一種電容器鋁箔及其製備方法
2023-10-10 04:34:44 1
專利名稱：一種電容器鋁箔及其製備方法
技術領域：
本發明屬於電容器材料的生產方法，具體涉及一種電容器鋁箔及其製備方法。
背景技術：
電容器是一種分立電器元件，它不可能被集成電路替代，鋁電容器產量約佔電容器總產量的25％，有很大的發展潛力。鋁電容器是一種有陰陽極的電容器，陰陽極都是由鋁箔製造的。提高陰極箔的比容對低壓電容器有很大意義。目前國內陰極箔的製造技術有兩種方法一種是化學腐蝕；另一種是電化學腐蝕。電化學腐蝕用的材料為純鋁0狀態，Al的質量分數在99.4％以上。電化學腐蝕法所得的比容較低，只有約350μF/cm2。化學腐蝕法生產的陰極用鋁箔有兩種一種是鋁-錳合金，鋁質量分數大於98％，另一種是鋁-銅合金，鋁質量分數大於99.2％。這兩系合金生產的陰極箔比容可達到500μF/cm2左右，比較高，但有很多缺點，如漏電流較大，腐蝕表面殘留銅較多，使用壽命短，電容衰減嚴重等等。
另外，上述兩種腐蝕法工藝複雜，產品質量不高，不實用於高分子電解質或固體電解質，而且對操作人員健康危害大，對環境汙染嚴重.
發明內容
本發明的目的是提供一種比容高、穩定性好、電容衰減小、無環境汙染、使用壽命長的電容器鋁箔的製備方法。
為實現上述目的，本發明採用的製備電容器鋁箔的設備是在沉積室的上下部分別裝有多個鈦靶電弧蒸發源、中部設置有陰極導輥和傳送系統的給料裝置、側面設有進氣口，脈衝偏壓電源的一端與陰極導輥相連、另一端與沉積室的爐體陽極相連，沉積室通過一絕緣絕熱通道與冷卻室相通，沉積室、冷卻室分別與各自獨立的真空控制系統相通；冷卻室的上下部分別設置有液氮噴嘴，冷卻室的中部設置有傳送系統的卷取裝置。本發明採用的工藝方案是先將鋁箔清洗後裝入傳送系統，再在沉積室、冷卻室的底真空為5～8×10-3Pa的條件下，按體積比為1∶0.5～1∶2通入氮氣和乙炔至沉積室，沉積室的氣壓為0.5～5.0pa，然後在沉積負偏壓為50～300V的條件下開啟鈦靶電弧蒸發源，靶電流為60～100A，同時啟動傳送系統，鋁箔以5～20m/s的速度進入冷卻室，最後以10～60℃/min的冷卻速度通入液氮，冷卻至20～80℃。其中鋁箔清洗是，先在40～80℃的5～10％的NaOH溶液浸泡10～30s，然後用無水乙醇或丙酮脫水、烘乾。
傳送系統包括給料裝置和卷取裝置，裝入傳送系統是先將鋁箔卷裝在沉積室的給料裝置，鋁箔卷通過道輥連到冷卻室的卷取裝置；沉積負偏壓為脈衝偏壓電源，採用逆變控制。
由於採用上述技術方案，本發明根據平板電容器的電容量公式c＝ε0·εr·s/d式中C表示電容量；ε0和εr分別表示真空介電常數和材料的相對介電常數；S和d分別表示介電塗層的面積和厚度。
若要提高電容器的容量就需提高介電塗層的面積S和εr或降低介電塗層的厚度d。在特定的電壓下可以通過增加介電塗層的面積來獲得高的電容量值。然而簡單地增加面積雖然可以增加電容量，但也同時會增加電容器的體積，因此不符合電器產品小型化發展的要求。本發明通過氣相沉積技術，可以在鋁箔表面形成大量的隧道或孔坑，可以在不增加、甚至減少鋁箔重量的前提下極大地增加鋁箔介電塗層的面積。
本發明的製備設備採用多弧等離子沉積裝置，可在鋁箔表面沉積一定厚度的金屬陶瓷塗層，如TiCN，然後快速冷卻。所製備的表面塗層具有以下特性結構均勻，粒度小，表面幾十個納米為非晶態；塗層厚度可在幾十個納米到幾個微米連續控制；塗層生長法式主要是柱狀生長；塗層類型可以是TiN，TiC，TiCN，(Ti，Al)N等金屬陶瓷材料，因而大大增加介電塗層的面積。
本發明通過對沉積工藝和冷卻工藝參數的控制，所製備的鋁箔沉積層或為單面沉積層或雙面沉積層，其沉積層的成份主要含有Ti、C、N三種元素，每種元素的質量百分含量分別是Ti為30～60％、C為10～25％、N為10～25％所沉積的TiCN塗層的介電常數在100以上，比Al2O3(Al2O3的介電常數7～10)的高得多，鋁箔比容高，由純鋁箔的8μF/cm2提高到1000μF/cm2以上，且電容衰減小，使用壽命長，主要是因為TiCN塗層性質穩定，耐腐蝕，且整個生產過程在封閉環境中進行，又沒有酸鹼等化學試劑的使用，所以無環境汙染。
因此，本發明所製備的電容器鋁箔的比容高、穩定性好、電容衰減小、無環境汙染、使用壽命長。
