冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性及微观机理

为探究钽电容在冲击载荷作用下的失效机制,设计并开展了5组不同强度的钽电容水下爆炸冲击实验,研究了冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性,通过漏电、充电电流变化分析了钽电容的失效模式,利用扫描电镜观察钽电容的微观结构,讨论了冲击载荷作用下钽电容的失效机理。结果表明：钽电容受冲击后发生短路失效,电压大幅度降低,在自愈完成后电压缓慢上升。随着冲击波超压的增大,钽电容失效的概率增大,钽电容失效的临界超压约为32 MPa。
不同类型的电压变化对应不同的失效模式,包括击穿后瞬间自愈、击穿后缓慢自愈和多次击穿自愈。不同类型电压变化的初始漏电电流峰值有较大差别,Ⅰ类电流峰值为2.5~5 A,Ⅱ类为1~2 A,Ⅲ类为8~9 A,且峰值越大,峰宽越小。冲击载荷作用下钽电容的微观失效机理与其氧化膜的瑕疵相关,机理包括氧化膜中微裂缝扩展使得局部电场强度超过击穿场强造成击穿、氧化膜较薄区域下方的杂质及晶态膜突出形成导电通道、贯穿型裂缝形成后气体电离导致的击穿。