DE1589844A1

DE1589844A1 - Electric capacitor for low temperatures

Info

Publication number: DE1589844A1
Application number: DE19671589844
Authority: DE
Inventors: Mathes Kenneth Natt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-09-01
Filing date: 1967-08-25
Publication date: 1970-05-14
Also published as: GB1154190A

Description

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Dipi.-incj. Lofnsr Michaelis⁶ Frank ...20 Postfach3011Dipi.-incj. ^{Lofnsr Michaelis 6} Frank ... 20 P.O. Box 3011

Fctonianwalt Postfach 3011Fctonianwalt P.O. Box 3011

6 Frankfurt/Main 1 727-14I)-3119-Mathes -6 Frankfurt / Main 1 727-14I) -3119-Mathes -

Postfach 3011 ΊP.O. Box 3011 Ί

General Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USAGeneral Electric Company, 1 River Road, Schenectady, N.Y., USA

Elektrischer Kondensator für tiefe TemperaturenElectric capacitor for low temperatures

Die Erfindung bezieht sich auf Kondensatoren, und im besonderen auf solche Kondensatoren, die bei Temperaturen der flüssigen Luft von -196° C oder noch niedriger betrieben werden können.The invention relates to capacitors, and in particular to such capacitors which operate at liquid air temperatures can be operated from -196 ° C or even lower.

Übliche Kondensatoren weisen 2 parallel angeordnete elektrisch leitende Platten oder Elektroden auf, die durch eine elektrisch isolierende oder eine dielektrische Schicht voneinander getrennt sind. Von den Elektroden gehen elektrische Leitungen ab. Eine solche dielektrische Schicht, die in Kondensatoren verwendet wird, sollte einen geringen Verlustfaktor aufweisen, sollte weiterhin dünn sein, eine hohe Dielektrizitätskonstante haben und über eine hohe Durchschlagsfestigkeit verfügen. Weiterhin ist es erforderlich, daß das Material, aus dem die dielektrische Schicht besteht, bei der Betriebstemperatur des Kondensators stabil ist.Conventional capacitors have 2 electrically conductive plates or electrodes arranged in parallel, which are connected by an electrically insulating or a dielectric layer are separated from each other. Electrical lines extend from the electrodes. One such dielectric layer, which is used in capacitors, should have a low dissipation factor, should furthermore be thin, have a high dielectric constant and have a high dielectric strength. It is also necessary that the material of which the dielectric layer is made is stable at the operating temperature of the capacitor.

Es wäre wünschenswert, wenn man Kondensatoren zur Energiespeicherung und Energieentladung, zur Verwendung in elektronischen Schaltungen, zur Verwendung in der Raumfahrt oder zur Verbesserung des cos «f bei Temperaturen von -196⁰C oder tiefer betreiben könnte.It would be desirable to capacitors for energy storage and energy discharge, for use in electronic circuits, for use in the aerospace or improving the cos "f at temperatures from -196 ⁰ C or lower could operate.

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1 5898Λ41 5898Λ4

Dann würde nämlich bei dieser Art der Kondensatoranwendung bei sehr tiefen Temperaturen die Größe der Kondensatoren als Energiespeicher sehr klein, was auf sehr niedrige Leitungswiderstände und niedrige Induktivitäten führt. Außerdem ist für viele Anwendungsgebiete auch der außenrdentliche hohe Gleichstromwiderstand des Dielektrikums in einem solchen Kondensator von Bedeutung. Solche cryogenen Kondensatoren als Energiespeicher können auf verschiedenen Gebieten verwendet werden, da sie sehr klein und zuverlässig sind, so daß die Kosten der Tiefkühlung für einen solchen Kondensator gerechtfertigt sind. Beispiele für solche Anwendungsgebiete sind die Kerndiffusion, Impulsstromquellen auf dem Radar- und dem Lasergebiet, Hochenergie-Metallverformung sowie manche Anwendungsgebiete im Bergbau.With this type of capacitor application at very low temperatures, the size of the capacitors would then be used as an energy store very small, which leads to very low line resistances and low inductances. It is also suitable for many areas of application The external high DC resistance of the dielectric in such a capacitor is also important. Such cryogenic capacitors as energy storage can be used in various fields because they are very small and are reliable so that the cost of freezing for such a condenser is justified. Examples of such areas of application are the nuclear diffusion, pulse current sources in the radar and laser field, high-energy metal deformation as well some areas of application in mining.

