Technische Keramikplatten?
Ich habe gelesen, dass es Keramik wie z.b Titaniumoxid,... gibt mit einer Dielektrizitätszahl von bis zu 20000. Nun habe ich mich gefragt, wo man solche Keramik in Plattenform herbekommt (ca. 30cm durchmesser und 2mm dicke), bin aber nicht wirklich fündig geworden. ist das für privatpersonen einfach nicht verfügbar, oder zu teuer? Also wenn eine solche platte mehr als 50€ kosten würde, dann wäre mir das denke ich zu teuer. Und steht dann auch ein datenblatt mit der Dielektrikumskonstante in abhängigkeit von Spannung und Frequenz, als auch die Spannungsfestigkeit dabei?
Weiß da jemand was?
2 Antworten
Allein das Material kostet 300€ für 50 Gramm. Dazu kämen dann noch die Herstellungskosten.
Ich denke, es geht um Titandioxid.
Das einzige, was ich dazu gefunden habe, ist
https://de.wikipedia.org/wiki/High-k-Dielektrikum
Da wird als relative Dielektrizität 80 genannt. Und die Schichtdicke ist hier mit 3 nm angegeben. Du brauchst also eine CVD-Anlage, die Kosten dürften im Millionen-Euro-Bereich liegen.
Stimmt zwar aber nur bei dünnen schichten sonst werden die Dielektrischen Verluste hoch. Wird zB in FRAMs verwendet. Und die werden eigentlich alle in Verfahren hergestellt welche du zuhause nicht hinbekommst.
Was willst du am Ende erreichen?
Von Bariumtitanat habe ich bisher noch nichts gehört. Das scheint aber (auf den ersten Blick - Google hilft) sehr interessante physikalische Eigenschaften zu haben. Ich habe aber das Gefühl, dass es das nicht als Platten in der von Dir benötigten Größe gibt und dass das bezahlbar wäre.
Wenn ich Dir auch nicht helfen konnte, es war zumindest für mich interessant. Danke.
eigentlich wolltte ich danit einen Kondensator für Hohe Spannungen im KV Bereich basteln, da mich die hohe Permittivität interessiert hat.( also nur zum ausprobieren) Die Verluste sind mir eigentlich egal,weil das eh nur für Gleichspannung sein soll. Die Kapazität sollte dann ja sehr groß sein (im Verhältniss zur Spannungsfestigkeit und Fläche), je nachdem wie groß die Platten sind. (Ich weiß, dass das natürlich große Risiken mit sich bringt, da die Kapazität bei der Spannung hoch genug sein wird, um einen tödlichen Schlag zu bekommen, aber ich werde natürlich sehr vorsichtig sein)
Naja die Dielektrischen Verluste interessieren dich auch im Gleichstromfall weil sie das entladeverhalten beschäftigen.
Da Bariumtitanat Ferroelektrisch ist, ist die Kapazität zudem sehr stark Spannungabhängig. Die Dielektrizität ist zwar im Niederspannungsbereich hoch geht aber nahze gegen 1 wenn du an die Isolationsgrenze geht. Die Effektive Kapazität ist also bei solchen Kondensatoren stark Spannungsabhängig.
Die Energie kannst du am Ende nur dann nutzen wenn du den Kondensator wirklich komplett entlädst, als Pufferkondensator oder dergleichen ist er nicht zu brauchen.
Ich will dir zwar nicht zunahe treten aber ich denke mal dass du nicht das nötige wissen besitzt um mit Hochspannung zu arbeiten.
Es ist nicht nur so dass du vorsichtig sein musst sondern das auch verstehen musst. Es gab durchaus schon Unfälle im Hochspannungsbereich wo Personen dadurch gestorben sind, dass sie abgschaltene Leitungen angegriffen haben welche zunächst auch entladen waren. Der Grund war Ladungsrelaxation und die kann hier genau so auftreten wenn du das mit Gleichspannung betreibst.
Anders gesagt du entlädst deinen Kondensator, kommst 3 Stunden später zurück berührst ihn und bekommst ordentlich eine gewischt.
