电容器失效模式和失效机理

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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

2、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

3、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

4、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

5、解为氢离子H和氢氧根离子OH-引线根部产生电化学腐蚀.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

6、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

7、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时容易产生短路现象.3、高湿度条件下陶瓷电容器击穿机理半密封陶瓷电容器在高湿度环境条件下工作时发生击穿失效是比较普遍的严重问题.所发生的击穿现象大约可以分为介质击穿和表面极间飞弧击穿两类.介质击穿按发生时间的早晚又可分为