Die Erfindung ist auf einen verbesserten cryogenen Kondensator mit einer dünnen elektrischen Schicht gerichtet, die die oben angegebenen günstigen Eigenschaften bei einer Temperatur von -196° C und niedriger zeigt.The invention is directed to an improved cryogenic capacitor having a thin electrical layer comprising those identified above favorable properties at a temperature of -196 ° C and lower shows.

Ein erfindungsgemäßer Kondensator weist zwei Elektroden auf, zwischen denen eine kontinuierliche dielektrische Schicht angeordnet ist, die an den beiden Elektroden fest haftet. Mit jeder der beiden Elektroden ist eine elektrische Leitung verbunden. Ein solcher Kondensator ist dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Schicht aus einer gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel besteht.A capacitor according to the invention has two electrodes between in which a continuous dielectric layer is arranged, which is firmly adhered to the two electrodes. With either of the two Electrodes is connected to an electrical line. Such a capacitor is characterized in that the dielectric layer consists of a powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder.

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Die Dielektrizitätskonstante üblicher flüssigkeitsimprägnierter Kondensatoren beträgt etwa 5,5, während die Duchschlagsfestigkeit bei impulsmäßiger Belastung in der Größenordnung von 5000 Vpro 0,025 mm schichtdicke liegt. Ferroelektrische Kondensatoren können dagegen Dielektrizitätskonstanten bis zu 2500 aufweisen. Ihre Durchschlagsfestigkeit liegt jedoch bei impulsmäßiger BeIa- ' stung bei 100 oder höchstens 200 Volt pro 0,025 mm Schichtdicke.The dielectric constant of common liquid-impregnated Capacitors is about 5.5, while the dielectric strength with pulsed load is of the order of 5000 Vpro 0.025 mm layer thickness. Ferroelectric capacitors on the other hand, they can have dielectric constants of up to 2500. Their dielectric strength is, however, at a pulse-like level. performance at 100 or at most 200 volts per 0.025 mm layer thickness.

Nun wurde überraschenderweise gefunden, daß cryogene Kondensatoren mit einem Dielektrikum, das aus einer gepulverten, ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel besteht, Durchschlagsfestigkeiten aufweisen, die in der Größenordnung von 2000 V pro 0,025 mm bei iapulsmäßiger Belastung liegen, während die Dielektrizitätskonstanten solcher Kondensatoren bei etwa 40 liegt. Weiterhin wurde gefunden, daß man mit solchen erfindungsgemäßen Dielektrika einen anderen dielektrischen Film, wie beispiedlsweise eine Polyesterfolie, überziehen kann. Außerdem kann man mit solchen erfindungsgemäßen Dielektrika auch eine Unterlage, wie beispielsweise nicht-verwebtes Glasfasergespinst oder Papier imprägnieren, so daß sich eine inhomogene oder zusammengesetzte dielektrische Schicht ergibt. Überraschenderweise wurde gefunden, daß solche Kondensatoren bei Temperaturen von -196 C oder noch niedriger betrieben werden können. Diese Kondensatoren zeichnen sich bei den Temperaturen von flüssiges Stickstoff, flüssigem Wasserstoff und flüssigen Helium durch eine hohe Dielektrizitätskonstante und niedrige dielektrische Verluste aus. Solche cryogenen Konden-It has now surprisingly been found that cryogenic capacitors with a dielectric consisting of a powdered, ferroelectric Ceramic in a water-soluble binder, have dielectric strengths that are in the order of 2000 V per 0.025 mm with iapulse load, while the dielectric constant of such capacitors is around 40. It has also been found that such dielectrics according to the invention can be used to produce a different dielectric film, such as, for example a polyester film. In addition, such dielectrics according to the invention can also be used to impregnate a substrate, such as, for example, non-woven glass fiber web or paper, so that an inhomogeneous or composite dielectric layer results. Surprisingly, it has been found that such capacitors can be operated at temperatures of -196 C or even lower. These capacitors stand out at the temperatures of liquid nitrogen, liquid hydrogen and liquid helium thanks to a high dielectric constant and low dielectric losses. Such cryogenic condensers

