelung des erfindungsgemäßen Kondensators in Bezug auf deren Kriechstromfestigkeit höhere Anforderungen gestellt, als an einen konventionellen Kondensator, d. h. einem Kondensator mit einem keramischen Dielektrikum.Accordingly, higher demands are placed on the sheath of the capacitor according to the invention with respect to its creepage current resistance, than to a conventional capacitor, i. H. a capacitor with a ceramic dielectric.

Insbesondere ist hierbei eine gute Benetzung der Glaskeramikoberfläche durch den Kunststoff der Ummantelung entscheidend. Daher bilden insbesondere die Seitenflächen der Glaskeramik und die Kunststoffummantelung einen vollflächigen Verbund, wobei die Kunststoffummantelung vorzugsweise an der Glaskeramik oder einer Zwischenschicht auf der Glaskeramik anhaftet. Des Weiteren hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn die Ummantelung die Glaskeramik sowie die darauf aufgebrachten Metallelektroden fest und schlüssig umhüllt, so dass zwischen der Ummantelung und den oben genannten Kondensatorbauteilen möglichst keine Gas- oder Feuchtigkeitseinschlüsse, welche den Kriechweg verkürzen können, vorhanden sind. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei bei der Ummantelung der Kondensatorbauteile die Verwendung eines Kunststoffes bzw. einer entsprechenden Vorstufe herausgestellt, bei dem durch Aushärten des Polymers und/oder durch Vernetzung ein Polymerisationsschrumpf auftritt. Während bei den meisten Anwendungen ein solcher Polymerisationsschrumpf gerade vermieden werden soll, werden in einer Ausführungsform der Erfindung die Komponenten der Ummantelung so gewählt, dass ein Polymerisationsschrumpf eintritt. Bevorzugt liegt der Polymerisationsschrumpf im Bereich von 0,6 bis 10%. Durch den Polymerisationsschrumpf zieht sich die Ummantelung zusammen, was einen Verbund zwischen Ummantelung und Glaskeramik begünstigt.In particular, in this case a good wetting of the glass ceramic surface by the plastic of the sheath is crucial. Therefore, in particular, the side surfaces of the glass ceramic and the plastic sheath form a full-surface composite, wherein the plastic sheath preferably adheres to the glass ceramic or an intermediate layer on the glass ceramic. Furthermore, it has been found to be particularly advantageous if the sheath tightly and conclusively surrounds the glass ceramic and the metal electrodes applied thereon, so that as far as possible no gas or moisture inclusions, which can shorten the creepage distance, are present between the sheath and the above-mentioned capacitor components , In the case of the sheath of the capacitor components, the use of a plastic or a corresponding precursor has proven to be particularly advantageous, in which polymerization shrinkage occurs by curing of the polymer and / or by crosslinking. While in most applications, such a polymerization shrinkage is just to be avoided, in one embodiment of the invention, the components of the sheath are chosen so that a polymerization shrinkage occurs. Preferably, the polymerization shrinkage is in the range of 0.6 to 10%. As a result of the polymerization shrinkage, the sheath contracts, which favors a bond between the sheathing and the glass ceramic.

Die Kriechstromfestigkeit kann zum einen durch die Dicke der isolierenden Ummantelung beeinflusst werden. Bevorzugt weist die Ummantelung eine Dicke im Bereich von 1 bis 15 mm, bevorzugt im Bereich von 3 bis 10 mm aufweist.The tracking resistance can be influenced on the one hand by the thickness of the insulating sheath. Preferably, the sheath has a thickness in the range of 1 to 15 mm, preferably in the range of 3 to 10 mm.

Je nach Anwendungsbereich des Kondensators ergeben sich unterschiedliche Anforderungen an den Kunststoff, beispielsweise bezüglich der Temperaturstabilität. So eigenen sich beispielsweise insbesondere Kondensatoren mit einer Ummantelung aus Silikonharz für Hochtemperaturanwendungen.Depending on the application of the capacitor, there are different requirements for the plastic, for example with regard to the temperature stability. For example, capacitors with a jacket of silicone resin are particularly suitable for high-temperature applications.

Die Wahl des in der Ummantelung verwendeten Kunststoffs trägt entscheidend zur Durchschlagsfestigkeit bei. Diese kann beispielsweise durch einen niedrigen dielektrischen Verlustfaktor tan δ und/oder durch eine hohe Dielektrizitätskontante ε_r des verwendeten Kunststoffs erreicht werden. In einer Variante der Erfindung wird daher ein Kunststoff mit einem tan δ bei 50 Hz und einer Temperatur von 23°C im Bereich von 0,3 bis 30, bevorzugt 0,3 bis 10, besonders bevorzugt von 0,3 bis 5 verwendet. Alternativ oder zusätzlich weist der Kunststoff in einer weiteren Variante der Erfindung eine Dielektrizitätskonstante ε_r (bei 23°C) von zumindest 3, bevorzugt von zumindest 4 und besonders bevorzugt von zumindest 10 auf. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt ε_r im Bereich von 4 bis 7.The choice of the plastic used in the sheath contributes significantly to the dielectric strength. This can be achieved for example by a low dielectric loss factor tan δ and / or by a high dielectric constant ε _{r of} the plastic used. In a variant of the invention, therefore, a plastic with a tan δ at 50 Hz and a temperature of 23 ° C in the range of 0.3 to 30, preferably 0.3 to 10, particularly preferably from 0.3 to 5 is used. Alternatively or additionally, in another variant of the invention, the plastic has a dielectric constant ε _r (at 23 ° C.) of at least 3, preferably of at least 4 and particularly preferably of at least 10. In one embodiment of the invention, ε _{r is} in the range of 4 to 7.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff vernetzt. Durch die Vernetzung kann beispielsweise die mechanische Festigkeit des Kunststoffs und damit der Ummantelung erhöht werden. Zudem erhöht sich durch die Vernetzung auch die Dichte des Kunststoffs, was sich vorteilhaft auf die Durchschlagsfestigkeit auswirken kann. Neben Duroplasten können jedoch auch thermoplastische Kunststoffe eingesetzt werden. In one embodiment of the invention, the plastic is crosslinked. By networking, for example, the mechanical strength of the plastic and thus the sheath can be increased. In addition, the density of the plastic increases due to the crosslinking, which can have an advantageous effect on the dielectric strength. In addition to thermosets but also thermoplastics can be used.

Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung einer Kunststoffummantelung mit einem Epoxydharz, einem Polyurethan oder eines Silikonharzes als polymere Komponente herausgestellt.The use of a plastic casing with an epoxy resin, a polyurethane or a silicone resin as a polymeric component has proved to be particularly advantageous.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kunststoff auch über Siloxaneinheiten vernetzt. Hierbei wird zur Vernetzung des Kunststoffes insbesondere ein organofunktionelles Silan eingesetzt, dass Bestandteil der Beschichtungszubereitung sein kann. Als besonders vorteilhaft haben sich dabei ungesättigte Silane, insbesondere Vinyl- und Methacryloxysilane herausgestellt. Diese können beispielsweise durch Copolymerisationsreaktionen, Endcapping oder Propfreaktionen an bzw. in die Polymerketten des Kunststoffs eingebaut werden. In Gegenwart von Wasser erfolgt eine Hydrolyse der Alkoxygruppen des Silans zu Silanolgruppen, welche durch Kondensatiosreaktionen ein Siloxannetzwerk ausbilden. Somit bietet die Verwendung von ungesättigten Silanen neben einer Vernetzung des Kunststoffs zusätzlich den Vorteil, dass durch die Hydrolysereaktion des Silans zudem der Restgehalt an Wasser in der Ummantelung reduziert wird, was sich vorteilhaft auf die Kriechstromfestigkeit der Ummantelung auswirkt. Somit fungieren die Silane nicht nur als Vernetzer, sondern auch als Wasserfänger. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur Vernetzung entsprechende α-Silane eingesetzt. Diese weisen besonders hohe Hydrolyse- und Kondensationsgeschwindigkeiten auf.In a preferred embodiment of the invention, the plastic is also crosslinked via siloxane units. Here, in particular, an organofunctional silane is used for crosslinking the plastic, which may be part of the coating preparation. Unsaturated silanes, in particular vinyl and methacryloxysilanes, have proven to be particularly advantageous. These can be incorporated, for example, by copolymerization reactions, endcapping or grafting reactions on or into the polymer chains of the plastic. In the presence of water, a hydrolysis of the alkoxy groups of the silane to silanol groups, which form a siloxane network by Kondensatiosreaktionen. Thus, in addition to crosslinking the plastic, the use of unsaturated silanes additionally offers the advantage that the residual content of water in the casing is also reduced by the hydrolysis reaction of the silane, which has an advantageous effect on the tracking resistance of the casing. Thus, the silanes act not only as crosslinkers, but also as water scavengers. In a preferred embodiment of the invention, corresponding α-silanes are used for crosslinking. These have particularly high hydrolysis and condensation rates.

Des Weiteren führt der Einsatz von organofunktionellen Silanen zu einer verbesserten Benetzbarkeit der Glaskeramik. So kann eine Anbindung des Silans an die Oberfläche der Glaskeramik wie auch der Metallelektroden unter Ausbildung von Siloxaneinheiten erfolgen. Bei Silanen mit hydrophoben Resten, beispielsweise in Form einer Alkylkette oder eines Polymers, führt dies zu einer Hydrophobisierung der Oberfläche und somit zu einer besseren Anhaftung der Kunststoffummantelung an die Glaskeramik. Das Silan fungiert somit auch als Haftvermittler.Furthermore, the use of organofunctional silanes leads to improved wettability of the glass ceramic. Thus, a connection of the silane to the surface of the glass ceramic as well as the metal electrodes to form siloxane units. For silanes with hydrophobic radicals, for example in the form of an alkyl chain or a polymer, this leads to a hydrophobization of the surface and thus to a better adhesion of the plastic coating to the glass ceramic. The silane thus acts as a primer.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Silan ausgewählt aus der Gruppe mit den Elementen Methyltrimethoxysilan, Methylriethoxysilan, Dimethyldimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan, Trimethylethoxysilan, Isooctyltrimethoxysilan, Isooctyltriethoxysilan, Hexadecyltrimethoxysilan, (Cyclyohexyl)methyldimethoxysilan, Dicyclopentyldimethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Triacetoxyethylsilan, 1,2-Bis(triethoxysilyl)ethan und/oder eine Mischung entsprechender Silane verwendet.In one embodiment of the invention, a silane is selected from the group comprising the elements methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, trimethylethoxysilane, isooctyltrimethoxysilane, isooctyltriethoxysilane, hexadecyltrimethoxysilane, (cyclohexyl) methyldimethoxysilane, dicyclopentyldimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, triacetoxyethylsilane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane and / or a mixture of corresponding silanes used.

Alternativ oder zusätzlich kann der organische Rest des Silans eine oder mehrere reaktive organofunktionelle Gruppen aufweisen, die eine kovalente Anbindung an das Polymer ermöglicht. Hierbei reagiert die reaktive organofunktionelle Gruppe des Silans mit einer funktionellen Gruppe des Polymers bzw. Präpolymers.Alternatively or additionally, the organic radical of the silane may have one or more reactive organofunctional groups which allow covalent attachment to the polymer. Here, the reactive organofunctional group of the silane reacts with a functional group of the polymer or prepolymer.

Insbesondere handelt es sich bei der organofunktionellen Gruppe um eine Amino-, eine Epoxy-, eine Methacryl-, eine Vinyl- eine Isocyanato- und/oder eine Mercaptogruppe. Das Silan ist somit sowohl mit der Oberfläche der Glaskeramik als auch mit dem Kunststoff der Ummantelung kovalent verbunden.In particular, the organofunctional group is an amino, an epoxy, a methacrylic, a vinyl, an isocyanato and / or a mercapto group. The silane is thus covalently bonded both to the surface of the glass ceramic and to the plastic of the sheath.

Gemäß dieser Ausführungsform wird als zumindest ein Silan ein Silan aus der Gruppe mit den Elementen N-(2-Aminoethyl)-3-amino-propyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-Cyclohexyl-3-amino-propyltrimethoxysilan, N-Cycloaminomethyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-(2-Aminomethylamino)-propyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Ureidopropyltrimethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyldimethoxymethylsilan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, (Methacryloxymethyl)-methyldimethoxysilan, Methacryloxymethyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriacetoxysilan, N-Methyl-3-(Trimethoxysilyl)propyl]carbamat, N-Dimethoxy(methyl)silylmethyl-O-methylcarbamat, Tris-[3-(trimethoxysilyl)propyl]-isocyanurat, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan und/oder deren Mischungen.According to this embodiment, at least one silane is a silane from the group comprising the elements N- (2-aminoethyl) -3-amino-propyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-cyclohexyl-3-amino- propyltrimethoxysilane, N-cycloaminomethyltriethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3- (2-aminomethylamino) -propyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-ureidopropyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyldimethoxymethylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriacetoxysilane, 3 Methacryloxypropyltrimethoxysilane, (methacryloxymethyl) methyldimethoxysilane, methacryloxymethyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriacetoxysilane, N-methyl-3- (trimethoxysilyl) propyl] carbamate, N-dimethoxy (methyl) silylmethyl-O-methylcarbamate, tris [3- (trimethoxysilyl) propyl] - isocyanurate, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane and / or mixtures thereof.