Als Laie sieht man viele Gefahren einfach nicht womit man sich auch nicht dagegen schützen kann.
Dass der Kondensator wieder ne Spannung bekommen kann, weiß ich. Deshalb würde ich ihn natürlich auch nach Benutzung konstant kurzschließen. Das ist auch klar, weil wenn die Spannung anliegt, dann wirkt eine Kraft auf das Dielektrikum,welche dieses Komprimiert. (und die Kraft ist nicht gering, denn es gilt F=q*E=q*U/d=C*U^2/d. Bei 10000V und einer Kapazität von 100nF (und es werden hier wesentlich mehr Kapazität sein) und einer Plattendicke von 2mm wären das dann 5000N.) Wenn nun entladen wird, und der Kondensator noch etwas Spannung hat, und er liegen bleibt,entspannt sich das Medium dazwischen, wodurch sich die Spannung wieder erhöht, da sich der Plattenabstand erhöht. Außedem kann natürlich such noch Ladung auf dem Teil der Isolation sein, welcher kein Metall direkt berührt, welche dann langsam aauf die Platten fließt. Und die erzeugten Dipole im Material werden vermutlich eine große Rolle spielen, da diese wieder zum Ursprungszustand zurrückjehren müssen. Das ist zumindest mein Gedanke dazu, wie der Effekt entstehen kann, näheres dazu habe ich mir jetzt nicht angeschaut. Verstanden habe ich das ganze schon. Manche Technischen Details und genauere spezifische Effekte/Materialeigenschaften vielleicht nicht,aber ich denke ich kann damit einigermaßen umgehen. Aber kann natürlich sein, dass ich mich täusche und es lieber lassen sollte. Studiere ja auch Physik, und mach keine Ausbildung zum Elektriker oder ähnlichem. Und den Kondensator würde ich auch nicht als Puffer verwenden, sondern z.b um kurzzeitig ein sehr hohes Magnetfeld durch entladen über eine Spule zu erzeugen. Da ist natürlich wichtig, dass er sich schnell entladen lässt,was vermutlich auch mit den Dielektrischen Verlusten und der Fähigkeit des Materials die Polarisation schnell zu ändern zusammenhängen wird.
Gibt es ein Material, dessen Feldkonstante bei hohen Feldstärken noch hoch bleibt? Z.b. größer als 50? bzw. einfach möglichst hoch.
Der Effekt kommt eigentlich bei jedem Material irgendwann zu tragen aber nicht ferroelektrische Keramiken sättigen nicht so stark.
Wenn du den Kondensator komplett entlädst kannst du die Energie natürlich auch ganz nutzen, aber wie willst du den Kondensator am Ende denn herstellen?
Luft einschlüsse zwischen Keramik und Dielektrikum verschlechtern die Eigenschaften massiv und zum Aufdampfen fehlen dir die Möglichkeiten.
Ich denke mal dass du am Ende mit gekauften Kondensatoren weit aus besser drann sein wirst.
Natürlich sind die Dinger teuer aber billiger kommst du am Ende auch nicht weg.
Hmm ja perfekt wirds sicher nicht. Könnte man Transformatoröl auf den Isolator geben, und dann die Metallpllatte wie ein deckplättchen beim Mikroskopieren schräg ansetzen und ablassen, um Lufteinschlüsse zu vermeiden? Transformatoröl hat zwar eine weitaus geringere Dielektrische Konstante als die technische Keramik, aber wenn die Schicht aus öl dünn genug ist, und das sollte man bei öl ja hinbekommen, sollte das doch passen, oder?
Jetzt ist nur die Frage, ob es solche Keramik für provatpersonen erhältlich gibt, und ob bei der hälfte oder einem drittel der Durchbruchspannung bereits die Permittivität stark absinkt.
Gibts dazu Kennlinien? Und insgesamt, gibt es online ein "Tabellenwerk" zu so gut wie allen Materialien,mit allen wichtigen elektrischen Eigenschaften am besten mit Kennlinien für das Verhalten bei unterschiedlichen Spannungen/Frequenzen? Etwas vollständiges habe ich dazu nicht gefunden.
