壓電陶瓷電容器的增容用途制造技術

本發明專利技術公開了一種壓電陶瓷電容器的增容用途，所述的壓電陶瓷電容器用于加載電壓U為10?20000V的電路而且U不高于其極化電壓時，該電容器表現出伴隨加載電壓U的提高而具有逐步增大至3倍左右的電容值，可用作為具有增容效果的電容器。本發明專利技術為壓電陶瓷的應用開辟了新市場，而且這種電容器的容重比和成本可以較大幅度下降。

【技術實現步驟摘要】
壓電陶瓷電容器的增容用途
本專利技術涉及壓電陶瓷的新用途。
技術介紹
壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料。1946年美國麻省理工學院絕緣研究室發現，在鈦酸鋇鐵電陶瓷上施加直流高壓電場，使其自發極化沿電場方向擇優取向，除去電場后仍能保持一定的剩余極化，使它具有壓電效應，從此誕生了壓電陶瓷。現今隨著陶瓷技術的發展，壓電陶瓷迅速地實用化，應用于聲表面波的濾波器、延遲線、振蕩器、超聲換能器、高頻換能器、壓力傳感器、諧振器等各種壓電器件。壓電陶瓷中的鐵電陶瓷，其自發極化的方向能隨外電場方向改變。通常，鐵電體自發極化的方向不相同，但在一個小區域內，各晶胞的自發極化方向相同，這個小區域就稱為鐵電疇。這些鐵電疇在人工極化條件下，自發極化依外電場方向充分排列并在撤消外電場后保持剩余極化強度，因此具有宏觀壓電性。如：鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、鈮酸鉛、改性鈦酸鉛、改性鈮酸鉛、改性鋯鈦酸鉛等。壓電陶瓷表面一般印刷有電極，此時的壓電陶瓷類似于電容器，電極為電容器極板，壓電陶瓷本體為介電體。在傳統知識和文獻中，電容器具有固定不變的電容值，電容值只與其幾何形狀（厚度、表面積）和介電常數有關。部分壓電陶瓷的電容器對溫度比較敏感，隨溫度的變化介電常數和電容有線性或費線性的變化。個別研究提及鐵電材料的電容受電壓影響的變化，也僅僅停留在弱電下定性的分析推理，沒有定量的分析結果，更沒有大電壓使用的情形，弱電壓下電容的變化量也不大，所以基本引起學術界重視也沒有推廣應用價值?，F有的可變電容器，是通過改變極片間相對的有效面積、或片間距離、或片間介質，它的電容量就相應地變化。可變電容器通常在無線電接收電路中作調諧電容器用。比如申請號為2011800394440的專利技術涉及一種可變電容傳感器，所述可變電容傳感器包括：第一導電電極，其包括電互連的第一導電片；第二導電電極，其包括電互連的第二導電片，其中所述第一導電片與所述第二導電片至少部分地交錯。它的電容量不能伴隨電路的電性能數據而改變。專利申請號為2004100850750的專利技術提供一種電壓控制可變電容器，其可以在寬控制電壓范圍內改變其電容值，并容易地以高精度控制該電容值而不使其電路結構復雜化，以及，提供一種電壓控制可變電容器，其可以以良好的線性改變其電容值。其電容量是通過控制電路對電抗器等的控制引起的。某研究機構研究的2013800193953，涉及一種用于多層工藝中的電容器的陶瓷材料，其通式為：Pb(1-1.5a-0.5b+1.5d+e+0.5f)AaBb(Zr1-xTix)(1-c-d-e-f)LidCeFefSicO3+y·PbO(I)，其中A選自：La、Nd、Y、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er和Yb；B選自Na、K和Ag；C選自Ni、Cu、Co和Mn；并且0<a<0.12；0.05≤x≤0.3；0<b<0.12；0≤c≤0.12；0<d<0,12；0≤e≤0.12,0≤f≤0.12,0≤y≤1并且其中b+d+e+f>0。該申請涉及一種包括上述陶瓷材料的電容器。其中采用的反鐵電陶瓷，其電容與電壓有一定相關性，但是其關聯度較低，電壓導致的電容變化范圍較?。ㄗ兓蟮碾娙葜导s為原值60%，未說明有放大100%以上的情形）。原因在于其材質不合理，原理沒有分析清楚，未能揭示其本質。經過試驗驗證，本專利技術的優先權申請2016110538293中的增容放大倍數等數據不太合理。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術揭示了一種壓電陶瓷隨著加載電壓提高而出現電容值逐步增加的現象，并可以作為可變電容器或者具有增容功能的電容器進行使用。技術方案：一種壓電陶瓷電容器的增容用途，所述的壓電陶瓷電容器具有片狀、環狀、圓柱殼狀或聚焦碗狀壓電陶瓷本體以及在本體相對兩表面的電極層，所述的壓電陶瓷電容器采用了介于500-10000V/mm（指厚度）的極化電壓進行過極化處理（具有正電極和負電極，不極化處理沒有下述的增容效應），壓電陶瓷本體的靜態介電常數介于300-60000，厚度介于0.01-5mm（優選厚度為0.3-1mm，耐電壓較高，電容較大，兩者數據兼顧，實用性很強），（可以將一面的電極層在壓電陶瓷本體的周邊留有小于10mm寬的空白區域（增加高壓絕緣效果，避免短路。當然也可以在其外圍做絕緣封裝，露出電極引線）。該電容器的靜態電容值為C0（靜態電容，能夠用電容表直接測量出來，而其加載電壓時的出現增容效果表現出來的電容數值C依靠電路數據的計算或分析得到）。所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓U為10-20000V的電路中而且U不高于極化電壓時（如果高于極化電壓，導致正負極翻轉或者擊穿，本專利技術不考慮這種情況下的應用），該電容器能夠表現出伴隨加載電壓U的提高而具有（比靜態電容值C0更大）增大的電容值C，用作為伴隨電壓提高而具有增容效果的電容器。所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓U為10-20000V的電路中而且U不高于極化電壓一半時（加載電壓不太高，基本不影響壓電陶瓷的極化性能；反向加載電壓高于極化電壓一半時，加載時間較長時，容易導致極化性能下降，直至電容值增加后再下降），該電容器能夠表現出伴隨加載電壓U的提高而增大（逐漸增大）的比靜態電容值C0更大的電容值C，用作為伴隨電壓提高而具有增容效果的電容器。（對部分材質或規格的壓電陶瓷電容器，電壓在5-50V時，增容效果可能有所上下波動；高于50V不高于極化電壓一半時均可以穩定地逐漸增加）。所述的壓電陶瓷電容器表現出的電容值與初始電容值C0的差值與電壓成正變對應關系（電壓提高，電容值逐漸伴隨增加），差值大于其兩電極層加載電壓值U（實驗證明，尤其U高于某個數值，比如U>10V時）的正數系數k倍（非線性變化，但是總存在一個正數系數k，伴隨加載電壓U的提高，該電容器的電容值逐步增大，加載電壓U越高增容效果越明顯），即C-C0>kU。經過對多種壓電陶瓷的測試，所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓為10-20000V的交流電路中，0<C-C0<3C0。測試中也未出現高于4倍的情形，放大的倍數與壓電陶瓷的材質性能密切相關。（優選所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓為300-3000V的電路中，0.1C0<C-C0<3C0，既增容效果明顯又具有較高的耐壓安全性）。所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓為10-20000V的直流或者脈沖直流電路中，壓電陶瓷電容器的正電極連接電路的低電位端，負電極連接電路的高電位端，這里定義為反向加載，壓電陶瓷在傳統的直流電路中使用時，要求其正極與電源正極（或電路中的高電位）連接，負極與電源負極（或電路中的低電位）連接，才能產生較好的壓電性。而本專利技術的壓電陶瓷作為增容用途使用時，在直流電路中，其正極與電源負極（或電路中的低電位）連接，負極與電源正極（或電路中的高電位）連接，其增容效果高于反向連接時。反向加載比正向加載具有更大的增容效果（正向連接的增容效果為0<C-C0<2C）。本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種壓電陶瓷電容器的增容用途，所述的壓電陶瓷電容器具有片狀、環狀、圓柱殼狀或聚焦碗狀壓電陶瓷本體以及在本體相對兩表面的電極層，壓電陶瓷本體的靜態介電常數介于200?60000，厚度介于0.01?5mm，該電容器的靜態電容值為C0，其特征在于：所述的壓電陶瓷電容器采用了500?10000V/mm的極化電壓進行過極化處理，所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓為U的電路中，而且U不高于其極化電壓時，該電容器能夠表現出具有伴隨加載電壓U的提高而增大的電容值C，用作為隨電壓提高而具有增容效果的電容器。

