Диссертация (1143983), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Вероятно, это связано стем, что на участке средних температур 100 – 200 ℃ энергия активации для Y5Vзначительно ниже, чем для остальных обсуждаемых конденсаторов.В общем случае два участка на графике температурной зависимостиудельнойпроводимостидиэлектрикасвязываютсналичиемпримесной(низкотемпературной) и собственной (высокотемпературной) проводимостей,обусловленной собственными дефектами [158]. Для подробного анализа этоговопросатребуетсядетальноезнаниехимическогосоставакерамическихкомпозиций, что выходит за пределы данного исследования.Выводы1)Полученытемпературно-частотныехарактеристикисегнетокерамических конденсаторов в диапазоне частот 100 Гц – 7 кГц итемператур 20 – 300 ℃. Обнаружено, что температурная зависимостьдиэлектрической проницаемости исследуемых конденсаторов испытывает резкийспад после достижения предельных рабочих температур 85 – 125 ℃, связанный сфазовым переходом сегнетоэлектрика.
Температурная зависимость фактора потерьпосле указанных температур характеризуется резким экспоненциальным ростом,фактор потерь обратно пропорционален частоте измерительного напряжения;2)Определенытемпературно-полевыехарактеристикисегнетокерамических конденсаторов в диапазоне напряженностей поля до 20кВ/мм и температур 20 – 300 ℃, обнаружена спадающая полевая зависимостьфактора потерь, пропорциональная E-2 при температурах до 240 ℃, и еепоследующий степенной рост. Фактор потерь исследуемых конденсаторов прикомнатной температуре находится в пределах 50 – 80, диэлектрическая82проницаемость – в пределах 3500 – 6000.
Наибольшая проницаемость и факторпотерь характерны для конденсаторов Z5U;3)Полученытемпературные зависимостиудельной проводимостисегнетокерамических конденсаторов в диапазоне температур 20 – 300 ℃,обнаруженодваучасткапроводимости,рассчитаныэнергииактивации.Установлено, что конденсаторы Z5U и Н50 обладают проводимостью диэлектрика~ 10-11 – 10-12 Ом-1м-1, а конденсаторы X7R и Y5V ~ 10-10 – 10-11 Ом-1м-1, по мерероста температуры проводимость увеличивается на 4 – 5 порядков. Обнаружено,что в общем случае большая проводимость соответствует большим значениямфактора потерь исследуемых конденсаторов, вместе с тем меньшая энергияактивации соответствует более резкому росту фактора потерь от температуры;4)Анализ полученных зависимостей выявил механизм резкого ростапотерь в высокотемпературной области, который обусловлен термоактивационнымхарактером сквозной проводимости сегнетоэлектрика.
Энергии активации длясегнетоэлектрика исследуемых конденсаторов лежат в пределах 0.2 – 0.5 эВ длянизкотемпературной области и 0.9 – 1 эВ для высокотемпературной области.834.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ СЕГНЕТОКЕРАМИЧЕСКИХКОНДЕНСАТОРОВ4.2.Функции распределения электрической прочности исследуемыхконденсаторовКратковременнаяэлектрическаяпрочностьсегнетокерамическихконденсаторов исследовалась в соответствии с методикой, описанной в п. 2.5.Следует отметить, что электрическая прочность конденсатора не являетсяхарактеристикой материала рабочего диэлектрика, так как в случае конденсатораневозможно добиться однородности поля и пробой может происходить на краяхэлектродов, также нельзя исключить пробой вследствие развития частичныхразрядов.
На рисунках 4.1 – 4.4 приведены графики нормальных функцийраспределения электрической прочности исследуемых групп конденсаторов приразличныхтемпературах.Разбросзначенийэлектрическойпрочностиотносительно среднего удобно характеризовать с помощью коэффициентавариацииKвар S 100%,Eпр(4.1)где S – среднеквадратическое отклонение, Ēпр – средняя электрическая прочность.Коэффициент вариации для конденсаторов X7R постепенно возрастал приувеличении температуры от 3.6 до 25.9 %. В случае Y5V такой тенденции ненаблюдалось и Kвар изменялся случайным образом в пределах 14.8 – 28.3 %.
ДляZ5U разброс значений также не продемонстрировал роста с увеличениемтемпературы и лежал в пределах 11.9 – 17.5 %. Для Н50 наблюдается схожееповедение при Kвар в пределах 11.2 – 20.7 %. Средние значения коэффициентавариации сведены в таблицу 4.1.Таблица 4.1 – Средние коэффициенты вариации электрической прочностиТип ТСЕKвар, %X7R14.2Y5V21.3Z5U14.8H5016.284Рисунок 4.1 – Нормальные функции распределения электрической прочностиконденсаторов X7R при различных температурахРисунок 4.2 – Нормальные функции распределения электрической прочностиконденсаторов Y5V при различных температурах85Рисунок 4.3 – Нормальные функции распределения электрической прочностиконденсаторов Z5U при различных температурахРисунок 4.4 – Нормальные функции распределения электрической прочностиконденсаторов Н50 при различных температурах864.3.ВВлияние повышенной температуры на среднюю электрическуюпрочность сегнетокерамических конденсатороврежимахповышенныхэлектрическихнагрузокдляоценкиипрогнозирования работоспособности конденсатора важное значение имееттемпературная зависимость электрической прочности.
