真空可变电容器制造技术

真空电容器（8）被描述，其具有至少两个在真空（3）中的电极（1、2），所述电极由铝或铝合金制造或者涂有铝或铝合金，并且真空电容器（8）的外壳包括绝缘（例如陶瓷）部件和两个或者更多导电部件（4、5）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及真空电容器领域。真空电容器在现有技术中众所周知，并且被用在需要高频和高功率的应用中。普通应用包括例如用在高功率无线电频率传输中的振荡电路和用在制造半导体太阳能板和平板显示器中的高频供电。
技术介绍
电容器包括两个或者更多被介电介质隔开的导电表面，其通常称为电极。就真空电容器而言，介电介质是真空。真空电容器通常需要高真空(IO-6Torr或者更佳)。在气密壳体内保持真空，该壳体也包围电极。典型壳体可包括装配有通过接合技术紧固至陶瓷圆筒的金属套环的绝缘陶瓷圆筒，对于电容器的工作寿命，接合技术保证密闭密封使得在壳体内能够保持高真空。 真空电容器分成两个主要类别具有固定电容的真空电容器，其中电极之间的几何关系保持不变；和可变电容器，其中电极的一个或者两个的形状、定向和/或间隔可以变化，从而改变设备的电容。例如，可以使用波纹管装置，或磁体和线圈，或允许电极其中之一相对于其它电极移动的任何其它装置。这种可变真空电容器的构造和它们在无线电频率应用中的操作，被本领域技术人员熟知。德国专利文献DE2752025和日本专利文献JP112773999描述了典型现有技术的可变真空电容器装置。真空电容器的电极和外壳通常针对当高频电流流经它们时它们的低电损耗而被选择。这些损耗导致包括电极的导电部件变热，特别是在高功率应用中，从而造成高功率真空电容器通常必须装备有冷却系统。由于这个原因，现有技术真空电容器电极已由铜制造，铜具有低电阻率并由此具有更低损耗。电极表面必制造成最小化电弧产生、或者任何其它不需要的电流流经隔开电极的介电介质的形式的可能性。电弧，也称为不受控制的放电或者介电击穿，发生在电极间任一点的电场密度超过特定击穿值的时候。该击穿值依赖于包括所施加的电压差、真空深度、电极之间的间隙距离(在它们相互最近的点处)以及电极表面的物理和电特性的参数的组合。真空电容器的场强度是在没有这种不可控制的放电发生的情况下能够实现的最大容许电场。场强度根本上限制了对于给定的电极间隔的电容器的工作电压。实现设备中可能的最高场强度是具有优势的，因为增加场强度允许具有特定的几何结构的真空电容器用在高功率应用上。可替代地，对于给定的应用电压，高场强度的真空电容器的几何结构(尺寸)可以制成小于具有低场强度的电容器的几何结构(尺寸)。这方面最容易在电场强度E、电势差U和电极间隔d之间的静电关系E=U/d(这种关系是近似的，因为假设了边缘效应可忽略的平行的、平的电极)中看出。电极材料的选择和电极的表面抛光对于在高的外施电压下减少击穿或者泄漏电流来说是非常重要的。在日本专利申请JP11273999中，铜被用作电极，电极涂有镍或者铬。这些涂层金属因为它们的硬度和它们的高熔点而被选择。选择真空作为电介质被以下事实所证明^AC (交流)、RF (射频)或者VHF (非常高的频率)的电流流经电容器时，没有电损耗，并且也因为发生高电压击穿时具有良好的恢复潜力。其它电介质已知在这种击穿中会造成惨重的和不可逆的损坏。电极表面的状态在击穿发生的可能性上具有显著的作用。微突起形式的表面不规则或者表面上存在颗粒或者颗粒团聚体促进电压击穿的引发，因为突起或者团聚体提供电子最容易地通过场发射从金属表面射出的和/或能够发起被吸收的颗粒的电离和随后的加速的区域。两种作用都能导致以不可控的方式穿过电极介质(电介质)内部的电荷的“雪崩”。击穿现象的物理现象和特别是它们的发起，仍未被完全理解，因此设计高场强度的电极不跟随预先建立的制作法，而是牵涉到按经验的材料对比、实验表面处理以及高电压测试来判定最好的材料和表面性质。