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satoren können in verschiedenen Bauarten hergestellt werden. Man kann einen solchen Kondensator beispielsweise als Einheit aus zwei Elektroden herstellen, zwischen denen die dielektrische Schicht angeordnet ist, die an den beiden Elektroden fest haftet. Mit den Elektroden sind dann elektrische Leitungen verbunden. Andere Möglichkeiten bestehen darin, die Elektroden getrennt übereinander zu schichten und sie durch die erfindungsgemäßen dielektrischen Schichten voneinander zu trennen. Man kann solche Kondensatoren auch als Wickelkondensatoren herstellen. Es wurde gefunden, daß dünne Aluminium- und Kupferbleche oder -folien bei derart tiefen Temperaturen sehr niedrige elektrische Widerstände aufweisen, so daß Aluminium- und Kupferfolien als Elektroden für cryogene Kondensatoren nach der Erfindung besonders geeignet sind.Sators can be manufactured in various designs. Man can produce such a capacitor, for example, as a unit of two electrodes, between which the dielectric layer is arranged, which adheres firmly to the two electrodes. Electrical lines are then connected to the electrodes. Other options are to place the electrodes separately on top of each other to layer and they through the dielectric according to the invention Separate layers from each other. Such capacitors can also be manufactured as wound capacitors. It was found that thin aluminum and copper sheets or foils have very low electrical resistances at such low temperatures, see above that aluminum and copper foils are particularly suitable as electrodes for cryogenic capacitors according to the invention.

Die dielektrische Schicht nach der ERfindung weist einige gepulverte ferroelektrische Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel auf. Diese dielektrische Schicht kann auch auf eine dielektrische Folie aufgebracht werden, die beispielsweise eine Mylarfolie sein kann. Weiterhin kann man mit dem erfindungsgemäßen Dielektrikum eine Unterlage wie beispielsweise ein Glasfasergespinst oder Papier imprägnieren. Es gibt zahlreiche Substanzen, die man als gepulverte ferroelektrische Keramik in dem Dielektrikum des erfindungsgemäßen Kondensators verwenden kann. Beispiele für solche ferroelektrischen Keramiken sind Titandioxyd, BAriumtitanat und STromtiumtitanat sowie Mischungen daraus. Auch als wasserlösliche Bindemittel für das Dielektrikum des cryogenen Kondensators sind zahlreiche Substanzen brauchbar. Beispiele hierfür sind: Metallsilikate,The dielectric layer according to the invention comprises some powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder on. This dielectric layer can also be applied to a dielectric film, which can be a mylar film, for example can. Furthermore, the dielectric according to the invention can be used to form a base such as, for example, a fiberglass web or paper impregnate. There are numerous substances that can be used as powdered ferroelectric ceramic in the dielectric of the capacitor according to the invention. Examples of such ferroelectric ceramics are titanium dioxide, BArium titanate and STromtium titanate and mixtures thereof. Numerous substances can also be used as water-soluble binders for the dielectric of the cryogenic capacitor. Examples are: metal silicates,

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wie Natriumsilikat, Borsäure, Metallborate, wie beispielsweise Natriumborat, organische Borate, wie Glykolborat, Phosphorsäre, Phosphate, wie Ammonium- und Aluminiumphosphat, Carboxymethylzel-IuIöse, Naturharze wie Kautschukmilch, Polyvinylalkohol, Stärke, Proteine wie beispielsweise Knochenleim sowie Mischungen aus diesen Stoffen.such as sodium silicate, boric acid, metal borates such as sodium borate, organic borates such as glycol borate, phosphoric acid, Phosphates, such as ammonium and aluminum phosphate, carboxymethyl cellulose, Natural resins such as rubber milk, polyvinyl alcohol, starch, proteins such as bone glue and mixtures of these Fabrics.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen im einzelnen beschiieben werden.In the following, the invention is illustrated by way of examples in conjunction are described in detail with the drawings.

Die Fig. 1 bis 5 sind Schnitte durch verschiedene Ausfuhrungsformen von cryogenen Kondensatoren nach der ERfindung.FIGS. 1 to 5 are sections through various embodiments of cryogenic capacitors according to the invention.

In der Fig. 1 ist ein cryogener Kondensator 10 dargestellt, der eine Elektrode 11 aus einem passenden Material aufweist. Die Elektrode 11 kann eine dünne Kupfer- oder Aluminiumfolie sein. Auf der oberen Oberfläche der Elektrode 11 haftet eine kontinuierliche dielektrische Schicht 12, die aus einer gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel besteht. Auf die dielektrische Schicht 12 ist eine zweite Elektrode 11 aufgelegt, die aus dem gleichen oder einem anderen Metall wie die Elektrode 11 bestehen kann. Zur Vervollständigung des Kondensators sind zwei elektrische Leitungen 13 mit den beiden Elektroden 11 verbunden.1 shows a cryogenic capacitor 10 which has an electrode 11 made of a suitable material. The electrode 11 can be a thin copper or aluminum foil. On the upper surface of the electrode 11, a continuous one adheres dielectric layer 12, which consists of a powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder. on the dielectric layer 12 has a second electrode 11 placed thereon, which can consist of the same or a different metal as the electrode 11. To complete the capacitor two electrical lines 13 are connected to the two electrodes 11.

