鋁電解電容器鋁箔的研究現狀和技術發展
發布時間:2019-07-13 17:20:08來源:
引畝電解電容器是電子產品中不可缺少的元器件之一。隨著電子技術的迅猛發展,電子整機的組裝密度和集成化程度進一步增大,鋁電解電容器作為關鍵的、不可集成的分立元件,正向著小體織、大容量、低成本、篼頻低阻抗方向發展。鋁電解電容5H具有性能優良、大容量、價格低廉、易于加工、使用便捷等特點,因此廣泛應用于信息電子設備、儀器、機電、家電等電子整機產品中。
1.2特性要求篼壓陽極用鋁箔使用雜質元素較少的高純度鋁材料制作,其立方織構占有率和對鋁箔表面特性的控制非常重要。如高壓陽極用鋁箔在500X:左右退火(包括退火氣氛條件),對表面氧化膜厚度及狀態均產生微妙的影響,腐蝕開始點的控制對靜電容量也會產生重大影響。
氧化膜的特性通過膜的耐電壓值(V*)和測定鋁箔的靜電容量獲得。不同的腐蝕化成工廠通常采用適于自己腐蝕條件的特征值來控制。
表面氧化膜特性對鋁箔的表面溶解性有著明顯的影響,進而對獲得較高的靜電容量帶來很大影響。表面洛解性很微妙,依賴于腐蝕條件的變化會發生很大的變化,根據各種腐蝕方法的不同可制得不同表面溶解度的鋁箔。
低壓陽極用鋁箔和陰極用鋁箔的雜質含量的控制很關鍵。對硬態鋁箔的雜質元素在鋁箔中的固溶及析出狀態的控制是非常重要的。軟質鋁箔則還需對退火后鋁箔的抗拉強度等力學性能進行控制。
鋁箔共同的質量要求主要是:傷痕、皺紋、波浪、外觀問題及較少的蛇形和制造技術問題。這些問題均會對腐蝕工廠的生產工藝造成影響,從而影響鋁箔的腐蝕性能。
厚度不均會對腐蝕和化成后的鋁箔的機械強度有影響。
下游工廠希望厚度盡可能均勻,比較厚與比較薄處的差值比較好能在平均厚度的1%以下。
鋁箔表面狀況的控制,如在鋁箔表面帶有的油跡、氧化物以外的異物。各種雜質粒子的露頭對產品性能都會帶來極大的影響。
2鋁電解電容器用鋁箔的生產技術研究現狀2.1原材料制備技術現狀目前國內外生產鋁電解電容器用鋁箔所需主要原材料的質量要求是:陽極用鋁箔采用含A199.98%以上的篼純鋁制作,厚度范圍4012(Vm;陰極用鋁箔采用工業純含A199.3% 99.8%的普通鋁制作,特殊用途陰極用鋁箔也有采用含A199. 9%以上的篼純鋁制作的,厚度范圍15~60Mm.目前世界上篼純鋁的制備技術主要有兩種:三層液電解法和偏析法。
70%以上純度鋁作為原料,電解槽下部為熔融態的Al-Cu合金作為陽極,中部為電解質層,上部為精煉鋁液層與石墨(或鋁電極)相連作為陰極,通直流電進行熔鹽電解。經過電化學反應,在陰極生成篼純鋁,純度可達99. 99*以上。該方法一次提純純度較高,特點是Fe、S、Zn、Ga等元素提純效果較好,Cu、Mg等元素略高t缺點是生產成本較篼,主要是噸鋁電耗太大,約16000~20000kWh/t.目前德國HYDRO、法國PECHINEY、俄羅斯、中國新*眾和及東北歐國家采用此法生產較多,這類工廠多建于電價較低的地區。
