电容器失效模式与失效机理

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1、电容器失效模式和失效机理电容器的常见失效模式有:击穿、开路、电参数变化(包括电容量超差、损耗角正切值增大、绝缘性能下降或漏电流上下班升等)、漏液、引线腐蚀或断裂、绝缘子破裂或表面飞弧等.引起电容器失效的原因是多种多样的.各类电容器的材料、结构、制造工艺、性能和使用环境各不相同,失效机理也各不一样.各种常见失效模式的主要产生机理归纳如下.1、常见的七种失效模式(1)引起电容器击穿的主要失效机理①电介质材料有疵点或缺陷,或含有导电杂质或导电粒子;②电介质的电老化与热老化;③电介质内部的电化学反应;④银离子

2、迁移;⑤电介质在电容器制造过程中受到机械损伤;⑥电介质分子结构改变;⑦在高湿度或低气压环境中极间飞弧;⑧在机械应力作用下电介质瞬时短路.(2)引起电容器开路的主要失效机理①引线部位发生“自愈“,使电极与引出线绝缘;②引出线与电极接触表面氧化,造成低电平开路;③引出线与电极接触不良;④电解电容器阳极引出箔腐蚀断裂;⑤液体工作台电解质干涸或冻结;⑥机械应力作用下电介质瞬时开路.(3)引起电容器电参数恶化的主要失效机理①受潮或表面污染;②银离子迁移;③自愈效应;④电介质电老化与热老化;⑤工作电解液挥发和变稠

3、;⑥电极腐蚀;⑦湿式电解电容器中电介质腐蚀;⑧杂质与有害离子的作用;⑨引出线和电极的接触电阻增大.(4)引起电容器漏液的主要原因①电场作用下浸渍料分解放气使壳内气压一升;②电容器金属外壳与密封盖焊接不佳;③绝缘了与外壳或引线焊接不佳;④半密封电容器机械密封不良;⑤半密封电容器引线表面不够光洁;⑥工作电解液腐蚀焊点.(5)引起电容器引线腐蚀或断裂的主要原因①高温度环境中电场作用下产生电化学腐蚀;②电解液沿引线渗漏,使引线遭受化学腐蚀;③引线在电容器制造过程中受到机械损伤;④引线的机械强度不够.(6)引起

4、电容器绝缘子破裂的主要原因①机械损伤;②玻璃粉绝缘子烧结过程中残留热力过大;③焊接温度过高或受热不均匀.(7)引起绝缘子表面飞弧的主要原因①绝缘了表面受潮,使表面绝缘电阻下降;②绝缘了设计不合理③绝缘了选用不当④环境气压过低.电容器击穿、开路、引线断裂、绝缘了破裂等使电容器完全失去工作能力的失效属致命性失效,其余一些失效会使电容不能满足使用要求,并逐渐向致命失效过渡;电容器在工作应力与环境应力综合作用下,工作一段时间后,会分别或同时产生某些失效模式.同一失效模式有多种失效机理,同一失效机理又可产生多种

5、失效模式.失效模式与失效机理之间的关系不是一一对应的.2、电容器失效机理分析(1)、潮湿对电参数恶化的影响空气中湿度过高时,水膜凝聚在电容器外壳表面,可使电容器的表面绝缘电阻下降.此处,对于半密封结构电容器来说,水分还可渗透到电容器介质内部,使电容器介质的绝缘电阻绝缘能力下降.因此,高温、高湿环境对电容器参数恶化的影响极为显著.经烘干去湿后电容器的电性能可获改善,但是水分子电解的后果是无法根除的.例如:电容器工作于高温条件下,水分子在电场作用下电解为氢离子(H+)和氢氧根离子(OH-),引线根部产生电

6、化学腐蚀.即使烘干去湿,也不可能引线复原.(2)、银离子迁移的后果无机介质电容器多半采用银电极,半密封电容器在高温条件下工作时,渗入电容器内部的水分子产生电解.在阳极产生氧化反应,银离子与氢氧根离子结合生成氢氧化银.在阴极产生还原反应、氢氧化银与氢离子反应生成银和水.由于电极反应,阳极的银离子不断向阴极还原成不连续金属银粒,靠水膜连接成树状向阳极延伸.银离子迁移不仅发生在无机介质表面,银离子还能扩散到无机介质内部,引起漏电流增大,严重时可使两个银电极之间完全短路,导致电容器击穿.银离子迁移可严重破坏正

7、电极表面银层,引线焊点与电极表面银层之间,间隔着具有半导体性质的氧化银,使无机介质电容器的等效串联电阻增大,金属部分损耗增加,电容器的损耗角正切值显著上升.由于正电极有效面积减小,电容器的电容量会因此而下降.表面绝缘电阻则因无机介质电容器两电极间介质表面上存在氧化银半导体而降低.银离子迁移严重时,两电极间搭起树枝状的银桥,使电容器的绝缘电阻大幅度下降.综上所述,银离子迁移不仅会使非密封无机介质电容器电性能恶化,而且可能引起介质击穿场强下降,最后导致电容器击穿.值得一提的是:银电极低频陶瓷独石电容器由于

8、银离子迁移而引起失效的现象比其他类型的陶瓷介质电容器严重得多,原因在于这种电容器的一次烧成工艺与多层叠片结构.银电极与陶瓷介质一次烧也过程中,银参与了陶瓷介质表面的固相反应,渗入了瓷-银接触处形成界面层.如果陶瓷介质不够致密,则水分渗入后,银离子迁移不仅可以在陶瓷介质表面发生,还可能穿透陶瓷介质层.多层叠片结构的缝隙较多,电极位置不易精确,介质表面的留边量小,叠片层两端涂覆外电极时银浆渗入缝隙,降低了介质表面的绝缘电阻,并使电极之间的路径缩短,银离子迁移