Wie man aus Fig. 1 entnimmt, ragt die dielektrische Schicht 12 über die Kanten beider Elektroden 11 heraus, um Oberschläge zwischen den Elektroden zu vermeiden.As can be seen from Fig. 1, the dielectric layer 12 protrudes over the edges of the two electrodes 11, to overlap between avoid the electrodes.

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Inn den Kondensator 10 aus Fig. 1 herzustellen, iird am besten zuerst die dielektrische Schicht präpariert, die aus einer gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel besteht. Diese Materialien werden mehrere STunden lang in einer Kugelmühle naß vermählen, so daß sich eine gleichförmige Mischung ergibt. Es ist günstig, den zu vermischenden Substanzen zu Beginn eine kleine Menge eines Stoffes beizugeben, der das Schäumen verhindert, ferner ein nichtionisches Netzmittel sowie Glycerin. Der Stoff zur Schaumverhütung sorgt dafür, daß keine Luft eingeschlossen wird, das nichtionische Netzmittel trägt zur Benetzung des Pulvers oder der Pulver bei, und das Glycerin hält Wasser in der Mischung zurück. So werden beispielsweise Titandioxyd und Strontiumtitanatpulver,also gepulverte ferroelektrische Keramiken in einen Mischer eingegeben. Diesen Pulvern wird eine 25 %ige Lösung von Polyvinylalkohol in Wasser als wasserlösliches Bindemittel hinzugefügt. Nun wird Wasser, eine schaumverhütende Substanz, ein nichtionisches Netzmittel und Glycerin in den Mischer gegeben. Alle Substanzen werden 8 Stunden lang in einer Kugelmühle vermählen. Das dabei entstehende dielektrische Material wird auf eine glatte Glasplatte gegossen und teilweise getrocknet. Nun wird eine Elektrode in Form einer Aluminiumfolie auf die obere Oberfläche der kontinuierlichen dielektrischen Substanz aufgebracht, die die Ge-In making the capacitor 10 of Figure 1, it is best to do this first The dielectric layer is prepared from a powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder consists. These materials are wet milled in a ball mill for several hours so that a uniform mixture results results. It is advisable to add a small amount of a substance to the substances to be mixed to prevent foaming, also a nonionic wetting agent and glycerine. The anti-foam fabric ensures that no air is trapped the nonionic wetting agent contributes to the wetting of the powder or powders, and the glycerin keeps water in the mixture return. For example, titanium dioxide and strontium titanate powder, i.e. powdered ferroelectric ceramics, are combined in one Mixer entered. A 25% solution of polyvinyl alcohol in water is added to these powders as a water-soluble binder. Now water, an anti-foam substance, a non-ionic wetting agent and glycerine are added to the mixer. All Substances are ground in a ball mill for 8 hours. The resulting dielectric material is applied to a smooth Poured glass plate and partially dried. Now is an electrode applied in the form of an aluminum foil to the top surface of the continuous dielectric substance which

i stalt eines Films oder einer dünnen Schicht hat. Nun wird die dielektrische Folie auf ein größeres Maß als die Kondensatorelektrode zurecht geschnitten, um Oberschläge während des Betriebs zu vermeiden. Nun wird die Elektrode mit der dielektrischen Schicht, die an ihrer unteren Oberfläche haftet, von der Glasplatte entfernt. Man kann die Elektrode beispielsweise von der Glasplatte i stalt a film or a thin layer. Now the dielectric film is cut to a larger size than the capacitor electrode in order to avoid flashovers during operation. Now the electrode with the dielectric layer adhering to its lower surface is removed from the glass plate. The electrode can be removed from the glass plate, for example

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abschälen. Nun werden die Elektrode nebst anhaftender dielektrischer Schicht herumgedreht, und es wird eine zweite Elektrode in der Gestalt einer Aluminiumfolie aufgebracht, die gleiche Abmessungen wie die erste Aluminiumfolie aufweist. Auf diese Weise haftet auch die zweite Elektrode auf der dielektrischen Schicht. Nun werden mit den entsprechenden Elektrodenfolien zwei Leitungen 13 verbunden, um den Kondensator zu vervollständigen.peeling. Now the electrode and the adherent dielectric become more Turn the layer around and apply a second electrode in the form of aluminum foil, the same dimensions like the first aluminum foil. In this way, the second electrode also adheres to the dielectric layer. Well be two lines 13 connected to the corresponding electrode foils in order to complete the capacitor.