圖1是本發明所採用的一種等離子沉積裝置的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明技術作進一步的說明。
一種電容器鋁箔的製備方法，所製備電容器鋁箔的設備如圖1所示在沉積室1的上、下部分別裝有4～8個鈦靶電弧蒸發源3、11，沉積室1的中部設置有陰極導輥13，在沉積室1的側面設有進氣口2，脈衝偏壓電源4的一端與陰極導輥13相連、另一端與沉積室1的爐體陽極相連，沉積室1設置有傳送系統的給料裝置12，沉積室1通過一絕緣絕熱通道與冷卻室6相通，沉積室1、冷卻室6分別與各自獨立的真空控制系統8、10相通，冷卻室6的上、下部分別設置有液氮噴嘴5、9，冷卻室6的中部設置有傳送系統的卷取裝置7。
本實施例的製備方案是先將鋁箔清洗後裝入傳送系統，再通過真空控制系統8、10使沉積室1、冷卻室6的底真空為6.5～7×10-3Pa，通過進氣口2按體積比為1∶1.5通入氮氣和乙炔至沉積室1，沉積室1的氣壓為0.6～0.8pa，然後通過脈衝偏壓電源4調節沉積負偏壓為150V，開啟鈦靶電弧蒸發源3、11，靶電流為70A，同時啟動傳送系統，鋁箔以10～15m/s的速度進入冷卻室6，最後以25～30℃/min的冷卻速度通過液氮噴嘴5、9通入液氮，冷卻至30℃。其中鋁箔清洗是，先在60℃的10％的NaOH溶液浸泡15～20s，然後用無水乙醇或丙酮脫水、烘乾；傳送系統包括給料裝置12和卷取裝置7，裝入傳送系統是先將鋁箔卷裝在沉積室1的給料裝置12，鋁箔卷通過道輥13連到冷卻室的卷取裝置7。沉積負偏壓為脈衝偏壓電源，採用逆變控制。
本具體實施方式
通過對沉積工藝和冷卻工藝參數的控制，所製備的鋁箔沉積層為雙面沉積層，其沉積層的成份主要含有Ti、C、N三種元素，每種元素的質量百分含量分別是Ti為50～60％、C為15～20％、N為15～20％所沉積的TiCN塗層的介電常數在100以上，比Al2O3(Al2O3的介電常數7～10)的高得多，鋁箔比容高，由純鋁箔的8μF/cm2提高到1000μF/cm2以上，且電容衰減小，使用壽命長，主要是因為TiCN塗層性質穩定，耐腐蝕，且整個生產過程在封閉環境中進行，又沒有酸鹼等化學試劑的使用，所以無環境汙染。
因此，本實施例所製備的電容器鋁箔的比容高、穩定性好、電容衰減小、無環境汙染、使用壽命長。
權利要求
1.一種電容器鋁箔的製備方法，製備電容器鋁箔的設備是，在沉積室1的上、下部分別裝有多個鈦靶電弧蒸發源3、11，沉積室1的中部設置有陰極導輥13，沉積室1的側面設有進氣口2，脈衝偏壓電源4的一端與陰極導輥13相連、另一端與沉積室1的爐體陽極相連，沉積室1設置有傳送系統的給料裝置12，沉積室1通過一絕緣絕熱通道與冷卻室6相通，沉積室1、冷卻室6分別與各自獨立的真空控制系統8、10相通，冷卻室6的上、下部分別設置有液氮噴嘴5、9，冷卻室6的中部設置有傳送系統的卷取裝置7，其特徵在於先將鋁箔清洗後裝入傳送系統，再在沉積室1、冷卻室6的底真空為6～8×10-3Pa的條件下，按體積比為1∶0.5～1∶2通入氮氣和乙炔至沉積室1，沉積室1的氣壓為0.5～5.0pa，然後在沉積負偏壓為50～300V的條件下開啟鈦靶電弧蒸發源3、11，靶電流為60～100A，同時啟動傳送系統，鋁箔以5～20m/s的速度進入冷卻室6，最後以10～60℃/min的冷卻速度通入液氮，冷卻至20～80℃。
2.根據權利要求1所述的電容器鋁箔的製備方法，其特徵在於所述的鋁箔清洗是，先在40～80℃的5～10％的NaOH溶液浸泡10～30s，然後用無水乙醇或丙酮脫水、烘乾。
3.根據權利要求1所述的電容器鋁箔的製備方法，其特徵在於所述的傳送系統包括給料裝置12和卷取裝置7，裝入傳送系統是先將鋁箔卷裝在沉積室1的給料裝置12，鋁箔卷通過道輥13連到冷卻室的卷取裝置7。
4.根據權利要求1所述的電容器鋁箔的製備方法，其特徵在於所述的沉積負偏壓為脈衝偏壓電源，採用逆變控制。
全文摘要
本發明具體涉及一種電容器鋁箔及其製備方法。其方案是先將鋁箔清洗後裝入傳送系統，再在沉積室1、冷卻室6的底真空為6～8×10
文檔編號H01G9/04GK101071684SQ20071005233
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月31日 優先權日2007年5月31日
發明者潘應君, 周青春, 陳大凱, 吳新傑 申請人:武漢科技大學