Das organofunktionelle Silan kann dabei der Beschichtungszubereitung zugegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche der Glaskeramik und/oder der Metallelektroden mit einem organofunktionellen Silan behandelt werden, so dass sich eine entsprechende Beschichtung auf der Oberfläche der Glaskeramik ausbildet. Durch die Reaktion des Silans mit Hydroxylgruppen der Glaskeramik ist die Beschichtung über Si-O-Bindungen kovalent mit der Glaskeramik verbunden. Die Glaskeramik bzw. die teilweise metallisierte Glaskeramik kann dabei vollständig mit der Beschichtung versehen werden oder die Beschichtung kann nur auf Teilbereichen der Glaskeramik erfolgen. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn zumindest die Seitenflächen der Glaskeramik mit dem organofunktionellen Silan behandelt werden. Die so behandelte Glaskeramik kann nachfolgend mit dem Kunststoff ummantelt werden, wobei die durch das Silan gebildete Siloxanbeschichtung als Haftvermittlerschicht fungiert. Somit weist der Kondensator in dieser Ausführungsform der Erfindung zumindest Teilbereiche auf, die zwischen der Glaskeramik bzw. den Metallelektroden und der Kunststoffummantelung eine Haftvermittlerschicht aufweisen. Die Haftvermittlerschicht hat eine Hydrophobisierung der behandelten Oberfläche zur Folge. Abhängig vom eingesetzten Silan kann die haftvermittelnde Wirkung der Haftvermittlerschicht vorwiegend auf van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen dem hydrophoben Rest des eingesetzten Silans und des Polymers der Kunststoffummantelung beruhen. Wird ein Silan verwendet, dessen reaktive organofunktionellen Gruppen kompatibel mit funktionellen Gruppen des zur Erzeugung der Kunststoffummantelung eingesetzten Polymers bzw. Präpolymers ist, so kann zudem eine kovalente Bindung zwischen der Haftvermittlerschicht und der Kunststoffummantelung erfolgen, was zu einem besonders festen Verbund der Kondensatorbauteile führt.The organofunctional silane can be added to the coating preparation. Alternatively or additionally, the surface of the glass ceramic and / or of the metal electrodes can be treated with an organofunctional silane, so that a corresponding coating is formed on the surface of the glass ceramic. As a result of the reaction of the silane with hydroxyl groups of the glass ceramic, the coating is covalently bonded to the glass ceramic via Si-O bonds. The glass ceramic or the partially metallized glass ceramic can be completely provided with the coating or the coating can only take place on portions of the glass ceramic. It has been found to be particularly advantageous if at least the side surfaces of the glass ceramic are treated with the organofunctional silane. The glass ceramic thus treated can subsequently be encased with the plastic, the siloxane coating formed by the silane acting as a primer layer. Thus, in this embodiment of the invention, the capacitor has at least partial regions which have a bonding agent layer between the glass ceramic or the metal electrodes and the plastic coating. The primer layer results in hydrophobization of the treated surface. Depending on the silane used, the adhesion-promoting effect of the primer layer can be based predominantly on van der Waals interactions between the hydrophobic residue of the silane used and the polymer of the plastic coating. If a silane is used whose reactive organofunctional groups are compatible with functional groups of the polymer or prepolymer used to produce the plastic coating, a covalent bond between the adhesion promoter layer and the plastic coating can additionally take place, resulting in a particularly strong bond of the capacitor components.

Die Anbindung der Haftvermittlerschicht an die Oberfläche der Glaskeramik kann dabei noch verbessert werden, wenn zumindest Teilbereiche der Glaskeramik eine SiO₂-haltige Schicht aufweisen. Durch die SiO₂-haltige Schicht wird die Anzahl der für die Kondensationsreaktion mit dem Silan zur Verfügung stehenden Hydroxy-Gruppen noch erhöht.The bonding of the adhesion promoter layer to the surface of the glass ceramic can be further improved if at least partial regions of the glass ceramic have a SiO ₂ -containing layer. The SiO ₂ -containing layer further increases the number of hydroxyl groups available for the condensation reaction with the silane.

In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Ummantelung zusätzlich anorganische Füllstoffe. Insbesondere handelt es sich bei der Ummantelung um ein Komposit mit einer polymeren Matrix und darin eingebetteten anorganischen Füllstoffen, wobei die polymere Matrix durch den Kunststoff gebildet wird. Durch die anorganischen Füllstoffe kann zum einen die mechanische Festigkeit der Ummantelung erhöht werden. Des Weiteren kann der Einsatz von anorganischen Füllstoffen dazu führen, dass die Durchschlagsfähigkeit der Ummantelung steigt. Dies kann insbesondere durch die Verwendung von Füllstoffen auf der Basis von Al₂O₃ erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ummantelung auch SiO₂-Partikel als Füllstoffe enthalten. Wird zudem wie bereits oben beschrieben ein organofunktionelles Silan als Vernetzer und/oder Haftvermittler verwendet, so kann bei oxydischen Füllstoffen ebenfalls eine kovalente Anbindung des Silans an die Oberfläche des Füllstoffes erfolgen. Somit kann eine Oberflächenmodifizierung des Füllstoffes bis hin zu einer kovalenten Anbindung des Füllstoffs an das Polymer über das Silan erfolgen. Dies kann beispielsweise zu einer erhöhten mechanischen und/oder chemischen Beständigkeit der Ummantelung führen.In one development of the invention, the sheath additionally contains inorganic fillers. In particular, the sheath is a composite having a polymeric matrix and inorganic fillers embedded therein, the polymeric matrix being formed by the plastic. By the inorganic fillers, on the one hand, the mechanical strength of the sheath can be increased. Furthermore, the use of inorganic fillers can increase the breakdown capability of the sheath. This can be done in particular by the use of fillers based on Al ₂ O ₃ . Alternatively or additionally, the sheath may also contain SiO ₂ particles as fillers. If, in addition, an organofunctional silane is used as crosslinker and / or adhesion promoter, as already described above, oxidative fillers can likewise be covalently bonded to the surface of the filler. Thus, a surface modification of the filler can take place up to a covalent attachment of the filler to the polymer via the silane. This can lead, for example, to an increased mechanical and / or chemical resistance of the casing.

