CN100578703C - 一种电容器铝箔及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种电容器铝箔及其制备方法。其方案是:先将铝箔清洗后装入传送***,再在沉积室1、冷却室6的本底真空为6~8×10-3Pa的条件下,按体积比为1∶0.5~1∶2通入氮气和乙炔至沉积室1,沉积室1的气压为0.5~5Pa,后在沉积负偏压为50~300V的条件下开启钛靶电弧蒸发源3、11,靶电流为60~100A,同时启动传送***,铝箔以5~20m/s的速度进入冷却室6,最后以10~60℃/min的冷却速度通入液氮,冷却至20~80℃。因此,本发明所制备的电容器铝箔的比容高、稳定性好、电容衰减小、无环境污染、使用寿命长。
Description
一、技术领域
本发明属于电容器材料的生产方法,具体涉及一种电容器铝箔及其制备方法。
二、背景技术
电容器是一种分立电器元件,它不可能被集成电路替代,铝电容器产量约占电容器总产量的25%,有很大的发展潜力。铝电容器是一种有阴阳极的电容器,阴阳极都是由铝箔制造的。提高阴极箔的比容对低压电容器有很大意义。目前国内阴极箔的制造技术有两种方法:一种是化学腐蚀;另一种是电化学腐蚀。电化学腐蚀用的材料为纯铝0状态,Al的质量分数在99.4%以上。电化学腐蚀法所得的比容较低,只有约350μF/cm2。化学腐蚀法生产的阴极用铝箔有两种:一种是铝-锰合金,铝质量分数大于98%,另一种是铝-铜合金,铝质量分数大于99.2%。这两系合金生产的阴极箔比容可达到500μF/cm2左右,比较高,但有很多缺点,如漏电流较大,腐蚀表面残留铜较多,使用寿命短,电容衰减严重等等。
另外,上述两种腐蚀法工艺复杂,产品质量不高,不实用于高分子电解质或固体电解质,而且对操作人员健康危害大,对环境污染严重.
三、发明内容
本发明的目的是提供一种比容高、稳定性好、电容衰减小、无环境污染、使用寿命长的电容器铝箔的制备方法。
为实现上述目的,本发明采用的制备电容器铝箔的设备是:在沉积室的上下部分别装有多个钛靶电弧蒸发源、中部设置有阴极导辊和传送***的给料装置、侧面设有进气口,脉冲偏压电源的一端与阴极导辊相连、另一端与沉积室的炉体阳极相连,沉积室通过一绝缘绝热通道与冷却室相通,沉积室、冷却室分别与各自独立的真空控制***相通;冷却室的上下部分别设置有液氮喷嘴,冷却室的中部设置有传送***的卷取装置。本发明采用的工艺方案是:先将铝箔清洗后装入传送***,再在沉积室、冷却室的本底真空为5~8×10-3Pa的条件下,按体积比为1∶0.5~1∶2通入氮气和乙炔至沉积室,沉积室的气压为0.5~5.0pa,然后在沉积负偏压为50~300V的条件下开启钛靶电弧蒸发源,靶电流为60~100A,同时启动传送***,铝箔以5~20m/s的速度进入冷却室,最后以10~60℃/min的冷却速度通入液氮,冷却至20~80℃。其中:
铝箔清洗是,先在40~80℃的5~10%的NaOH溶液浸泡10~30s,然后用无水乙醇或丙酮脱水、烘干。
传送***包括给料装置和卷取装置,装入传送***是先将铝箔卷装在沉积室的给料装置,铝箔卷通过道辊连到冷却室的卷取装置;沉积负偏压为脉冲偏压电源,采用逆变控制。
由于采用上述技术方案,本发明根据平板电容器的电容量公式
c=ε0·εr·s/d
式中:C表示电容量;
ε0和εr分别表示真空介电常数和材料的相对介电常数;
S和d分别表示介电涂层的面积和厚度。
若要提高电容器的容量就需提高介电涂层的面积S和εr或降低介电涂层的厚度d。在特定的电压下可以通过增加介电涂层的面积来获得高的电容量值。然而简单地增加面积虽然可以增加电容量,但也同时会增加电容器的体积,因此不符合电器产品小型化发展的要求。本发明通过气相沉积技术,可以在铝箔表面形成大量的隧道或孔坑,可以在不增加、甚至减少铝箔重量的前提下极大地增加铝箔介电涂层的面积。
本发明的制备设备采用多弧等离子沉积装置,可在铝箔表面沉积一定厚度的金属陶瓷涂层,如TiCN,然后快速冷却。所制备的表面涂层具有以下特性:结构均匀,粒度小,表面几十个纳米为非晶态;涂层厚度可在几十个纳米到几个微米连续控制;涂层生长法式主要是柱状生长;涂层类型可以是TiN,TiC,TiCN,(Ti,Al)N等金属陶瓷材料,因而大大增加介电涂层的面积。
本发明通过对沉积工艺和冷却工艺参数的控制,所制备的铝箔沉积层或为单面沉积层或双面沉积层,其沉积层的成份主要含有Ti、C、N三种元素,每种元素的质量百分含量分别是:Ti为30~60%、C为10~25%、N为10~25%
