DE1292247B

DE1292247B - Elektrischer Kondensator

Info

Publication number: DE1292247B
Application number: DEG33111A
Authority: DE
Inventors: Mohler Donald; Salomon Allen Norman
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1960-10-19
Filing date: 1961-09-12
Publication date: 1969-04-10
Also published as: US3365626A; GB985670A

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kondensator mit einer Aluminiumfolie als erstem Belag, auf der ein anodischer, dichter, dielektrischer Film aufformiert ist, der von einer eng anliegenden Isolationsschicht überdeckt ist, über der der andere Belag des Kondensators liegt.
Aus der britischen Patentschrift 843 785 ist bereits ein elektrischer Kondensator bekannt, bei dem der eine Belag aus einer Aluminiumfolie besteht, auf dem ein anodischer, dielektrischer Film aufformiert ist, der aus einem sehr dünnen Teil mit hoher Dielektrizitätskonstante und einem dickeren porösen Teil besteht. Der poröse Teil ist zur Bildung einer Isolationsschicht mit einem Silikonlack imprägniert. Beim Imprägnieren der porösen Schicht besteht jedoch die Gefahr, daß der Silikonlack nicht in alle Poren eindringt, so daß auf Grund von vorhandenen nicht ausgefüllten Poren die Durchschlagfestigkeit sehr stark herabgesetzt wird.
Aus der britischen Patentschrift 747 051 ist ein Kondensator bekannt, von dem der eine Belag aus porösem Material besteht, der zunächst zur Bildung einer porösen Sperrschicht anodisch behandelt und anschließend mit einem halbleitenden Oxid imprägniert wird. Derartige Kondensatoren eignen sich für Spannungen von 5 bis 20 Volt.
Aus der französischen Patentschrift 1207 216 ist weiterhin ein Kondensator bekannt, der eine thermisch aufgebrachte oder eine aus Harz bestehende dielektrische Sperrschicht aufweist und bei Spannungen bis zu 90 Volt betrieben werden kann.
Aus der USA.-Patentschrift 1906 691 ist ferner ein Kondensator bekannt, bei dem zwischen der anodisch aufgebrachten Sperrschicht und dem Gegenbelag eine Zwischenschicht angeordnet ist, die aus Kupfer oder Kupferoxidteilchen besteht. Außerdem ist aus der deutschen Auslegeschrift 1004 741 bereits ein elektrolytischer Kondensator bekannt, bei dem der Widerstand der Elektrodensperrschicht in Durchlaßrichtung durch eingelagerte andersartige dielektrische Stoffe vergrößert ist, beispielsweise durch eingelagertes Siliziumdioxid.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Kondensator der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß er eine .verbesserte Durchschlagfestigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß die Isolationsschicht aus Siliziummonoxid mit einer Dicke zwischen 2,5 - 10-e und 1 mm, einem spezifischen Widerstand von mindestens 10s Qcm und einer Dielektrizitätskonstante von mindestens 2 besteht. Es hat sich auch als zweckmäßig erwiesen, zwischen der Isolationsschicht und -dem anderen Belag einen Elektrolyten anzuordnen. Insbesondere kann die Aluminiumfolie jedoch auf beiden Seiten mit einem anodischen, dichten, dielektrischen Film, darüber mit der Isolationsschicht und auf dieser mit einem elektrisch leitenden Belag versehen und zu einem Wickel zusammengerollt werden.
Der Kondensator nach der Erfindung zeichnet durch eine außerordentlich hohe Durchschlagsspannung aus, d. h. durch eine Durchschlagsspannung in der Größenordnung von 500 V.
Die Erfindung wird nun näher an Hand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 einen Schnitt durch einen Trockenkondensator nach der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt durch einen gewickelten Trockenkondensator nach der Erfindung und F i g. 3 einen Elektrolytkondensator nach der Erfindung darstellt.
Der in F i g. 3 dargestellte Trockenkondensator 1 weist einen ersten Belag 2 in Form einer Aluminiumfolie auf, auf die ein anodischer, dichter, dielektrischer Oxidfilm 3 in üblicher Weise aufformiert ist, beispielsweise unter Verwendung einer Borsäurelösung. Der Oxidfilm 3 wird von einer eng anliegenden Isolätionsschicht 4 überdeckt, über der der andere Belag 5 .des Kondensators 1 liegt, der beispielsweise aus Aluminium, Zinn, Silber, Kupfer, Blei, Zink oder einem nicht metallischen leitenden Stoff, beispielsweise Kohlenstoff, besteht und in bekannter Weise mit Hilfe der üblichen Verfahren aufgetragen werden kann. Der Belag 5 steht mit einer Anschlußleitung 6 und der Belag 2 mit .einer Anschlußleitung 7 in Verbindung.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten gewickelten Trokkenkondensator 8 ist die den einen Belag 9 bildende Aluminiumfolie auf beiden Seiten mit einem anodischen, dichten, dielektrischen Oxidfilm 10 versehen. Jeder Oxidfilm 10 ist von einer Isolationsschicht 11 überdeckt, über der wiederum der andere Belag 12 des Kondensators liegt. Durch Zusammenwickeln des einen Belages 9 mit den darauf aufgebrachten Oxidfilmen 10, Isolationsschichten 11 sowie anderen Belägen 12 erhält man einen Wickel, wobei lediglich zwischen aneinanderliegenden Belägen 12 Luftzwischenräume entstehen können, _die jedoch beim Betrieb- des Kondensators keinerlei nächteilige Wirkungen haben können, da sieh die Beläge 12 beim Betrieb des Kondensators auf gleichem Spannungspotential befinden. Darüber hinaus können die Beläge 12 verhältnismäßig dünn ausgeführt werden, da jeweils zwei Beläge 12 aneinanderliegen. Die Beläge 12 stehen mit einer Zuleitung 13 und der Belag 9 mit einer Zuleitung 14 in Verbindung.
Der in F i g. 3 dargestellte Elektrolytkondensator 15 besteht aus einem becherförmigen Gehäuse 16 aus irgendeinem leitenden Material, beispielsweise Silber, Kupfer, Tantal, Aluminium, Blei, Zinn, in dem sich ein flüssiger Elektrolyt, beispielsweise Ammoniumboratglykollösung, und ein Wickel 18 der in F i g. 2 dargestellten Art befindet, bei dem jedoch der Belag 12 und die Zuleitung 13 fehlen. Das Gehäuse 16 ist mit einem Isolierstopfen 20 verschlossen, durch den sich eine Anschlußleitung 19. erstreckt. Mit dem Gehäuse 16 ist eine Anschlußleitung 21 verbunden.
Erfindungsgemäß besteht bei den in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Kondensatoren die Isolationsschicht 4 -bzw.11 aus Siliziürnäionöxid@-Der spezifische Widerstand der Isolationsschicht muß mindestens 10s Qcm betragen. Die Dielektrizitätskonstante der Isolationsschicht muß mindestens 2 betragen und sollte möglichst hoch sein. Die Dicke der Isolationsschicht sollte ungefähr zwischen 2,5 - 10-8 und 1 mm betragen, wobei die jeweils gewählte Dicke von der Art des Kondensators, der Dielektrizitätskonstante und dem Widerstand der Isolationsschicht abhängt. Die Isolationsschicht kann auf den anodischen, dichten, dielektrischen Oxidfilm des einen Belages in verschiedener Weise aufgebracht werden, beispielsweise durch Aufdampfen im Vakuum, Elektrophorese, Kataphorese, Tauchen, Besprühen, Rufpinseln, Pyrolyse, chemische Abscheidung und Besprudeln. Man hat jedoch festgestellt, daß das Aufbringen der Isolationsschicht durch ein Anodisierverfahren keine befriedigenden Ergebnisse liefert. Gegebenenfalls können mehrere aufeinanderfolgende Isolationsschichten aufgebracht werden, jedoch muß dann darauf geachtet werden, daß die Gesamtdicke innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt.
Es wurden zwei Kondensatoren hergestellt, die sich lediglich dadurch unterschieden, daß der eine Kondensator erfindungsgemäß eine Isolationsschicht aus Siliziummonoxid aufwies, während der andere Kondensator keine Isolationsschicht besaß. In der folgenden Tabelle sind die Kapazität, der Verlustfaktor sowie die Gleichstromdurchschlagsspannung für die beiden Kondensatoren angegeben. Der erfindungsgemäß mit einer Isolationsschicht aus Silizumrnonoxid versehene Kondensator ist mit Nr. 1 bezeichnet.