Die Füllstoffe können Partikelgrößen im Bereich von 1 bis 100 μm aufweisen. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Ummantelung Füllstoffe mit Partikelgrößen im nm-Bereich, insbesondere im Bereich von 5 bis 200 nm.The fillers may have particle sizes in the range of 1 to 100 microns. In another embodiment of the invention, the casing contains fillers with particle sizes in the nm range, in particular in the range from 5 to 200 nm.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kondensators. Das Verfahren umfasst hierbei zumindest folgende Verfahrensschritte a) bis c):

a) Bereitstellen eines Glaskeramikformkörpers, insbesondere einer platten- oder scheibenförmigen Glaskeramik,
b) Aufbringen einer Metallbeschichtung auf der Ober- und Unterseite bzw. den gegenüberliegenden Oberflächen der Glaskeramik
c) Ummanteln der in Schritt b) beschichteten Glaskeramik mit einer Kunststoffbeschichtung durch Aufbringen einer Beschichtungszubereitung, wobei zumindest Teilbereiche der Glaskeramik einen vollflächigen Verbund mit der Kunststoffbeschichtung bilden.

Furthermore, the invention relates to a method for producing the capacitor according to the invention. The method comprises at least the following method steps a) to c):

a) providing a glass ceramic shaped body, in particular a plate-shaped or disc-shaped glass ceramic,
b) applying a metal coating on the top and bottom or the opposite surfaces of the glass ceramic
c) sheathing the coated in step b) glass ceramic with a plastic coating by applying a coating preparation, wherein at least portions of the glass ceramic form a full-surface composite with the plastic coating.

In Schritt b) wird eine metallhaltige Paste, bevorzugt eine silberhaltige Paste, auf der Ober- und Unterseite der Glaskeramik aufgebracht. Dies kann beispielsweise durch ein Druckverfahren oder durch Aufrakeln erfolgen. Die Paste enthält neben Metallpartikeln ein Anpastmedium, insbesondere ein Öl, sowie gegebenenfalls Glaspulver. Durch das Glaspulver kann die Haftung der metallischen Beschichtung auf der Glaskeramikoberfläche verbessert werden. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung eines Glaspulvers aus dem Grünglas der Glaskeramik herausgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Metallpaste Partikel weiterer Metalle, beispielsweise Kupfer- oder Aluminiumpartikel enthalten.In step b), a metal-containing paste, preferably a silver-containing paste, is applied to the top and bottom of the glass ceramic. This can be done for example by a printing process or by doctoring. The paste contains metal particles in addition to a Anpastmedium, in particular an oil, and optionally glass powder. By the glass powder, the adhesion of the metallic coating on the glass ceramic surface can be improved. In this case, the use of a glass powder from the green glass of the glass ceramic has proved to be particularly advantageous. Alternatively or additionally, the metal paste may contain particles of other metals, for example copper or aluminum particles.

Vor Aufbringen der Metallpaste kann die Glaskeramik vollständig oder in Teilbereichen gereinigt oder geätzt werden. Durch das Ätzen wird die Oberfläche zusätzlich aufgeraut, was zu einer verbesserten Anhaftung der Metallbeschichtung auf der Oberfläche führt.Before applying the metal paste, the glass ceramic can be completely or partially cleaned or etched. The etching additionally roughenes the surface, resulting in improved adhesion of the metal coating to the surface.

Alternativ oder zusätzlich kann in einem dem Verfahrensschritt a) vorgelagerten Schritt eine SiO₂-haltige Schicht auf der Glaskeramik abgeschieden werden. Dies kann beispielsweise durch Sputtern, ein CVD-Verfahren oder ein Sol-Gel-Verfahren erfolgen. Hierdurch kann, insbesondere in Verbindung mit einem organofunktionellen Silan, die Anhaftung der Kunststoffschicht auf der Glaskeramik verbessert werden.Alternatively or additionally, an SiO ₂ -containing layer can be deposited on the glass ceramic in a step preceding the method step a). This can be done, for example, by sputtering, a CVD Procedure or a sol-gel process done. In this way, in particular in conjunction with an organofunctional silane, the adhesion of the plastic layer to the glass ceramic can be improved.

In Schritt c) erfolgt die Ummantelung der in Schritt b) metallisierten Glaskeramik. In einer Variante wird die metallisierte Glaskeramik mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet. Hierbei kann die Beschichtung mit einem Tauchverfahren aufgebracht werden. Dazu wird der entsprechende Kunststoff auf eine Temperatur oberhalb der Glastemperatur aufgeschmolzen und die metallisierte Glaskeramik in den geschmolzenen Kunststoff getaucht. Durch Abkühlen erstarrt der Kunststoff und bildet so eine Kunststoffummantelung. Alternativ kann die Glaskeramik auch mit Hilfe eines Wirbelbettverfahrens beschichtet werden.In step c), the cladding of the metallized in step b) glass ceramic takes place. In one variant, the metallized glass ceramic is coated with a thermoplastic material. Here, the coating can be applied by a dipping process. For this purpose, the corresponding plastic is melted to a temperature above the glass transition temperature and the metallized glass ceramic is immersed in the molten plastic. By cooling, the plastic solidifies and forms a plastic coating. Alternatively, the glass-ceramic can also be coated by means of a fluidized bed process.

In einer weiteren Variante der Erfindung umfasst die Ummantelung einen duroplastischen Kunststoff. Hierzu wird eine Beschichtungszubereitung mit einem Präpolymer und einem Vernetzer aufgebracht. Insbesondere handelt es sich bei der Beschichtungszubereitung um ein Zwei-Komponenten-Gießharz. Das Gießharz kann weitere Additive, beispielsweise zur Beschleunigung der Vernetzungsreaktion enthalten. Die Verkapselung kann insbesondere durch ein Vakuum-Gussverfahren oder ein automatisches Druckgelier-Verfahren aufgebracht werden.In a further variant of the invention, the sheath comprises a thermosetting plastic. For this purpose, a coating preparation with a prepolymer and a crosslinker is applied. In particular, the coating composition is a two-component casting resin. The casting resin may contain further additives, for example to accelerate the crosslinking reaction. The encapsulation may in particular be applied by a vacuum casting method or an automatic pressure gelling method.

Eine Aushärtung des Harzes erfolgt durch Polymerisation und/oder Vernetzung. Die Beschichtungszubereitung kann bei Raumtemperatur gehärtet werden. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Beschichtungszubereitung heiß härtend ist.Curing of the resin takes place by polymerization and / or crosslinking. The coating composition can be cured at room temperature. Another embodiment provides that the coating composition is hot curing.

Zusätzlich kann die Beschichtungszubereitung anorganische Füllstoffe, beispielsweise SiO₂ oder Al₂O₃ aufweisen. Der Füllstoffgehalt liegt bevorzugt im Bereich von 50 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 55 bis 68 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungsmasse.In addition, the coating composition may comprise inorganic fillers, for example SiO ₂ or Al ₂ O ₃ . The filler content is preferably in the range of 50 to 75 wt .-%, particularly preferably in the range of 55 to 68 wt .-% based on the total weight of the coating composition.