Nun wird der so hergestellte Kondensator geprüft. Hierzu wird der Kondensator in ein Gefäß eingetaucht, das mit flüssigem Stickstoff mit einer Temperatur von -196° C gefüllt ist. Die Anschlußdrähte des Kondensators werden über einen Transformator mit einem Regeltransformator verbunden. Nun wurde die Spannung soweit erhöht, bis ein Durchschlag erfolgte. Die hierzu benötigte Feldstärke betrug größenordnungsmäßig 2500 V pro O,C25 mm. Die D-elektrizitätskonstante betrug 20, und der Verlustfaktor (tan <f ) betrug 0,0019.The capacitor produced in this way is now tested. For this purpose, the Condenser immersed in a vessel filled with liquid nitrogen is filled with a temperature of -196 ° C. The connecting wires of the capacitor are connected to a regulating transformer via a transformer. Now the tension was increased until a breakthrough occurred. The field strength required for this was of the order of magnitude of 2500 V per O, C25 mm. The D electric constant was 20 and the dissipation factor (tan <f) was 0.0019.

In der Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform eines cryogenen Kondensators gezeigt, der zwei parallel laufende Elektroden 11 aufweist, von denen jede mit einer Leitung 13 verbunden ist. Das Didektrikum dieses Kondensators besteht aus einer Schicht oder Folie 14 aus einem organischen Kunststoff, wie beispielsweise aus einer Mylarfolie, auf deren oberer Oberfläche eine Schicht 12 aufgebracht ist, die aus einer gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel besteht.FIG. 2 shows another embodiment of a cryogenic condenser which has two electrodes 11 running in parallel, each of which is connected to a line 13. The dielectric of this capacitor consists of a layer or Foil 14 made of an organic plastic, for example made of a Mylar foil, on the upper surface of which a layer 12 is applied, which consists of a powdered ferroelectric ceramic consists in a water-soluble binder.

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Der Kondensator nach Fig. 2 wird ähnlich wie der Kondensator nach Fig. 1 hergestellt, nir wird die dielektrische Schicht aus der gepulverten ferroelektrischen Keramik in dem wasserlöslichen Bindemittel auf einer weiteren Folie, wie beispielsweise der Mylarfolie 14 hergestellt. Die Elektroden 11 werden dann auf beiden Seiten des zusammengesetzten Dielektrikums angebracht, um den Kondensator zu vervollständigen.The capacitor of FIG. 2 is similar to the capacitor of FIG Fig. 1 produced, the dielectric layer of the powdered ferroelectric ceramic in the water-soluble binder on a further film, such as the Mylar film 14 manufactured. The electrodes 11 are then placed on either side of the composite dielectric to form the capacitor to complete.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators mit 2 parallelen Elektroden 11 dargestellt, von denen jede mit einer Leitung 13 verbunden ist. Die dielektrische Schicht 15 besteht bei dieser Kondensatorausführungsform aus einer locker gewebten Glasfasermatte, die mit einer dielektrischen Mi-3 shows a further embodiment of a capacitor according to the invention with two parallel electrodes 11, from each of which is connected to a line 13. The dielectric layer 15 in this capacitor embodiment consists of a loosely woven fiberglass mat with a dielectric mi-

schung aus einer gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel imprägniert ist. Bei der Herstellung der dielektrischen Schicht 15 wird die locker gewebte Glasfasermatte auf einer Oberfläche gelegt, und anschließend wird die dielektrische Mischung aus gepulverter ferroelektrischer Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel über dieplasfasermatte herübergegossen und von der Glasfasermatte aufgesogen. Dann werden zur Vervollständigung des Kondensators die Elektroden 11 auf den beiden Seiten der imprägnierten Glasfasermatte aufgebracht.a powdered ferroelectric ceramic in one water-soluble binder is impregnated. In the production of the dielectric layer 15, the loosely woven glass fiber mat is placed on a surface, and then the dielectric mixture of powdered ferroelectric ceramic is in a water-soluble binder poured over the fiberglass mat and absorbed by the fiberglass mat. Then become the To complete the capacitor the electrodes 11 are placed on both sides of the impregnated glass fiber mat.