偏析法是一種物理提純的方法,主要利用鋁從熔融狀態開始結晶時所具有的純化特性。由于各元素在固液相分配系數的不同,通過控制結晶過程將在底部優先結晶的篼純度鋁與多雜質的熔融鋁液分離,達到提純的目的。該方法可得到99.98%以上的高純鋁,也可得到99.99%甚至99.995%以上的篼純鋁,還可通過多次偏析獲得更篼純度的高純鋁。其特點是Fe、Si、Zn、Ga等元索提純效果不如三層液電解法好,但Cu、Mg等元素提純效果奇佳,幾乎可達痕置。由于能源消耗少,生產成本較低,不太受地區限制,目前日本昭和鋁業和三井鋁業、德國HYDRO、法國PECHINEY、美國鋁業等主要采用此法生產篼純鋁。
國外篼壓陽極用鋁箔的生產既有單獨采用三層液電解法生產的離純鋁作為原料的;也有單獨采用偏析法生產的高純鋁作為原料的》還有用三層液電解法高純鋁與偏析法高純鋁混合使用的,這樣可結合兩種高純鋁的優點。低壓陽極用鋁箔一般采用偏析法篼純招為原料。目前國內全部采用三層液電解法篼純鋁為原料制作高壓和低壓陽極用鋁箔,這與國內開發的篼純鋁箔主要是99.99%A1含童有關,也與國內僅具備三層液電解法高純鋁的批量生產供貨能力有關。
2.2生產技術現狀目前掌握和能夠生產篼純陽極用鋁箔技術的主要有曰本、法國、意大利、國、美國、中國等少數幾個國家。技術都是自主開發的,其中以日本電容器用鋁箔的制造技術較為領先,產品的穩定性比較好。陰極鋁箔生產技術難度相對較低,能夠生產的國家要多些。
國內外電容器用鋁箔的加工工藝過程總體差異不大,僅僅在工藝技術細節上存在差異,具體集中在織構控制技術、微量元素調整及存在分布控制技術和原料低純化技術方面。》電容器用鋁箔生產工藝流程w:鋁錠*熔煉靜置爐半)連續鑄造4銑面?均勻化加熱?熱軋*冷軋?中間退火4箔軋*清洗?分切>成品退火*包裝檢驗*入庫*發運。
目前國外企業及國內幾個主要的電容器用鋁箔生產企業都是采用上述工藝流程進行組織生產的。國內外電容器用鋁箔的生產工藝和過程控制的主要差別在于:①設備裝機水平存在差距;②在基礎研究上存在差距,如雜質含量與雜質存在形態對產品質量起著決定作用,而國內研究較少;③工藝控制水平及生產管理存在差距;國內工藝控制和管理水平低,不夠細致t④熔體凈化處理技術;⑤國內企業沒有清洗工序,大部分產品不經過退火直接提供給腐蝕化成及電容器工廠,而國外企業全部提供經洗過的低壓和陰極硬質鋁箔和洗后經過退火的軟質高壓和低壓陽極用鋁箔。
篼壓陽極用鋁箔在腐蝕時主要采用直流腐蝕,要求鋁箔中具有較強的立方織構。織構控制技術目前國內外都已基本掌握成熟,生產的高壓陽極用鋁箔產品的立方織構占有率均可穩定在95%以上。國內目前已有3家企業掌握篼壓陽極用鋁箔立方織構控制技術。新疆眾和股份公司、北京偉豪鋁業有限公司和西南鋁業有限責任公司分別與篼校合作,先后開發成功立方織構占有率95*以上的高壓陽極用鋁箔產品。國產高m產品,的織構控制技術水平已達到國際先進水平1,但采用偏析法高純鋁生產高立方織構占有率的高壓陽極用鋁箔技術還不成熟。
低壓陽極用鋁箔在腐蝕時采用交流腐蝕,對于織構的依賴較少,冷軋時得到的位錯成為腐蝕的活性點。低壓陽極用鋁箔中,一部分采用硬態鋁箔直接進行腐蝕,其雜質元索控制和固溶及析出狀態的控制很重要,會影響鋁箔的耐溶解性和腐蝕性能。
國外在低壓陽極用鋁箔制造技術方面,已成功采用偏析法生產的99.97%99.98%鋁制備篼純低壓陽極用鋁箔。有效控制了鋁箔中雜質的固溶析出,解決了鋁箔耐溶解性問題,鋁箔的綜合性能可完全替代99.99%篼純鋁生產的篼純鋁箔,且腐析法篼純鋁錠生產低壓陽極用鋁箔方面才剛剛進入初始研究階段。