In einer Variante der Erfindung umfasst die Beschichtungszubereitung ein Epoxydgießharzsystem. Die Beschichtungszubereitung umfasst in dieser Variante als Präpolymer ein Epoxydharz sowie einen Härter, bevorzugt ein Anhydrid oder Amin. Insbesondere weist das Präpolymer eine Epoxydzahl (nach ISO 3001) im Bereich von 2 bis 3 Eq/kg, bevorzugt im Bereich von 2,2 bis 2,35 Eq/kg auf.In a variant of the invention, the coating composition comprises an epoxy casting resin system. In this variant, the coating preparation comprises as prepolymer an epoxy resin and a hardener, preferably an anhydride or amine. In particular, the prepolymer has an epoxide number (according to ISO 3001) in the range of 2 to 3 Eq / kg, preferably in the range of 2.2 to 2.35 Eq / kg.

In einer Ausführungsform enthält die Beschichtungszubereitung ein Epoxydharz auf Basis von Bisphenol A. Hierbei kann es sich um ein lösemittelfreies Epoxydharz handeln, jedoch kann auch abhängig von der gewünschten Viskosität der Beschichtungszubereitung ein Reaktivverdünner als Lösungsmittel eingesetzt werden. Der in der Beschichtungszubereitung enthaltene Härter ist in dieser Ausführungsform ein Härter auf Anhydridbasis. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Beschichtungszubereitung als Präpolymer ein cycloaliphatisches Epoxydharz und/oder ein Epoxydharz mit erhöhter Schlagzähigkeit enthält.In one embodiment, the coating composition contains an epoxy resin based on bisphenol A. This may be a solvent-free epoxy resin, but depending on the desired viscosity of the coating formulation, a reactive diluent may also be used as the solvent. The curing agent contained in the coating composition is an anhydride-based curing agent in this embodiment. A further embodiment provides that the coating preparation contains as prepolymer a cycloaliphatic epoxy resin and / or an epoxy resin with increased impact strength.

Als vorteilhaft hat sich beispielsweise die Verwendung folgender Zweikomponenten-Epoxydharz-Gießsysteme der Firma Huntsman umfassend ein Präpolymer sowie einen Härtner, d. h. Vernetzer sowie gegebenenfalls anorganische Füllstoffe herausgestellt: Präpolymer Vernetzer CW 5730 N HY 5731 CW 1446 BDF HY 2919 CW 2250 HY 2919 CW 1116-1 XW 1257-1 CW 1116-1 HY 2919 CW 1491 BD HW 1491 BD CW 2122-1 HY 2123 CW 2122-1 HY 2901-1 XB 5763 HY 5726 CW 5725 HY 5726 CW 5742 HY 5726 CW 1195-1 HW 1196 CW 229-3 HW 229-1 For example, the use of the following two-component epoxy resin casting systems from Huntsman comprising a prepolymer and a curing agent, ie crosslinking agents and optionally inorganic fillers, has proved to be advantageous. prepolymer crosslinkers CW 5730 N HY 5731 CW 1446 BDF HY 2919 CW 2250 HY 2919 CW 1116-1 XW 1257-1 CW 1116-1 HY 2919 CW 1491 BD HW 1491 BD CW 2122-1 HY 2123 CW 2122-1 HY 2901-1 XB 5763 HY 5726 CW 5725 HY 5726 CW 5742 HY 5726 CW 1195-1 HW 1196 CW 229-3 HW 229-1

Bei diesen Beschichtungszubereitungen handelt es sich um heiß härtende Epoxydharz-Gießsysteme, d. h. die Vernetzung findet bei diesen Systemen bei erhöhten Temperaturen statt. Es können auch solche Epoxydharz-Gießsysteme verwendet werden, die bei Raumtemperatur aushärten, beispielsweise folgende Systeme der Firma Huntsman: Präpolymer Vernetzer CW 1312 HY 1300 CW 1302 HY 1300 CW 2243-2L HY 1872 CW 2243-2L HY 842 CW 2245 HY 2966 CW 2245 HY 956 EN CW 2248 HY 956 EN CW 2249 HY 2851 XB 2252 XB 2253 CW 2250-1 HY 2251 CW 5730 N HY 2966 DBF HY 2966 DBF HY 842 DBF HY 956 DBF HY 951 CY 220-1 HY 956 CY 221 HY 842 CY 221 HY 2967 CY 221 HY 2966 CY 221 HY 956 CY 223 HY 956 F HY 956 MY 740 HY 840-1 MY 740 HY 956 These coating formulations are hot curing epoxy resin casting systems, ie, crosslinking occurs at elevated temperatures in these systems. It is also possible to use epoxy resin casting systems which cure at room temperature, for example the following Huntsman systems: prepolymer crosslinkers CW 1312 HY 1300 CW 1302 HY 1300 CW 2243-2L HY 1872 CW 2243-2L HY 842 CW 2245 HY 2966 CW 2245 HY 956 EN CW 2248 HY 956 EN CW 2249 HY 2851 XB 2252 XB 2253 CW 2250-1 HY 2251 CW 5730 N HY 2966 DBF HY 2966 DBF HY 842 DBF HY 956 DBF HY 951 CY 220-1 HY 956 CY 221 HY 842 CY 221 HY 2967 CY 221 HY 2966 CY 221 HY 956 CY 223 HY 956 F HY 956 MY 740 HY 840-1 MY 740 HY 956

