低压铝电解电容器用高性能阳极氧化膜研究

论文摘要

铝电解电容器以其独特的性能在电子线路中发挥着不可替代的作用。随着电子整机系统及变频技术的发展，铝电解电容器在移动通讯、信息技术、消费电子及电动汽车领域有着重要和广阔的应用前景。为适应电子整机高密度表面组装的要求，小型化、大容量、低成本、长寿命是铝电解电容器的发展方向。阳极箔是制造铝电解电容器的关键原材料，其表面阳极氧化膜的性能极大地决定了铝电解电容器的体积与应用。本课题围绕如何提高低压铝电解电容器用阳极氧化膜的性能展开研究，选定软质交流腐蚀箔作为研究的基体材料，通过两种技术途径来提高铝电极箔的比容，研究了制备高性能Al-Ti复合氧化膜的阳极氧化条件，对氧化膜的耐电压特性进行了探讨，并采用新型耐水合剂提高了氧化膜的耐水合性。论文的主要研究内容及创新性结果归纳如下： 1．针对铝电极箔的特殊表面形貌，确立了氧化膜的Ⅰ-Ⅴ特性测试体系及方法，并首次采用氧化膜场助溶解过程中的耐受电压测试法来表征氧化膜的微观结构。研究结果表明，相对于MIM结构，采用MIE结构进行氧化膜的Ⅰ-Ⅴ特性测试更能反映氧化膜的电导特性，己二酸铵—乙二醇溶液适宜作为MIE测试体系的接触电解液；氧化膜溶解过程中的耐受电压测试法简捷方便，能很好地反映出氧化膜的膜层结构信息。 2．对软质交流腐蚀箔、直一交流腐蚀箔及硬质交流腐蚀箔进行对比研究，确定腐蚀箔的种类以作为本论文研究的基体材料，实验发现软质交流腐蚀箔在较长电压段范围内表现出良好性能。铝腐蚀箔在磷酸—铬酸溶液或胺类溶液中浸渍，再经高温热处理及阳极氧化后，可提高铝氧化膜内γ′-Al2O3或γ—Al2O3的含量，在合适的工艺条件下，50Vf时铝电极箔的比容增长率约35％。 3．首次提出通过水解沉积—阳极氧化方法制备高介电常数的Al-Ti复合氧化膜，大幅度地提高了铝电极箔的比容。目前该技术已获国家发明专利，并正在向工业大生产转化。研究了制备TiO2被覆膜的优化处理工艺，在合适的工艺条件下，铝电极箔的比容在50Vf时可增加约42％，铝电极箔的抗拉强度及耐折弯性能基本保持不变。首次将介电性能优良的SiO2引入高介电常数的Al-Ti复合氧化膜中，提高了20V耐电压段铝电极箔的比容和氧化膜的耐电压，同时降低了复合氧化膜的漏电流。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝电解电容器简介
• 1.2.1 铝电解电容器的性能
• 1.2.2 铝电解电容器的结构特点与容量特性
• 1.2.3 铝电解电容器的应用前景与发展状况
• 1.2.3.1 铝电解电容器的市场前景与应用领域
• 1.2.3.2 铝电解电容器的国内外发展现状
• 1.3 铝电极箔的比容提高技术及研究进展
• 1.3.1 铝电解电容器用电介质层
• 1.3.2 晶型铝氧化膜制造技术及研究进展
• 1.3.3 高介电常数复合氧化膜制造技术研究进展
• 1.4 氧化膜的其它性能研究
• 1.4.1 氧化膜的漏电流
• 1.4.2 氧化膜的耐电压
• 1.4.3 氧化膜的耐水合特性
• 1.4.3.1 水合氧化物的形成
• 1.4.3.2 耐水合处理的国内外研究现状
• 1.5 本论文的选题及结构体系
• 1.5.1 本论文的选题
• 1.5.2 本论文的研究内容
• 第二章 实验方法和原理
• 2.1 引言
• 2.2 主要仪器设备
• 2.3 阳极氧化过程及氧化膜基本性能测试
• 2.3.1 氧化膜的形成过程
• 2.3.2 铝电极箔的比容测试
• t）测试'>2.3.3 氧化膜的耐电压（V_t）测试
• 2.3.4 氧化膜的耐水合特性测试
• 2.4 氧化膜的I-V特性测试
• 2.4.1 MIM结构
• 2.4.2 MIE结构
• 2.5 氧化膜的结构表征
• 2.5.1 氧化铝膜的溶解
• 2.5.2 断点测试法
• 2.5.3 开路电位测试法
• 2.5.4 耐受电压测试法
• 2.6 本章小结
• 第三章 腐蚀箔种类的选择及晶型铝氧化膜制造技术
• 3.1 腐蚀箔种类的选择
• 3.1.1 引言
• 3.1.2 实验部分
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.3.1 不同工艺腐蚀箔的表面及断面显微形貌
• 3.1.3.2 不同工艺腐蚀箔的比容
• 3.1.3.3 不同工艺腐蚀箔扩面倍率的理论计算
• 3.1.3.4 腐蚀箔的阳极氧化过程
• 3.1.3.5 不同工艺腐蚀箔的其它性能
• 3.1.4 小结
• 3.2 晶型铝氧化膜制造技术
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 磷酸—铬酸处理法
• 3.2.2.1 优化工艺及实验结果
• 3.2.2.2 磷酸—铬酸处理法成膜机理
