[发明专利]一种电容器铝箔及其制备方法

说明书

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系统的给料装置、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系统相通；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系统的卷取装置。本发明采用的工艺方案是：先将铝箔清洗后装入传送系统，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，同时启动传送系统，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。

传送系统包括给料装置和卷取装置，装入传送系统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·ε_r·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。