Des Weiteren kann die Beschichtungzubereitung weitere Additive wie z. B. Additive zur Erhöhung der Elastizität des Epoxydharzes (Flex) oder zur Beschleunigung der Vernetzung (Beschleuniger) enthalten. Beispiele für derartige Beschichtungszubereitungen sind folgende Systeme der Firma Huntsman: Präpolymer Vernetzer Flex Beschleuniger Füllstoff Araldite^® HY 905 DY 040 DY 061 SiO₂ CY 5980 HY 5980 DY 040 DY 061 SiO₂ CY 5936 HY 5945 SiO₂ CY 5948 HY 5945 SiO₂ CW 229-3 HW 229-1 CY 5995 HY 5996 SiO₂ CY 5995 HY 925 SiO₂ CY 5995 HY 227 SiO₂ CY 228-1 HY 918 DY 062 SiO₂ CY 228-1 HY 918 DY 045 DY 062 SiO₂ CY 225 HY 925 SiO₂ CY 225 HY 225 SiO₂ CY 225 HY 227 SiO₂ CT 5900 HT 901 SiO₂ CT 5900 HT 903-1 SiO₂ CT 5900 HT 923 SiO₂ XB 5900 XB 5951 XB 5915 XB 5916 CY 184 HT 907 DY 071 SiO₂ CY 184 HY 1235 DY 062 SiO₂ CY 184 HY 1235 DY 062 SiO₂ CY 184 HY 1235 DY 044 DY 062 SiO₂ CY 5622 HY 1235 DY 062 SiO₂ XB 5918-3 XB 5919-3 DY 062 XB 5957 XB 5958 Furthermore, the coating preparation further additives such. As additives to increase the elasticity of the epoxy resin (Flex) or to accelerate the crosslinking (accelerator). Examples of such coating formulations are the following systems from Huntsman: prepolymer crosslinkers Flex accelerator filler Araldite ^® HY 905 DY 040 DY 061 SiO ₂ CY 5980 HY 5980 DY 040 DY 061 SiO ₂ CY 5936 HY 5945 SiO ₂ CY 5948 HY 5945 SiO ₂ CW 229-3 HW 229-1 CY 5995 HY 5996 SiO ₂ CY 5995 HY 925 SiO ₂ CY 5995 HY 227 SiO ₂ CY 228-1 HY 918 DY 062 SiO ₂ CY 228-1 HY 918 DY 045 DY 062 SiO ₂ CY 225 HY 925 SiO ₂ CY 225 HY 225 SiO ₂ CY 225 HY 227 SiO ₂ CT 5900 HT 901 SiO ₂ CT 5900 HT 903-1 SiO ₂ CT 5900 HT 923 SiO ₂ XB 5900 XB 5951 XB 5915 XB 5916 CY 184 HT 907 DY 071 SiO ₂ CY 184 HY 1235 DY 062 SiO ₂ CY 184 HY 1235 DY 062 SiO ₂ CY 184 HY 1235 DY 044 DY 062 SiO ₂ CY 5622 HY 1235 DY 062 SiO ₂ XB 5918-3 XB 5919-3 DY 062 XB 5957 XB 5958

In einer anderen Variante der Erfindung enthält die Beschichtungszubreitung als Präpolymer ein Polyurethan bzw. eine Polyurethanvorstufe sowie einen Härter. Hierbei haben können beispielsweise folgende 2-Komponenten-Polyurethangießharze der Firma Huntsman verwendet werden: Präpolymer Vernetzer Arathane^® CW 5620 HY 5610 Arathane^® CW 5650 HY 5610 Arathane^® XW 949-1 HY 5610 Arathane^® CW 3200 HY 5611-1 Arathane^® XB 5633 HY 5610 Arathane^® VB U 6920 U 001B Arathane^® VB U 6910 ACC HY 5611-1 Arathane^® VB U 6942 VB U001B Arathane^® CW 5631 HY 5610 In another variant of the invention, the coating spread as prepolymer contains a polyurethane or a polyurethane precursor and a hardener. In this case, for example, the following 2-component polyurethane casting resins from Huntsman can be used: prepolymer crosslinkers Arathane ^® CW 5620 HY 5610 Arathane ^® CW 5650 HY 5610 Arathane ^® XW 949-1 HY 5610 Arathane ^® CW 3200 HY 5611-1 Arathane ^® XB 5633 HY 5610 Arathane ^® VB U 6920 U 001B Arathane ^® VB U 6910 ACC HY 5611-1 Arathane ^® VB U 6942 VB U001B Arathane ^® CW 5631 HY 5610

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Beschichtungsmasse zusätzlich zumindest ein organofunktionelles Silan enthält, welches durch Hydrolyse- und/oder Kondensationsreaktionen kovalent an die Oberfläche der Glaskeramik und/oder der Metallelektroden gebunden werden kann. Zudem kann das organofunktionelle Silan als Vernetzer fungieren.A further development of the invention provides that the coating composition additionally contains at least one organofunctional silane which can be covalently bound to the surface of the glass ceramic and / or the metal electrodes by hydrolysis and / or condensation reactions. In addition, the organofunctional silane can act as a crosslinker.

Das organofunktionelle Silan kann dabei hydrophobe Gruppen enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann der organische Rest des Silans eine oder mehrere reaktive organofunktionelle Gruppen aufweisen, die eine kovalente Anbindung an das Polymer ermöglicht. Auch die Verwendung einer Mischung verschiedener Silane ist möglich.The organofunctional silane can contain hydrophobic groups. Alternatively or additionally, the organic radical of the silane may have one or more reactive organofunctional groups which allow covalent attachment to the polymer. It is also possible to use a mixture of different silanes.

Das organofunktionelle Silan bzw. die Mischung verschiedender organofunktioneller Silane kann alternativ oder zusätzlich in einem dem Verfahrensschritt c) vorgelagerten Schritt auf die Oberfläche der Glaskeramik aufgetragen werden. Hierbei kann der Auftrag vollständig erfolgen oder es können auch nur Teilbereich der Glaskeramik mit dem organofunktionellen Silan beschichtet werden. Bevorzugt wird das organofunktionelle Silan zumindest auf den Seitenflächen der Glaskeramik aufgetragen. Das organofunktionelle Silan bildet hierbei eine Haftvermittlerschicht. The organofunctional silane or the mixture of various organofunctional silanes may alternatively or additionally be applied to the surface of the glass ceramic in a step upstream of process step c). In this case, the order can be completed or it can also be coated only part of the glass-ceramic with the organofunctional silane. Preferably, the organofunctional silane is applied at least on the side surfaces of the glass ceramic. The organofunctional silane forms an adhesion promoter layer.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung findet in Schritt c) an der Grenzfläche zwischen der Silanschicht und der Kunststoffschicht eine kovalente Anbindung der beiden Schichten statt. Hierbei reagiert die organofunktionelle Gruppe des Silans mit dem Polymers bzw. Präpolymers der Beschichtungszubereitung. Bevorzugt erfolgt die kovalente Anbindung durch Copolymerisation, Endcapping oder radikalische Propfung.In an advantageous embodiment of the invention, a covalent bonding of the two layers takes place in step c) at the interface between the silane layer and the plastic layer. In this case, the organofunctional group of the silane reacts with the polymer or prepolymer of the coating preparation. The covalent attachment preferably takes place by copolymerization, endcapping or free-radical addition.

Bei einer kovalenten Anbindung durch Endcapping reagiert die organofunktionelle Gruppe des Silans mit einer funktionellen Endgruppe des Polymers bzw. Präpolymers der Beschichtungszubereitung. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei folgende Kombinationen von Endgruppe und organofunktionellem Silan herausgestellt: Aminosilane und NCO-terminierte Polyurethane, Aminosilane und Acrylpolymere, Aminosilane und Methacrylpolymere, Isocycanatosilane und Polymere mit OH-Endgruppen wie beispielsweise Polyether, Polyester, Polyurethane, Amino-, Epoxy- und/oder Glycidoxysilane und Epoxydharz-Vorstufen als Präpolymere sowie Aminosilane und Phenolharz-Vorstufen als Präpolymere.In a covalent attachment by end-capping, the organofunctional group of the silane reacts with a functional end group of the polymer or prepolymer of the coating formulation. The following combinations of end group and organofunctional silane have proven to be particularly advantageous: aminosilanes and NCO-terminated polyurethanes, aminosilanes and acrylic polymers, aminosilanes and methacrylic polymers, isocycanatosilanes and OH-terminated polymers such as, for example, polyethers, polyesters, polyurethanes, amino-, epoxy- and / or glycidoxysilanes and epoxy resin precursors as prepolymers, and aminosilanes and phenolic resin precursors as prepolymers.