• 3.2.3 胺类溶液处理法
• 3.2.3.1 实验方法
• 3.2.3.2 实验结果及讨论
• 2O₃的形成机理'>3.3.3 经磷酸—铬酸或胺类溶液处理后γ′或γ-Al₂O₃的形成机理
• 3.3 本章小结
• 第四章 高介电常数Al-Ti复合氧化膜研究
• 4.1 引言
• 4.2 工艺路线分析
• 4.3 高介电常数Al-Ti复合氧化膜的形成
• 4）₂的水解沉积过程'>4.3.1 Ti（SO₄）₂的水解沉积过程
• 2膜层的铝电极箔的阳极氧化过程'>4.3.2 表面覆盖TiO₂膜层的铝电极箔的阳极氧化过程
• 4.4 工艺参数的选择及优化
• 4）₂溶液浓度的影响'>4.4.I Ti（SO₄）₂溶液浓度的影响
• 4）₂溶液温度的影响'>4.4.2 Ti（SO₄）₂溶液温度的影响
• 4）₂溶液处理时间的影响'>4.4.3 Ti（SO₄）₂溶液处理时间的影响
• 4）₂溶液pH值的影响'>4.4.4 Ti（SO₄）₂溶液pH值的影响
• 4.4.5 热处理温度的影响
• 4.4.6 小结
• 4.5 Al-Ti复合氧化膜的微观分析与性能表征
• 4.5.1 扫描电镜（SEM）分析
• 4.5.2 X-射线光电子能谱（XPS）分析
• 4.5.3 氧化膜的耐电压及铝电极箔的比容
• 4.5.4 铝电极箔的抗拉强度和抗折弯性能
• 4.6 Al-Ti复合氧化膜的介电行为研究
• 2掺杂改善20V耐压段复合氧化膜性能的研究'>4.7 SiO₂掺杂改善20V耐压段复合氧化膜性能的研究
• 4.7.1 技术思路
• 4.7.2 实验部分
• 4.7.3 结果与讨论
• 4.7.3.1 阳极氧化过程
• 4.7.3.2 复合氧化膜的电性能
• 4.7.4 小结
• 4.8 铝电解电容器试制品试验及结果
• 4.9 本章小结
• 第五章 形成高性能Al-Ti复合氧化膜的阳极氧化条件研究
• 5.1 引言
• 5.2 阳极氧化电流密度
• 5.2.1 实验部分
• 5.2.1.1 Al-Ti复合氧化膜的形成
• 5.2.1.2 氧化膜的结构分析与电性能测试
• 5.2.2 结果与讨论
• 5.2.2.1 阳极氧化过程
• 5.2.2.2 氧化膜的溶解行为
• 5.2.2.3 不同电流密度所形成氧化膜的电性能
• 5.2.3 小结
• 5.3 阳极氧化温度
• 5.3.1 实验部分
• 5.3.2 结果与讨论
• 5.3.2.1 阳极氧化过程
• 5.3.2.2 阳极氧化温度对Al-Ti复合氧化膜结构的影响
• 5.2.2.3 阳极氧化温度对Al-Ti复合氧化膜电性能的影响
• 5.3.3 小结
• 5.4 阳极氧化电压
• 5.4.1 实验部分
• 5.4.2 结果与讨论
• 5.4.2.1 阳极氧化电压—时间曲线
• 5.4.2.2 不同阳极氧化电压下氧化膜的结构
• 5.4.2.3 不同阳极氧化电压所形成复合氧化膜的电性能
• 5.4.3 小结
• 5.5 本章小结
• 第六章 氧化膜的耐电压特性研究
• 6.1 引言
• 6.2 耐电压测试过程中氧化膜的生长动力学
• 6.2.1 点缺陷模型的基本原理
• 6.2.2 对点缺陷模型的推导
• 6.3 氧化膜的耐电压测试
• 6.3.1 腐蚀箔在耐电压测试条件下的阳极氧化
• 6.3.2 氧化膜的耐电压测试
• 6.3.3 耐电压测试过程中电压尖峰的理论解释
• 6.4 本章小结
• 第七章 氧化膜的耐水合特性研究
• 7.1 引言
• 7.2 耐水合剂及其作用机理
• 7.2.1 羟基羧酸类耐水合剂
• 7.2.2 憎水有机涂层
• 7.2.3 以磷为基础的耐水合剂
• 7.3 ATMP提高铝阳极氧化膜耐水合性的研究
• 7.3.1 实验部分
• 7.3.1.1 阳极氧化膜的形成及氧化膜的耐水合处理
• 7.3.1.2 氧化膜水合前后的性能测试
• 7.3.1.3 傅立叶转换红外光谱（FTIR）分析
• 7.3.2 结果与讨论
• 7.3.2.1 ATMP溶液浓度的影响
• 7.3.2.2 ATMP溶液温度的影响
• 7.3.2.3 热处理温度的影响
• 7.3.2.4 氧化膜的红外光谱
• 7.3.3 小结
• 7.4 DTPMP提高铝氧化膜耐水合性的研究
• 7.4.1 技术思路
• 7.4.2 DTPMP处理工艺
• 7.5 ADP、ATMP、DTPMP耐水合处理效果的对比研究
• 7.6 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 本论文的主要结论
• 8.2 本论文的创新之处
• 8.3 前景展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表和录用的学术论文及所申请专利
• 个人简历