正如上文提到，用于真空电容器的电极传统上由铜制成，因为该材料的优良的电导率(即低损耗)，以及使用铜电极可以实现的可接受的高场强度。已经尝试通过使用具有比铜更硬并且具有更高熔点的金属来增加电容器最大场强度。例如在日本专利申请JP11273998中，提出用下列材料之一制造电极不锈钢、镍、钥、铌、钽、钛、钨、蒙奈尔铜镍·合金、铜镍合金以及镍黄铜。在日本专利申请JP11273999中，提出用从同样清单中选择的材料涂敷电极。这些材料因为它们的相对硬度和高熔点被选择，这跟随了公认的常识具有更高熔点的较硬的电极材料减少不可控的放电的引发，并且因此允许更高场强度的使用(即较小的电极间的间隙和/或较大的外施电压)。但是正如上文讨论，击穿通常源于两个主要事件电子从电极表面的射出和电极表面的颗粒的电离。当电子或者离子从金属表面射出时，它们被强大的电场朝向另一电极迅速地加速，其中它们的撞击加热靶电极的表面并且导致进一步的离子或者电子的射出，然后这些进一步的离子或者电子朝向相对的电极被加速，等等。如果电极由具有更高熔点的较硬的材料制成，那么打击它表面的电子或者离子的撞击和加热作用将被降低由于每一电子/离子的撞击而从表面射出的电子和离子将更少。由此，使用具有更高熔点的较硬的金属被设计来限制上文描述的撞击/射出循环的进展，并且降低雪崩击穿的可能性。但是，上文提到的更硬的更高熔点的电极材料(不锈钢、镍、钥、铌、钽、钛、钨、蒙奈尔铜镍合金、铜镍合金以及镍黄铜)替代铜或者作为铜的涂层的使用也带来缺点。例如，这些较硬的材料都具有远高于铜的电阻率。钥和钨的电阻率约为53ηΩ ·πι，同时钛和不锈钢的电阻率分别是420和740η Ω · m。相比之下，铜的电阻率约为17ηΩ · m。较硬的更高熔点金属也具有显著更低的热导率，最高的是钨具有173W πΓ1 Γ1和钥具有138W πΓ1 Γ1，同时其它列出的金属热导率在不锈钢的16W · πΓ1 · Γ1到镍的90W · πΓ1 · Γ1范围之间。相比之下，铜具有大得多的约400W · πΓ1 · K—1的热导率。这些金属的较高的电阻率和较低的热导率不是非常好的适合于输送在高功率、高频应用中所涉及的高电流。与类似铜电极相比，由钨或者钥制成的电极将消耗超过三倍的热形式的电能，并且通过电极导出的该额外的热的效率将低于通过铜电极导出的大约2. 5倍。增加的热产生和更低效的热传递的这种结合意味着大大增加了用于由钨或钥制成的(或涂有钨或钥)的电极的冷却需求。列出的其它金属具有比钨和钥显著更差的热/电阻性倉泛
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供具有上文描述的增加的场强度但没有过热问题和相应的冷却需求的真空电容器。为了解决现有技术中的上述和其它问题，本专利技术提出使用一个或者多个由铝制成的电极。因为它的相对柔软、它的低熔点以及与铝相关的实际困难，金属至今仍未被考虑为用于真空电容器电极的合适的电极材料。但是，现在已经确定铝的确具有电、热和表面特性的结合，其意味着和本领域技术人员的预期相反，使用铝电极比使用铜电极能实现更高的场强度，并且未引入热消耗或者增加的冷却需求的显著额外问题。因此，本专利技术的目的是提供具有由真空电介质隔开的第一电极和第二电极的真空电容器，真空电容器的特征在于第一和第二电极中至少一个是由铝或铝合金制成的或者涂有招或招合金。 真空电容器可以是可变真空电容器，包括用于改变第一和第二电极中的至少一个的形状、定向和/或位置从而改变真空电容器的电容的电容改变装置。可替代地，真空电容器可以是固定电容真空电容器，其中第一和第二电极的形状、定向和/或位置是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克·阿布雷希特，沃尔特·比格勒，菲利普·贾吉，马克·约阿希姆·米尔德纳，
申请(专利权)人：康姆艾德公司，
类型：
国别省市：