Ungesättigte Silane und Polymer bzw. Präpolymer können auch durch eine radikalische Propfreaktion kovalent miteinander verbunden werden. Hierbei haben sich insbesondere folgende Kombinationen als vorteilhaft herausgestellt: Vinylsilane und Polyolefine, Methacryloxysilane und Polyolefine sowie Methocryloxysilane und ungesättigte Polyester.Unsaturated silanes and polymer or prepolymer can also be covalently linked together by a radical grafting reaction. In particular, the following combinations have been found to be advantageous: vinylsilanes and polyolefins, methacryloxysilanes and polyolefins, and also methocryloxysilanes and unsaturated polyesters.

Die erfindungsgemäßen Kondensatoren bzw. die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Kondensatoren können beispielsweise in der Hochspannungstechnik verwendet werden.The capacitors according to the invention or the capacitors produced by the method according to the invention can be used for example in high voltage engineering.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der 1 bis 3 sowie an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die 2 bis 3 zeigen schematische Darstellungen der Querschnitte unterschiedlicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kondensators.In the following the invention will be described with reference to 1 to 3 and described in more detail with reference to exemplary embodiments. The 2 to 3 show schematic representations of the cross sections of different embodiments of the capacitor according to the invention.

1 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform des Kondensators 1. Die scheibenförmige Glaskeramik 2 dient als Dielektrikum. Hierbei sind die Oberseite 2a und die Unterseite 2b der Glaskeramik 2 mit den Metallelektroden 3a und 3b beschichtet. Die Elektroden 3a und 3b sind mit die Ableitungen 5a und 5b verbunden. Glaskeramik 2 und Elektroden (3a, 3b) weisen eine Kunststoffummantelung 4 auf. In der hier gezeigten Ausführungsform 1 weisen die Seitenflächen 2c einen vollflächigen Verbund mit der Kunststoffummantelung 4 auf. Die Kunststoffschicht 4 kann einen Vernetzer auf Basis eines Silans enthalten, so dass Glaskeramik 2 und/oder Metallelektroden 3a, 3b und Kunststoffummantelung 4 kovalent miteinander verbunden sein können. 1 shows a non-inventive embodiment of the capacitor 1 , The disk-shaped glass ceramic 2 serves as a dielectric. Here are the top 2a and the bottom 2 B the glass ceramic 2 with the metal electrodes 3a and 3b coated. The electrodes 3a and 3b are with the derivatives 5a and 5b connected. ceramic 2 and electrodes ( 3a . 3b ) have a plastic coating 4 on. In the embodiment shown here 1 have the side surfaces 2c a full-surface composite with the plastic sheath 4 on. The plastic layer 4 may contain a crosslinker based on a silane, so that glass-ceramic 2 and / or metal electrodes 3a . 3b and plastic coating 4 covalently linked together.

Die in 2 gezeigte Ausführungsform 6 weist zusätzlich zwischen der Kunststoffummantelung 4 und der Glaskeramik 2 bzw. den Elektroden (3a, 3b) eine Haftvermittlerschicht 7 auf. Bevorzugt ist die Haftvermittlerschicht 7 an den Grenzflächen zur Glaskeramik 2 und/oder zu den Elektroden 3a, 3b kovalent über Si-O-Bindungen mit diesen verbunden. Die Haftvermittlerschicht 7 enthält hydrophobe organische Reste und kann mit der Kunststoffschicht 4 durchvan-der-Waals-Wechselwirkungen und/oder über kovalente Bindungen verbunden sein. Alternativ zu der in 2 gezeigten Ausführungsform können auch nur Teilbereiche der Glaskeramik 2 und/oder der Elektroden 3a, 3b mit der Haftvermittlerschicht 7 versehen werden. Bevorzugt sind zumindest die Seitenflächen 2c der Glaskeramik mit der Haftvermittlerschicht 7 beschichtet.In the 2 shown embodiment 6 also has between the plastic sheath 4 and the glass ceramic 2 or the electrodes ( 3a . 3b ) a primer layer 7 on. The adhesion promoter layer is preferred 7 at the interfaces to the glass ceramic 2 and / or to the electrodes 3a . 3b covalently linked to these through Si-O bonds. The primer layer 7 Contains hydrophobic organic radicals and can with the plastic layer 4 by van der Waals interactions and / or via covalent bonds. Alternatively to the in 2 also shown only portions of the glass ceramic 2 and / or the electrodes 3a . 3b with the primer layer 7 be provided. At least the side surfaces are preferred 2c the glass-ceramic with the adhesion promoter layer 7 coated.

3 zeigt eine weitere Ausführungsform 8 des Kondensator, bei der die Glaskeramik 2 zusätzlich eine SiO₂-haltige Schicht 9 aufweist. Die SiO₂-haltige Schicht 9 verbessert insbesondere die Benetzung der Glaskeramikoberflächen. In der gezeigten Ausführungsform 8 ist zusätzlich eine Haftvermittlerschicht 7 vorhanden. 3 shows a further embodiment 8th the capacitor, at which the glass ceramic 2 additionally an SiO ₂ -containing layer 9 having. The SiO ₂ -containing layer 9 improves in particular the wetting of the glass ceramic surfaces. In the embodiment shown 8th is additionally a primer layer 7 available.

Im Ausführungsbeispiel 1 wird als Glaskeramik eine bariumtitantathaltige Glaskeramik verwendet. Ober- und Unterseite der Glaskeramik sind mit einer silberhaltigen Beschichtung versehen, welche jeweils als eine Elektrode fungiert. Die silberhaltige Beschichtung enthält Silber und Glaspartikel. Die beschichtete Glaskeramik ist mit einer Kunststoffschicht auf Basis eines Epoxydharzes ummantelt. Das Epoxydharz ist mit anorganischen Füllstoffen verstärkt.In the exemplary embodiment 1, a bariumtitantate glass ceramic is used as the glass ceramic. The top and bottom of the glass ceramic are provided with a silver-containing coating, which each acts as an electrode. The silver-containing coating contains silver and glass particles. The coated glass ceramic is sheathed with a plastic layer based on an epoxy resin. The epoxy resin is reinforced with inorganic fillers.