所沉积的TiCN涂层的介电常数在100以上,比Al2O3(Al2O3的介电常数7~10)的高得多,铝箔比容高,由纯铝箔的8μF/cm2提高到1000μF/cm2以上,且电容衰减小,使用寿命长,主要是因为TiCN涂层性质稳定,耐腐蚀,且整个生产过程在封闭环境中进行,又没有酸碱等化学试剂的使用,所以无环境污染。
因此,本发明所制备的电容器铝箔的比容高、稳定性好、电容衰减小、无环境污染、使用寿命长。
附图说明
图1是本发明所采用的一种等离子沉积装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术作进一步的说明。
一种电容器铝箔的制备方法,所制备电容器铝箔的设备如图1所示:在沉积室1的上、下部分别装有4~8个钛靶电弧蒸发源3、11,沉积室1的中部设置有阴极导辊13,在沉积室1的侧面设有进气口2,脉冲偏压电源4的一端与阴极导辊13相连、另一端与沉积室1的炉体阳极相连,沉积室1设置有传送***的给料装置12,沉积室1通过一绝缘绝热通道与冷却室6相通,沉积室1、冷却室6分别与各自独立的真空控制***8、10相通,冷却室6的上、下部分别设置有液氮喷嘴5、9,冷却室6的中部设置有传送***的卷取装置7。
本实施例的制备方案是:先将铝箔清洗后装入传送***,再通过真空控制***8、10使沉积室1、冷却室6的本底真空为6.5~7×10-3Pa,通过进气口2按体积比为1∶1.5通入氮气和乙炔至沉积室1,沉积室1的气压为0.6~0.8pa,然后通过脉冲偏压电源4调节沉积负偏压为150V,开启钛靶电弧蒸发源3、11,靶电流为70A,同时启动传送***,铝箔以10~15m/s的速度进入冷却室6,最后以25~30℃/min的冷却速度通过液氮喷嘴5、9通入液氮,冷却至30℃。其中:
铝箔清洗是,先在60℃的10%的NaOH溶液浸泡15~20s,然后用无水乙醇或丙酮脱水、烘干;传送***包括给料装置12和卷取装置7,装入传送***是先将铝箔卷装在沉积室1的给料装置12,铝箔卷通过道辊13连到冷却室的卷取装置7。沉积负偏压为脉冲偏压电源,采用逆变控制。
本具体实施方式通过对沉积工艺和冷却工艺参数的控制,所制备的铝箔沉积层为双面沉积层,其沉积层的成份主要含有Ti、C、N三种元素,每种元素的质量百分含量分别是:Ti为50~60%、C为15~20%、N为15~20%
所沉积的TiCN涂层的介电常数在100以上,比Al2O3(Al2O3的介电常数7~10)的高得多,铝箔比容高,由纯铝箔的8μF/cm2提高到1000μF/cm2以上,且电容衰减小,使用寿命长,主要是因为TiCN涂层性质稳定,耐腐蚀,且整个生产过程在封闭环境中进行,又没有酸碱等化学试剂的使用,所以无环境污染。
因此,本实施例所制备的电容器铝箔的比容高、稳定性好、电容衰减小、无环境污染、使用寿命长。
Claims (4)
1、一种电容器铝箔的制备方法,制备电容器铝箔的设备是,在沉积室[1]的上、下部分别装有多个钛靶电弧蒸发源[3、11],沉积室[1]的中部设置有阴极导辊[13],沉积室[1]的侧面设有进气口[2],脉冲偏压电源[4]的一端与阴极导辊[13]相连、另一端与沉积室[1]的炉体阳极相连,沉积室[1]设置有传送***的给料装置[12],沉积室[1]通过一绝缘绝热通道与冷却室[6]相通,沉积室[1]、冷却室[6]分别与各自独立的真空控制***[8、10]相通,冷却室[6]的上、下部分别设置有液氮喷嘴[5、9],冷却室[6]的中部设置有传送***的卷取装置[7],其特征在于先将铝箔清洗后装入传送***,再在沉积室[1]、冷却室[6]的本底真空为6×10-3~8×10-3Pa的条件下,按体积比为1∶0.5~1∶2通入氮气和乙炔至沉积室[1],沉积室[1]的气压为0.5~5.0pa,然后在沉积负偏压为50~300V的条件下开启钛靶电弧蒸发源[3、11],靶电流为60~100A,同时启动传送***,铝箔以5~20m/s的速度进入冷却室[6],最后以10~60℃/min的冷却速度通入液氮,冷却至20~80℃。
2、根据权利要求1所述的电容器铝箔的制备方法,其特征在于所述的铝箔清洗是,先在40~80℃的5~10%的NaOH溶液浸泡10~30s,然后用无水乙醇或丙酮脱水、烘干。
3、根据权利要求1所述的电容器铝箔的制备方法,其特征在于所述的传送***包括给料装置[12]和卷取装置[7],装入传送***是先将铝箔卷装在沉积室[1]的给料装置[12],铝箔卷通过道辊[13]连到冷却室的卷取装置[7]。
4、根据权利要求1所述的电容器铝箔的制备方法,其特征在于所述的沉积负偏压为脉冲偏压电源,采用逆变控制。
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