近年來國產高純鋁箔生產技術取得了重大的進步,但還存在一些工藝技術細節問題需進一步研究。尤其在偏析法篼純鋁作為原料生產高純鋁箔的生產技術方面與國外存在較大差距,需加強研究,以降低生產成本,提篼產品綜合性能,提升產品在國內外市場的競爭力。
近年來,國內外關于陰極用鋁箔技術的研究都取得了長足的進步。國外在純鋁系、篼純鋁系、Al-Cu系、Al-Mn系、Al-Mg.系等陰極用鋁箔的開發方面取得了較多的研究成果,推出了可適應不同腐蝕體系(化學腐蝕和電化學腐蝕體系)的腐蝕使用系列產品,滿足了市場的需求。而國內目前主要以Al-Mn和Al-Cu系為主,可滿足大部分市場的需求。一般認為,在陰極用鋁箔的制造技術方面,尤其是硬態腐蝕用鋁箔中雜質元素的固溶及析出狀態的控制是非常重要的。
3技術難點目前國內外在原箔制造技術方面的難點主要集中在篼純鋁‘箔立方織構的控制、高純電容器鋁箔微量元素的調整與控制、偏-析法制造99.98%以上高純鋁原箔制造技術的實用化等3個方面。
3.1高壓陽極用鋁箔立方織構的控制技術國內外對篼壓陽極用鋁箔的立方織構控制技術的研究較多。電容器用鋁箔的熱處理技術對立方織構的控制、微量元素的分布、存在狀態以及氧化膜厚度的影響很大。目前國內成品退火主要采用真空退火,成本較高;大卷鋁箔退火技術不成熟,導致整卷鋁箔退火不均勻,腐蝕鋁箔性能也不穩定。
國外主要采用低真空氣氛保護退火(如氬氣、氮氣等),生產效率較高,產品性能相對穩定,部分廠家采用連續退火工藝進行退火,使產品的綜合性能得到提篼。
電容器用鋁箔腐蝕時,為了控制表面的溶解,使腐蝕更加均勻,以獲得較高的靜電容董和鋁箔的氧化膜厚度,需加強Cu、Pb等微置元索在鋁箔中的分布控制的研究。主要可通過研究微量元素的合金組成設計、熱軋工藝條件、清洗過程及退火工藝來實現。目前電容器用鋁箔腐蝕后的實際擴面倍率只能達到理論擴面倍率的60%左右,如何進一步提高腐蝕鋁箔的擴面倍率成為重點,腐蝕形核點的形成及腐蝕點的分布控制技術研究中還有許多問題急待研究,腐蝕化成及電容器企業的腐蝕丁藝條件與J材料合金設計的緊密配合否影響很大181. 4市場需求、存在問題、解決辦法與展望4.1市場需求隨著近年來國際信息產業的飛速發展。顯示器、電源供應市場、主板更新以及PS2對V-C*hip、汽車電子的促進都給電容器市場注人了新的活力由于成本的壓力和市場的變化。W界鋁電解電容器制造業以前所未有的速度向中W大陸轉移。〖1木除Rubycon尚未正式確定地點外。其余公司全部都在中M設制造基地,韓國、中國臺灣地K的鋁電解電容器制造企業幾f仝部遷人中國大陸,繼瑞典EV()X-R1FA和南通江海電容器公司合資后,美國、德國、荷蘭等國家的電容器公聞也都在;求中N的合作伙伴。西安:西安交通大學,1卯6.52 25毛衛民,蔣恒,楊平,等。微觀結構和微*元索對鋁箔腐蝕結構的影響。中國有色金屬學報,2004,14(10):26王祝堂,任柏峰。日本與韓國的鋁箔工業輕合金加工技27北京依萊達信息技術有限公司。鋁電解電容器行業市場研究(行業交流內部資料)。北京,2003.2(責任編輯海鷹)更正啟事