Zur Herstellung der Kunststoffummantelung wird ein Zweikomponenten-Epoxyd-Giessharzsystem mit einem Epoxydharz auf Basis von Bisphenol A als Präpolymer und einem Anhydridhärter (Araldit^®-Giessharzsystem der Firma Huntsman mit den Komponenten Araldit^® CW 229-3 und Aradur^® HW 229-1) verwendet.For the preparation of the plastic casing a two-component epoxy casting resin system is used with an epoxy resin based on bisphenol A as a prepolymer and an anhydride hardener (Araldit ^® -Giessharzsystem Huntsman with the components Araldit ^® CW 229-3 and 229-1 Aradur ^® HW) ,

Harz- und Härterkomponente werden hierzu in der benötigten Menge bei leicht erhöhter Temperatur bis zu 60°C unter Vakuum homogenisiert. Die Ummantelung erfolgt mit einem konventionellen Vakuum-Gießverfahren oder mit einem automatischen Druckgelier-Verfahren (ADG-Verfahren).Resin and hardener components are homogenized for this purpose in the required amount at slightly elevated temperature up to 60 ° C under vacuum. The sheathing is carried out by a conventional vacuum casting process or by an automatic pressure gelation process (ADG process).

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel handelt es sich ebenfalls um einen Kondensator mit einer Bariumtitanat-Glaskeramik als Dielektrikum und silberhaltigen Beschichtungen als Elektroden. Zur Herstellung der Kunststoffummantelung wird ein Zweikomponenten-Epoxydgiessharzsystem der Firma Huntsman mit den Komponenten Araldit^® CW 1446 BDF und Aradur^® HY 2919 verwendet.The second embodiment is also a capacitor with a barium titanate glass-ceramic as a dielectric and silver-containing coatings as electrodes. For the preparation of the plastic casing a two-component Epoxydgiessharzsystem Huntsman is used with the components Araldit ^® CW 1446 and BDF Aradur ^® HY 2919th

Claims

Capacitor ( 1 ), in particular suitable for high voltage applications, comprising at least - a glass ceramic shaped body as a dielectric, - two metal electrodes ( 3a . 3b ), wherein the metal electrodes ( 3a . 3b ) are applied in the form of a metal-containing coating on the opposite surfaces of the glass-ceramic shaped body, and - a primer layer applied to the glass-ceramic shaped article at least in some areas ( 7 ), wherein the glass ceramic shaped body and the adhesive layer ( 7 ) are joined together at the interface via covalent bonds. A plastic casing ( 4 ), the casing ( 4 ) with the metal electrodes ( 3a . 3b ) and the adhesive layer ( 7 ) coated glass ceramic shaped body encloses, in particular at the non-electrode coated side surfaces of the glass ceramic shaped body, a full-surface bond between adhesive layer ( 7 ) and plastic is present.

Capacitor ( 1 ) according to claim 1, wherein the glass ceramic shaped body is plate-shaped or disc-shaped and the metal electrodes ( 3a . 3b ) on the top and bottom ( 2a . 2 B ) are applied.

Capacitor ( 1 ) one of the preceding claims, wherein the glass ceramic shaped body bariumtitanathaltige phases, preferably barium titanate, Bariumstrontiumtitanat- and / or Bariumaluminiumtitanatphasen, strontiumtitantathaltige phases and / or bariumzirkonathigeige phases.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the glass ceramic shaped body has a thickness in the range of 0.1 to 20, preferably in the range of 0.15 to 10 mm.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sheath ( 4 ) has a thickness in the range of 1 to 15 mm, preferably in the range of 3 to 10 mm.

Capacitor ( 1 ) one of the preceding claims, wherein the plastic comprises a polyurethane, an epoxy resin and / or a silicone resin.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the plastic is crosslinked via siloxane units.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the plastic has a tan δ at 50 Hz and 23 ° C in the range of 0.3 to 10, preferably 0.3 to 5 and / or a ε _r at 23 ° C in the range of at least 3 , preferably at least 10.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sheath ( 4 ) contains inorganic fillers, preferably SiO ₂ and / or Al ₂ O ₃ .

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the glass-ceramic ( 2 ) has a SiO ₂ -containing layer at least in some areas.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the primer layer ( 7 ) between glass ceramic shaped body and plastic casing ( 4 ) ( 4 ) comprises an organofunctionalized silane, preferably a silane with hydrophobic groups.

Capacitor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein glass ceramic shaped article and adhesive layer ( 7 ) at the interface via Si-O bonds.

Capacitor ( 1 ) according to claim 11 or 12, wherein plastic and adhesive layer ( 7 ) are covalently bonded together at the interface.

Method for producing a capacitor ( 1 ) according to claim 1 with at least the following steps: a) provision of a glass ceramic shaped body as a dielectric, b) application of a metal coating on at least partial areas of the opposite surfaces of the glass ceramic shaped body, c) deposition of a bonding agent layer ( 7 ) on at least partial areas of the glass ceramic shaped body coated in step b), wherein a covalent bonding of glass ceramic shaped body and adhesive layer ( 7 ), d) sheathing the glass ceramic shaped body coated in step c) with a plastic coating by applying a coating preparation, wherein at least in partial areas of the glass ceramic shaped body a full-surface bond between adhesive layer ( 7 ) and plastic coating is present.

The method of claim 14, wherein in step b) the metal coating is applied in the form of a paste comprising metal particles, glass powder and a pasting medium.

A method according to claim 14 or 15, wherein the surface of the glass ceramic shaped body provided in step a) is cleaned and / or etched at least in some areas.

Method according to one of claims 14 to 16, wherein at least on partial areas of the surface of the glass ceramic provided in step a) ( 2 ) an SiO ₂ -containing layer is deposited.

A process according to any one of claims 14 to 17, wherein in step d) a coating composition comprising an epoxy resin and / or an epoxy resin precursor is provided as a prepolymer and a crosslinker, preferably an anhydride.

Method according to one of claims 14 to 18, wherein the in step c) on at least partial areas of the surface of the glass ceramic shaped body deposited adhesion promoter layer ( 7 ) is formed by applying a silane with hydrophobic and / or functional groups.

Method according to one of claims 14 to 19, wherein in step d) at the interface between adhesion promoter layer ( 7 ) and plastic coating the covalent attachment of adhesive layer ( 7 ) and plastic layer ( 4 ), by reaction of the organofunctional groups of the silane with functional groups of the plastic layer ( 4 ) he follows.

Process according to one of the preceding claims 14 to 20, wherein the coating preparation provided in step d) contains crosslinked, preferably organofunctionalized silanes.

A method according to any one of claims 14 to 21, wherein the provided in step d) provided inorganic fillers.