铝阳极氧化膜缺陷形成机制及改善方法.pdf

第2 1卷第l期 19 9 9年2月 沈阳工 业 大学学报 J o u r n a lof She ny a ng P o lyt e c h n ieU n i v e r sity V o l 21 N o l Fe b 19 9 9 铝阳极氧化膜缺陷形成机制及改善方法 韦春才赵泉柱 沈阳工业大学电子工程系 辽 宁沈阳 的刀 摘要 铝电解电容器的电介质是一层微米级的氧化铝膜 其本身存在的各种缺陷直接影响电容 器的电性 能 可靠性及 寿命 阐述了铝电解电容器阳极氧化膜杂质缺陷 水 化物层 缺陷 表面龟裂缺 陷的形成机制 并提出改善方法 介绍了选用高纯度原料法 热处理法 电压变化法 水化物去 除法 和热水处理法 并证明了上述5种方法的有效性 关键词 铝电解电容器 氧化膜 缺陷 分类号 飞N日 又 铝电 解 电容器 的 电介质 是一层微米 级的氧 化 铝膜 是 一 种Y 一lp 3 型晶体结 构 它是用电 化 学 方法在 特种电解 液 中形成的 其 本 身 存在的各 种缺 陷直 接影响着 电容器的 电性能 如 耐压 容 量 漏 电 流 损 耗 等 和可靠 性 及寿 命 深人了解 铝阳极氧 化膜缺 陷形成机 制并 有 针 对性 的提 出改 善方 法 就 能 制 造 高可靠 长寿命的铝 电解 电容 器 1 铝阳极氧化膜缺陷形成机制 铝电解 电容器 的电介质阳极氧 化膜 是在形 成液中加电压制 得的 经形成 制得 的阳极 氧化 膜 容易产 生3种缺陷 电极中存在 的杂 质 缺 陷 电极 最 外层存在水 分 物层缺 陷 氧化膜 本身的龟 裂缺 陷 1 1 杂质缺陷 在铝阳极 中 往 往 存在Fe Cu S i 等杂 质 这 些 杂质 即 使是微 量 对阳极 氧化膜的 影 响 也很 坏 特 别是Fe 几乎不固溶在铝中 它是以颗粒形 式分布在 铝中 同时也存在 氧 化膜中 这些 粒 子 即使氧 化 也不像 A 1 2O 那样形成 很 优 良的绝 缘 物 当这些 粒子 与氧 化 膜的厚 度比很小 时 问 题还 不大 但比氧 化膜 厚 度大 时 工作电解 液 与 铝阳极可能 发生短 路 会产 生大 的漏 电流 同 时 该粒子和 铝之间形成微 电池 铝将在 工作电 解 液 中溶 出 使 氧化膜劣 化 氯离 子的存在对 氧化膜 的破 坏 更厉 害 特 别 是当铝 电解 电容器工作时 氯 离子 在 电 场作用 下 收稿日期 19 97一0 2一2 8 作者简介 韦春才 1 9引 一 男 副教授 很快 腐蚀 氧 化膜和铝 使 漏电流剧 增 1 2 氧化膜上的水化 物缺陷 阳极氧化膜在形 成 过程中 在 其 表面容易生 成一层多孔 质水 分化 物 它是一种一水 软铝石或 类一水 软铝 石 为主的化合物 这 种 水化物 使 氧化 膜介质性 能 变 坏 它的存在使铝 电解 电容器的 漏 电流 和损耗都增 加 同时 由于水化 物 是多 孔 质 导致高粘 度 电解 液难以浸人底 部 由此可造 成 电 容 量的损 失 和 变 化 1 3 氧化膜本身龟裂缺陷 铝氧化 膜在 形成时 虽然可以得 到致 密的结 构 但 并非 没有一点缺 陷 常常会 出现龟 裂 这些 龟裂 是极细 小 的 龟 裂 直 径 大约在 2一3 x 10 一 m之间 I cm 中约 有1 0 1 2 个 特别是进行 水化处理以后 形 成时 会 得 到 有许多 明 显 大 的龟 裂膜 这是 因为在此形成 方法中 无定型膜变成结 晶型膜 由于收缩而 产生龟 裂 龟 裂有时成 为铝氧 化 膜 质 量 变坏 的致 命 缺 陷 有时这种缺 陷正 是使氧 化 膜 