Konden- Kapazität Verlust- Gleichstrom-

sator in faktor durchschlag

Nr. Mikrofarad in Olo in V

1 0,0221 4,5 447

2 0,0360 1,0 95

Aus den vorstehenden Meßwerten ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäß ausgestaltete Kondensator Nr. 1 eine mehr als viermal höhere Durchschlagsspannung aufweist. Bei der Prüfung mit Wechselstrom ergab sich eine Verbesserung der Durchschlagsspannung um den Faktor 2. Der erfindungsgemäß aufgebaute Kondensator Nr. 1 weist zwar eine geringere Kapazität auf, diese Verringerung der Kapazität wird jedoch durch die beträchtliche Erhöhung der Durchschlagsspannung mehr als wettgemacht.

Claims

Patentansprüche: 1. Elektrischer Kondensator mit einer Aluminiumfolie als erstem Belag, auf der ein anodischer, dichter, dielektrischer Film aufformiert ist, der von einer eng anliegenden Isolationsschicht überdeckt ist, über der der andere Belag des Kondensators liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht aus Siliziummonoxid mit einer Dicke zwischen 2,5 - 10-6 und 1 mm, einem spezifischen Widerstand von mindestens 103 n cm und einer Dielektrizitätskonstante von mindestens 2 besteht.
2. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Isolationsschicht und dem anderen Belag ein Elektrolyt angeordnet ist.
3. Kondensator nach Anspruch 1, dadurch gegekennzeichnet, daß die Aluminiumfolie auf beiden Seiten mit einem anodischen, dichten, dielektrischen Film, darüber mit der Isolationsschicht und auf dieser mit einem elektrisch leitenden Belag versehen und zu einem Wickel zusammengerollt ist.