Поскольку исследуемыеконденсаторы при повышенных нагрузках испытывают значительный перегревоколо 240 – 260 ℃, необходимо исследование электрической прочности притемпературах более 200 ℃.На рисунке 4.5 показана зависимость средней электрической прочности Ēпрот температуры. Наблюдается линейная спадающая зависимостьтемпературы для конденсаторовX7R иĒпр отY5V. Происходит уменьшениеэлектрической прочности на 67 и на 64 % соответственно по сравнению скомнатной температурой.
Электрическая прочность Z5U и Н50 слабо меняется сростом температуры, испытывая незначительный рост при 160 ℃. Спадпроисходит лишь при T = 240 ℃ на 24 и 22 % соответственно относительнокомнатной температуры.Рисунок 4.5 – Температурные зависимости средней электрической прочности дляисследуемых конденсаторов87Спадающая от температуры электрическая прочность является одним изпризнаков электротепловой формы пробоя [102,159-162]. Следует отметить, что увсех изучаемых типов конденсаторов электрическая прочность подверженавоздействию повышенной температуры, однако у конденсаторов типа Z5U и Н50это проявляется при довольно высоких температурах более 200 ℃. Излитературных данных также известно, что электрическая прочность титаната барияуменьшается с ростом температуры.
Керамические составы исследуемыхсегнетокерамических конденсаторов не являются чистым титанатом бария, однаков значительной степени состоят из него. Также из литературы известна тенденцияк обратной зависимости электрической прочности титанатов Mg, Zn, Ca, Sr, Ba отих относительной диэлектрической проницаемости [9]. Для исследованныхконденсаторов подобной тенденции не выявлено: так, материалы конденсаторовтипов X7R и Y5V имеют примерно одинаковые диэлектрические проницаемости3370 и 3480 соответственно, а их электрическая прочность различается почти в 2раза.
Аналогично электрические прочности конденсаторов типа Z5U и Н50практически равны друг другу во всем исследуемом диапазоне температур, в товремя как соответствующие им диэлектрические проницаемости равны 6000 и 3750соответственно.Выводы1)Исследованаконденсаторов.прочностидляэлектрическаяУстановлено,всехчтопрочностьфункцииконденсаторовсегнетокерамическихраспределенияподчиняютсяэлектрическойнормальномузакону.Обнаружено, что наибольшей электрической прочностью при комнатнойтемпературе обладают конденсаторы X7R ≈110 кВ/мм. Показано, что коэффициентвариации электрической прочности принимает наименьшие значения дляконденсаторов X7R и Z5U, испытывая в случае X7R монотонный рост, в отличиеот Z5U и остальных типов исследуемых конденсаторов.882)Полученазависимостьсреднейэлектрическойпрочностиоттемпературы.
Обнаружено, что электрическая прочность конденсаторов X7Rостается наибольшей из исследуемых типов конденсаторов во всем диапазонеизучаемых температур. Установлено, что электрическая прочность конденсаторовX7R и Y5V линейно спадает с температурой, уменьшаясь на 67 и 64 %соответственно, а Z5U и Н50 – остается практически постоянной вплоть до 240 ℃,при этом электрическая прочность падает на 24 и 22 % соответственноотносительно комнатной температуры. Уменьшение электрической прочностиисследуемых конденсаторов по мере роста температуры свидетельствует охарактерной для них электротепловой форме пробоя.895.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕРАБОТОСПОСОБНОСТИ СЕГНЕТОКЕРАМИЧЕСКИХКОНДЕНСАТОРОВ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХНАГРУЗКАХ5.2.Изучение зависимости среднего срока службы от напряжения наконденсатореИсследованиеработоспособностисегнетокерамическихконденсаторовпроводилось согласно методике, описанной в п.
2.6. Работоспособностьсегнетокерамическихконденсаторовисследоваласьнасинусоидальномнапряжении при различных частотах. Исследовались короткие сроки службыдлительностью не более 600 – 700 с.Зависимости температуры перегрева поверхности конденсатора X7Rотносительно окружающей среды при различных напряжениях на конденсаторе ичастоте f = 1 кГц представлены в качестве примера на рисунке 5.1. На графикепоказаныстационарныйтепловойрежимконденсатора(кривая1)инестационарные режимы, приводящие к тепловому пробою. Спад температурыперегрева после момента пробоя в случае нестационарных режимов не приведен,чтобы не загромождать рисунок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