In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kondensators dargestellt, bei der mehrere Elektroden 11 und mehrere dielektrsfeche Schichten 12 übereinander gelegt sind. Auch hier bestehen die dielektrischen Schichten wieder aus einerAnother embodiment of a capacitor according to the invention is shown in FIG. 4, in which several electrodes 11 and a plurality of dielectric layers 12 are laid one on top of the other. Here, too, the dielectric layers consist of one

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gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel. Dieser übereinander geschichtete Kondensator wird auf die gleiche Weise wie der Kondensator nach Fig. 1 hergestellt. Hierzu werden mehrere Elektrodenfolien mit dielektrischen Schichten versehen und anschließend aufeinander gelegt. Bei dieser Ausführungsform ragen die Enden der Elektroden abwechselnd nach der einen und nach der anderen Seite des Kondensatorstapels heraus, so daß die elektrischen Anschlußmöglichenkeiten vereinfacht werden.powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder. This stacked capacitor is manufactured in the same way as the capacitor of FIG. For this several electrode foils are provided with dielectric layers and then placed on top of each other. In this embodiment, the ends of the electrodes protrude alternately to one and to the other side of the capacitor stack, so that the electrical connection options are simplified.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 kann weiterhin dadurch abgewandelt werden, daß man als dielektrische Schicht das Dielektiikum verwendet, das in der Fig. 2 oder in der Fig. 3 dargesiellt ist. Die Kondensatoren nach den Fig. 1 bis 4 werden anschließend bei sehr tiefen Temperaturen verwendet, also beispielsweise in flüssigem Stickstoff, in flüssigem Wasserstoff oder in flüssigem Helium, so daß sich ein cryogener Kondensator mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten und einer hohen Durchschlagsfestigkeit ergibt.The embodiment according to FIG. 4 can furthermore be modified as a result that the dielectric is used as the dielectric layer, which is shown in FIG. 2 or in FIG. The capacitors 1 to 4 are then used at very low temperatures, for example in liquid nitrogen, in liquid hydrogen or in liquid helium, making a cryogenic capacitor with a high dielectric constant and a high dielectric strength.

In der Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßgen Kondensators dargestellt, der zwei Elektroden 11 aufweist, zwischen denen eine dielektrische Schicht 12 angeoriidet ist. Die dielektrische Schicht 12 besteht wieder aus einer gepulverten ferroelektrischen Keramik in einem wasserlöslichen Bindemittel. Der Kondensator nach Fig. S kann als Wickelkondensator ausgebildet werden. Daher ist auf die obere Oberfläche der zweiten Elektrode 11 eine weitere dielektrische Schicht 12 aufgebracht worden. Dieser Wickelkondensator wird auf die gleiche Weise wie der Kondensator nach Fig. 1 hergestellt.In Fig. 5 is a further embodiment of an inventive Capacitor shown, which has two electrodes 11, between which a dielectric layer 12 is anoriidet. the dielectric layer 12 again consists of a powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder. The condenser according to Fig. S can be designed as a wound capacitor. Therefore, on the upper surface of the second electrode 11, there is one further dielectric layer 12 has been applied. This wound capacitor is made in the same way as the capacitor after Fig. 1 produced.

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Der Kondensator nach Fig. 5 kann weiterhin durch die Verwendung eines zusammengesetzten Dielektrikums abgewandelt werden, wie es in den Fig. 2 oder 3 dargestellt ist. Die Kondensatoren nach den Fig. 1 bis 5 werden anschließend in flüssigem Stickstoff, flüssigem Wasserstoff oder flüssigem Helium verwendet, so daß sie cryogene Kondensatoren mit einer hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit und einer hohen Dielektrizitätskonstanten darstellen.The capacitor of FIG. 5 can be further modified by the use of a composite dielectric, such as is shown in Figs. The capacitors according to FIGS. 1 to 5 are then in liquid nitrogen, liquid Hydrogen or liquid helium are used, making them cryogenic capacitors with a high dielectric strength and a high dielectric constant.