失去耐压 的根 本 原因 同时 也伴 随着电容 量及 损耗的 变化 2 改善铝阳极氧化膜缺陷的方法 2 1 选用高纯度原材料 用于制 造铝电解 电容器阳极的铝箔 要选 用 含 杂 质 少 的 高 纯 铝 箔 一般 是9 9 99 8 的纯 度 含Fe C u S i 杂质少 而且 在铝中分散 均匀 另外要严格控 制配制工作 电解 液的各种化学 药品中的氯离子含 量 一定要符 合国家标 准 第1期 韦春 才等 铝阳极 氧化膜 缺陷形成 机制及改善方法 2 2 热处理法 把 即要形成完了的阳极铝箔 在45 0 55 0 之间 进行短时 3 0 m in 热处理 接着 再 继续形 成 这样反 复 进 行3 4次 可收 到 良 好 效果 这是 因为经加 热处 理 使正在 形成的氧化膜的 龟 裂 孔 打开 再形成时 就 会 有 电 流流到孔底的 铝金属处 使龟 裂孔 得到 较好地修补 这样 反复 几次 使整个膜层龟 裂得以覆平 使漏 电 流大 大 减 J 2 3 电压变化法 当阳极氧 化膜形成 快结 束时 将形成电压调 回零 点 经 短时间后 再继续加电压 这 样反 复 几次 就可获得 缺 陷少的氧化膜 这 是 因为当外 加 电压停止时 堵塞在裂 孔 中的 氧气被 释放出来 使 裂 孔 充 分 暴 露 再继 续加电 压 时 有 电流流 过 使裂孔处得以生 长氧 化膜层 使整个氧化膜 结构 致密 完好 2 4 水化 物去除法 铝阳极箔水化处理后 在形成之前 先将铝箔 浸泡在磷 酸溶液 中 这样可以预先去除由水化 产 生的铝表面多孔 的氢氧化物 或 者是 在形成即将 结束时 使铝 箔通过 磷 酸槽 也可去 除 水 化 物 同 时打开龟裂闭合部 分 再 进行 形成 此方法在除 去使氧化膜 特 性变化的水 化 物 的 同时 打 开 龟裂 的闭合部 分 减少了处 理 次 数 由于使用了磷 酸 使 制 成的膜 具 有耐 水 性 除去多孔质 氢氧化 物 有可能使用高 粘度工作电解 液 也有 减小电 容器损耗 的 效果 2 5 热水处理法 使即将形成好的铝箔 通过热水 8 0 9 0 C 槽 也可使氧化膜龟 裂闭合部 分打开 然后 再继续 形成 也 可获 得 缺 陷少的 氧化膜 3 结语 综上所述 铝阳极氧化膜的缺 陷 通过 高纯度 材料选择和 新的 制造工艺 是完 全可以克服的 或 者是 限制 到最小程度 文中提 及 的5种 方法 是行之有效 的 利用这 些 方 法 可制 得 缺陷 少的 完美的铝阳极 氧化膜 从 而 可 制得 高品质 的铝 电 解 电容器 参考文献 1崔志武 铝电解 电容器 北京 学苑出版社 19 以 2 西安交通大学 电解电容器 西安西安交通大学 197 7 3 永田伊佐也 了沙三二巾八乾式屯解习夕尹夕廿 JC C 1989 Fo r而ng Me c ha nisman dIm Pro讨ngA PPro a ehon D ef e c tin A lum in um A no deO对deFi l m s W 1 Ch训c ai Zha o Q o a nz h D e Pt of Ele ctr o nie Eng ne e 八ng Sb e n y a ng P o l界e ChnieU niv er s ity Ab创拍d T h i s PaPer di seri bs f o r m ingme cha n i sm a nd hyd r a te d w a terl ayer d ef e Ct tor toiseor aek surf aee lm Pro v in g etc in the aPPr oa eho