Eher nein. Selbst ein Abstand im um Bereich senkt dir die effektive Dielektrizität stark.
Grundsätzlich gilt ja je dünner das Dielektrikum desto besser. Also 1um Luft und 1um Dielektrikum ist viel viel schlechter als 1um Dielektrikum. 1um Luft und 1mm Dielektrikum ist noch schlechter.
Die Keramik wirst du vermutlich um einen horrenden Preis irgendwo bekommen und vermutlich ists eine Spezialanfertigung.
Kennlinien entsprechen im wesentlichen denen von allen Keramikkondensatoren. Suche mal nach Perowskit ferroelectricl hysteresis. Da sollten sich Kennlinien finden die in etwa für alle Perowskit Mineralien gleich aussehen sollten.
Was spricht aber am Ende dagegen einfach fertige Hochspannungskondensatoren zu verwenden? Ein paar uF bekommst du so auch hin und das einfacher und vermutlich billiger.
Hmm,
Hab aber noch 2Fragen:
1.
rein rechnerisch sollte doch eine 1μm dicke Schicht im Vergleich zu 1mm vernachlässigbar sein, wenn man drüber machdenkt, oder die Formel für zusammengesetzte Dielektrika im Plattenkondensator hernimmt.
2.
Hab jetzt nochmal recherchiert, und laut Wikipedia hat Diamant eine relative Durchschlagsfestigkeit von 2000KV/mm. Außerdem hat es laut spektrum.de eine Permittivität von 16,5. Das ergäbe ja einen Faktor 1650 im Vergleich zu einem "typischen" Material mit Permittivität 1, und relativer Durchschlagsfestigkeit 20KV/mm. Das heißt man könnte eine 10μm Dicke Schicht Diamant auftragen, und hätte eine Durchschlagsfestigkeit von 20KV. Es gibt ja Sprühflaschen zur Beschichtung von Metallen mit einer Diamantschicht von z.b 25μm Dicke. Wenn man das sorgfältig macht, um eine möglichst gleichmäßige Dicke zu erhalten, spräche da was dagegen? (so lange sie auf Alkoholbasis sind, welcher ja schnell verdunstet und kaum leitet.)
rein rechnerisch sollte doch eine 1μm dicke Schicht im Vergleich zu 1mm vernachlässigbar sein, wenn man drüber machdenkt, oder die Formel für zusammengesetzte Dielektrika im Plattenkondensator hernimmt.
Ja ist es aber je mehr Dielektrikum desto schlechter. Also 1um Luft mit 1um Dielektrikum ist besser als 1um Luft mit 1mm Dielektrikum.
Du kannst den Kondensator in dem Fall so betrachten dass du eine Serienschaltung aus einem Luftkondensator mit 1um Dielektrikum und einem Kondensator mit 1mm Dielektriukum hast. Die Serienschaltung hat dabei immer weniger Kapazität als der kleinere Kondensator.
Da die Kapazität abnimmt je dicker das Dielektrikum ist, wirds besser wenn das Dielektrikum dünn ist. Es kann sogar soweit sein, dass 1um Luft besser ist als 1mm vom besten Dielektrikum. Zumindest was die Permittivität angeht. Spannungsfestigkeit ist natürlich etwas anderes.
Es gibt ja Sprühflaschen zur Beschichtung von Metallen mit einer Diamantschicht von z.b 25μm Dicke.
Das sind denke ich mal Diamantpartikel in einer Suspension mit einem Lack. Wenn man Kohlenstoff in einem Material löst und dann wieder abscheidet wird sich wohl keine Diamantstruktur bilden.
In so fern wird diese Beschichtung weitaus schlechter als Diamant sein.
Mhh ich hab mich da wohl verschaut. Was ich meinte war Bariumtitanat,mit laut Tabelle aus: https://www.chemie.de/lexikon/Permittivit%C3%A4t.html
einer Dielektrikumskonstante im Bereich von bis zu 10^4.