Anschließend sollen Beispiele für Kondensatoren angegeben werden, die nach der Erfindung hergestellt wurden.Examples of capacitors should then be given, manufactured according to the invention.

example 1

Es wurde ein Kondensator hergestellt, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Hierzu wurde zu BEginn die dielektrische Schicht aus 79 g Strontiumtitanat und 33,7 g Titandioxyd als gepulverte ferroelektrische keramische Masse bereitet, denen 15 ecm einer 25 !igen Lösung von Polyvinylalkohol in Wasser, 20 ecm Wasser, 4 Tropf-efeen eines Antischaummittel s, 3 Tropfen eines nichtionischen Netzmittels und 33 ecm Glycerin beigegeben wurden. Diese Substanzen wurden in einer Kugelmühle 18 Stunden lang naß vermählen und anschließend wurde die dielektrische Substanz auf einer Anzahl von Glasplatten zu Folien vergossen. Nachdem die dielektrischen Schichten teilweise getrocknet waren, wurden als Elektroden Aluminiumfolien auf die Schichten aufgelegt, die mit Fahnen oder Enden versehen waren. Daraufhin wurden die Aluminiumfolien mit der daran haftenden dielektrischen Schicht von den Glasplatten entfernt. Anschließend wurdet·) mehrere der Folien mit einer daran haftenden dielektrischen Schicht aufeinrA capacitor as shown in Fig. 4 was fabricated is. For this purpose, the dielectric layer of 79 g of strontium titanate and 33.7 g of titanium dioxide was initially used as a powdered ferroelectric layer ceramic mass, which 15 ecm of a 25! solution of Polyvinyl alcohol in water, 20 ecm of water, 4 drops of an anti-foaming agent s, 3 drops of a nonionic wetting agent and 33 ecm Glycerin were added. These substances were wet-milled in a ball mill for 18 hours, and then the dielectric Substance cast into foils on a number of glass plates. After the dielectric layers have partially dried were, aluminum foils, which were provided with flags or ends, were placed on the layers as electrodes. Thereupon the aluminum foils with the adhered dielectric layer were removed from the glass plates. Then ·) several of the foils with a dielectric layer adhered thereto

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ander gelegt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, um einen Kondensator herzustellen. Dieser Kondensator wurde in flüssigem Stickstoff gekühlt. Er zeigte eine Dielektrizitätskonstante von 20 und einen Verlustfaktor (tan/") von 0,0019 .other as shown in Fig. 4 to make a capacitor. This condenser was cooled in liquid nitrogen. It showed a dielectric constant of 20 and a loss factor (tan / ") of 0.0019.

Beispiel 2Example 2

Nach dem Verfahren aus Beispiel 1 wurde ein weiterer Kondensator hergestellt, der der Ausführungsform nach Fig. 4 entsprach. Die dielektrische Schicht wurde aus 176 g Strontiumtitanat.als ferroelektrische Keramik hergestellt,-der 15 ecm Orthophosphorsäure als wasserlösliches Bindemittel, 100 ecm Wasser, 2 Tropfen eines nichtionischen Netzmittels und 3 Tropfen eines Antisdöummittels zugegeben wurden. Diese Substanzen wurden 18 Stunden lang in einer Kugelmühle naß vermählen. Daraufhin wurde die dielektrische Substanz auf einer Anzahl von Glasplatten als Schicht vergossen, wie es im Beispiel 1 beschrieben wurde. Nachdem die Schichten teilweise getrocknet waren, wurde auf jede dieser Schichten eine Aluminiumfolie aufgelegt, derart, daß ein Ende der Aluminiumfolie über die Schicht heausreichte. Nun wurden die Folien zusammen mit den daran haftenden dielektrischen Schichten von der Glasplatte entfernt. Nun wurden die Folien mit den daran haftenden Schichten so übereinandergelegt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der dabei entstehende Kondensator wurde in flüssigem Wasserstoff untersucht. Der Kondensator hatte eine Dielektrizitätskonstante von 38 und wies einen Verlustfaktor (tan ο ) von 0,005 auf.A further capacitor, which corresponded to the embodiment according to FIG. 4, was produced by the method from Example 1. The dielectric layer was produced from 176 g of strontium titanate as a ferroelectric ceramic, to which 15 ecm of orthophosphoric acid as a water-soluble binder, 100 ecm of water, 2 drops of a nonionic wetting agent and 3 drops of an anti-foaming agent were added. These substances were wet-milled in a ball mill for 18 hours. The dielectric substance was then coated onto a number of glass plates as described in Example 1. After the layers were partially dried, an aluminum foil was placed on top of each of these layers such that one end of the aluminum foil extended beyond the layer. The foils, together with the dielectric layers adhering to them, were then removed from the glass plate. The foils with the layers adhering to them were then placed one on top of the other as shown in FIG. The resulting capacitor was examined in liquid hydrogen. The capacitor had a dielectric constant of 38 and had a dissipation factor (tan o ) of 0.005.

