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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-09-27 08:17
鋁電解電容的失效模式和失效機理主要體現(xiàn)在電容內(nèi)部材料的老化、化學反應以及環(huán)境影響等方面。下面是一些常見的失效模式及其背后的失效機理：
1. 漏電流增大
失效模式：漏電流超過規(guī)格要求，導致電容器性能下降。
失效機理：
電解液干涸：鋁電解電容中的電解液是關鍵成分之一。隨著時間的推移，電解液會逐漸蒸發(fā)或通過密封不良滲漏，導致電容的漏電流增大。
450V─470μF鋁電解電容器電容器芯子干涸導致開路失效樣品形貌。
絕緣層劣化：電解質(zhì)和電極之間的氧化鋁絕緣層可能由于長期使用或電壓過高發(fā)生劣化，降低絕緣效果，增大漏電流。
2. 容量衰減
失效模式：電容的容量逐漸下降，不能滿足電路的要求。
失效機理：
電解液蒸發(fā)：電解液的減少會導致電容實際有效的電極面積減小，電容值隨之降低。
電極腐蝕：長期的電化學反應或高溫、高濕度環(huán)境下，鋁電極會發(fā)生腐蝕，削弱電容性能。
3. 等效串聯(lián)電阻 (ESR) 增大
失效模式：電容的等效串聯(lián)電阻增大，影響電容的濾波性能，導致電路中噪聲增加，效率下降。
失效機理：
電解液老化：電解液老化或蒸發(fā)會降低電容的導電性，增大等效串聯(lián)電阻。
電極劣化：高頻下，鋁電極與電解質(zhì)接觸界面會因老化或腐蝕增大接觸電阻，從而導致ESR上升。
4. 短路
失效模式：電容內(nèi)部發(fā)生短路，電容完全失效，可能引發(fā)電路故障。
失效機理：
絕緣層破壞：由于過壓、極性接反、或者溫度過高，氧化鋁的絕緣層可能破裂，導致正負極直接接觸，引發(fā)短路。
電解液分解：當電容器暴露于高電壓或極性反接時，電解液可能發(fā)生電化學分解，生成導電物質(zhì)，導致短路。
5. 開路
失效模式：電容失去導電性，表現(xiàn)為開路，失去電容功能。
失效機理：
內(nèi)部連接斷開：由于機械應力、熱膨脹、冷收縮等原因，電容內(nèi)部連接處可能斷裂，導致電容器失效。
電解液干涸：電解液完全干涸后，電容的導電性能下降，最終失去電容特性。
熱應力失效
400V 330μF高壓鋁電解電容器擊穿失效樣品芯子內(nèi)層陽極鋁箔展開后的形貌，在鋁箔邊緣有一小塊黑色的部位就是陽極鋁箔的擊穿點。(由于鋁箔較脆,電容器芯子內(nèi)層的曲率半徑小,電容器芯子展開時陽極鋁箔斷裂)
化學腐蝕失效
450V─82μF鋁電解電容器電化學腐蝕使正極引出鋁箔腐蝕斷裂、導致電容器開路失效樣品形貌。
6. 脹裂和爆炸
失效模式：電容器外殼脹裂甚至發(fā)生爆炸，伴隨電解液泄漏或燃燒。
失效機理：
水合反應失效
通過化學知識可以知道，常溫下純鋁不能與水反應；然而，在高溫下，純鋁可以與水發(fā)生水合反應。在拼命追求超低 ESR的用戶要求大趨勢下，有些鋁電解電容器制造商為了盡可能降低電解液的電阻而增加水的比例，這就為鋁電解電容器高溫條件下的水合反應創(chuàng)造了條件。
過壓：電容器施加的電壓超過其額定值時，可能引發(fā)電解液的快速分解，產(chǎn)生大量氣體，導致外殼脹裂甚至爆炸。
過溫：過高的溫度會加速電解液的蒸發(fā)或分解，導致內(nèi)部氣壓升高，最終引發(fā)機械損傷。
結(jié)論：
鋁電解電容的失效通常是多種因素共同作用的結(jié)果，主要包括電解液的蒸發(fā)和劣化、電極材料的腐蝕、高溫和過壓的影響等。因此，在設計電路時需要選擇合適的電容器，并確保工作條件在其額定范圍內(nèi)，以減少失效風險。
來源：硬十
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