【技術特征摘要】
2016.11.25 CN 20161105382931.一種壓電陶瓷電容器的增容用途，所述的壓電陶瓷電容器具有片狀、環狀、圓柱殼狀或聚焦碗狀壓電陶瓷本體以及在本體相對兩表面的電極層，壓電陶瓷本體的靜態介電常數介于200-60000，厚度介于0.01-5mm，該電容器的靜態電容值為C0，其特征在于：所述的壓電陶瓷電容器采用了500-10000V/mm的極化電壓進行過極化處理，所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓為U的電路中，而且U不高于其極化電壓時，該電容器能夠表現出具有伴隨加載電壓U的提高而增大的電容值C，用作為隨電壓提高而具有增容效果的電容器。2.如權利要求1所述的壓電陶瓷電容器的增容用途，其特征在于：所述的壓電陶瓷電容器用于使其兩個電極層之間加載電壓U為10-20000V的電路中，而且U不高于極化電壓一半時，該電容器能夠表現出伴隨加載電壓U的提高而逐漸增大的電容值，用作為隨電壓提高而具有增容效果的電容器。3.如權利要求1和2所述的壓電陶瓷電容器的增容用途，其特征在于：所述的壓電陶瓷電容器表現出的電容值C...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐天驕，張衛華，其他發明人請求不公開姓名，
申請(專利權)人：南通華表新材料科技開發有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇,32