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Example 3

Es wurde ein weiterer Kondensator hergestellt, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde. Als Ausgangssubstanzen für die dielektrische Schicht diente eine Mischung von 189 g Bariumtitanat und 50 g Titandioxyd. Diese beiden Substanzen waren die gepulverten ferroelektrischen keramischen Massen. Diesen ferroelektrsjjchen Massen wurden 131 g Natriumsilikat und 24 ecm Orthophosphorsäure als wasserlösliches Bindemittel zugesetzt. Außerdem wurden 3 Tropfen Glycerin hinzugefügt. Diese Substanzen wurden 18 Stunden lang in einer Kugelmühle naß vermh^alen. Daraufhin wurden sie auf einer Anzahl von Glasplatten zu Schichten vergossen. Nachdem die Schichten teilweise getrocknet waren, wurden oben auf die Schichten Aluminiumfolien aufgelegt. Anschließend wurden die Aluminiumfolien mit den daran haftenden elektrischen Schichten von den Platten abgezogen und so aufeinandergelegt, daß ein Kondensator nach Fig. 4 entstand. In flüssigem Stickstoff zeigte dieser Kondensator eine Dielektrizitätskonstante von 40 und einen Verlustfaktor (tan 6 ) von 0,0OJJ.Another capacitor was made as described in Example 1. A mixture of 189 g of barium titanate and 50 g of titanium dioxide was used as the starting substances for the dielectric layer. These two substances were the powdered ferroelectric ceramic masses. 131 g of sodium silicate and 24 cm of orthophosphoric acid were added to these ferroelectric masses as water-soluble binders. In addition, 3 drops of glycerin were added. These substances were wet-milled in a ball mill for 18 hours. They were then potted into layers on a number of glass plates. After the layers were partially dried, aluminum foils were placed on top of the layers. The aluminum foils with the electrical layers adhering to them were then pulled off the plates and placed on top of one another in such a way that a capacitor according to FIG. 4 was produced. In liquid nitrogen, this capacitor showed a dielectric constant of 40 and a dissipation factor (tan 6 ) of 0.0OJJ.

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Claims

^) Cryogenic capacitor with 2 electrodes that are firmly attached to one continuous intervening dielectric layer adhere and are each provided with a terminal, thereby characterized in that the dielectric layer is at least consists of a powdered ferroelectric ceramic in a water-soluble binder.

2. Cryogenic capacitor according to claim 1, dad ure h gekenn shows that a second dielectric layer is arranged between the first dielectric layer and an electrode is.

3. Cryogenic capacitor according to claim 2, characterized in that the second dielectric layer is a polyester film.

4. Cryogenic capacitor according to claim 1, characterized in that with the powdered ferroelectric ceramic mass is impregnated in a water-soluble binder.

5. Cryogenic capacitor according to claim 4, characterized thereby indicates that the base is a fiberglass web.

6. Cryogenic capacitor according to claim 1, characterized that outside on the surface of one

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A further dielectric layer is applied to the capacitor electrode, and that the capacitor is a wound capacitor.

7. Cryogenic capacitor according to claim 6, characterized that the second dielectric layer of at least one powdered ferroelectric ceramic in at least a water-soluble binder.

8. Cryogenic capacitor according to claim 6, characterized dadur ch that the dielectric layers have a polyester film with a layer of at least one powdered ferroelectric ceramic is coated in at least one water-soluble binder.

9. Cryogenic capacitor according to claim 6, characterized in that g e that each of the dielectric layers has a base coated with a powdered ferroelectric ceramic mass is impregnated in a water-soluble binder.

10. Cryogenic capacitor according to claim 9, characterized in that the base eh fiberglass web is.

11. Cryogenic capacitor according to one or more of the claims

1 to 10, characterized in that

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mehrere Elektroden mit daran haftenden dielektrischen Schichten übereinander gelegt und derart miteinander elektrisch verbunden sind, daß ein Kondensator mit mehreren übereinanderliegenden Schichten entsteht.multiple electrodes with adhered dielectric layers placed one on top of the other and electrically connected to one another in such a way that a capacitor is formed with several layers lying one on top of the other.

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