СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАТОДНОЙ ФОЛЬГИ И КАТОДНАЯ ФОЛЬГА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ Российский патент 2007 года по МПК H01G9/58 H01G9/45 

Изобретение относится к технологии изготовления электролитических конденсаторов, в частности к катодной фольге для электролитических конденсаторов и способу получения.

Известны технические решения изготовления катодной фольги электролитического конденсатора методом вакуумного напыления титана на алюминиевую фольгу (заявки на патенты Японии 62-26993, 61-25435, 60-98745, 58-40985, 60-55543, 60-6021515, 58-109840, 61-246837). В этих технических решениях используется способ вакуумного напыления на травленую алюминиевую фольгу пленки титана в атмосфере инертного газа при толщине пленки 0,2-5,0 мкм. При этом поверхность основы предварительно травится мокрым или сухим способом для придания поверхности алюминиевой основы свойств несущей поверхности.

Такой способ получения фольги обладает несколькими недостатками. Во-первых, перед напылением титана на алюминиевую фольгу необходимо предварительно предать свойства несущей поверхности - создать микрорельеф путем мокрого или сухого травления. Во-вторых, напыление титана осуществляют в инертных газах, однако, при извлечении из вакуумной камеры, титан покрытия окисляется кислородом воздуха с образованием пленки оксидов титана, что приводит со временем к заращиванию пор и уменьшению удельной емкости.

Наиболее близким является решение, представленное в патенте РФ №2098878, Н 01 G 9/00, H 01 G 9/058, H 01 G 9/042. По этому патенту способ изготовления катодной фольги заключается в нанесении на алюминиевую основу пористого слоя титана методом вакуумного напыления путем электронно-лучевого испарения титана при непрерывном перемещении алюминиевой фольги над испарителем на расстоянии от 300 до 700 мм и угле падения парового потока на алюминиевую фольгу 40°÷60°, причем давление в вакуумной камере поддерживают в диапазоне от 0,01 до 0,5 Па, а температуру конденсации от 300 до 550°С, после чего формируют слой нитрида титана испарением титана в атмосфере азота или аммиака при давлении 0,01÷0,5 Па. Второй вариант этого способа заключается в том, что формирование слоя нитрида титана осуществляется распылением титановой мишени в атмосфере азота или аммиака при давлении 0,01-1,0 Па.

По этому патенту катодная фольга электролитического конденсатора содержит на алюминиевой основе пористый слой титана, толщина которого составляет 0,5÷5,0 мкм и состоящий из кристаллитов и блоков кристаллитов, толщина выступов и впадин которых равна 0,01÷1,0 мкм, причем общая пористость титана равна 25÷50%, на алюминиевую фольгу с пористым слоем титана нанесен слой нитрида титана, толщиной 0,05÷3,0 мкм, величина зерен нитрида титана выполнена в пределах от 0,01 до 1,0 мкм, а выступы и впадины на зернах нитрида титана по высоте выполнены в пределах от 0,005 до 0,5 мкм.

Исследование вышеуказанной фольги выявили ряд ее существенных недостатков. Постоянный угол падения парового потока создает эффект «затенения», что приводит к увеличению объемной концентрации субмикропор. Последующее нанесение пленки нитрида титана на пористый слой титана существенно увеличивает долю закрытых пор в общей пористости покрытия, что, в свою очередь, существенно уменьшает эффективную поверхность контакта с электролитом, особенно с электролитом из проводящего полимера.

Применяемый способ, предусматривающий нанесение промежуточного слоя пористого титана, приводит к загрязнению конденсата примесями, попадающими в него из материалов испарителя. Также повышается возможность конденсации молекул углеводородов и агрессивных газов, например, О₂, Н₂, СО, СО₂ и других, наряду с атомами испаряемого вещества. В результате возникает негомогенность и многофазность титанового покрытия, в котором присутствует до 30% неравновесных окислов титана и активного кислорода.

Структура пленки нитрида титана представляет собой неплотно сросшиеся зерна. В следствие этого, границы срастания зерен (неплотности), состоящие в основном из неравновесных включений и чистого титана промежуточного слоя, становятся активными к кислороду воздуха. Это приводит к тому, что при извлечении из вакуумной камеры титан промежуточного слоя окисляется кислородом воздуха с образованием пленки оксидов титана, что со временем приводит к заращиванию пор и уменьшению удельной емкости.

Кроме того, напыление в среде аммиака приводит к увеличению содержания в покрытии агрессивного водорода. Оксидная пленка титана на поверхности покрытия смещает стационарный электродный потенциал катодной фольги по водородному электроду в положительную сторону, что вызывает «наводораживание» катода и уменьшение его емкости. Это затрудняет применение такой катодной фольги в электролитических конденсаторах с рабочими температурами 105°С. При этом катодная фольга не обеспечивает необходимого эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) конденсатора из-за несовершенства поверхности покрытия фольги и наличия в катодной фольге нескольких электрических переходов «алюминий - титан - нитрид титана+оксид титана - электролит», что, в свою очередь, затрудняет использование этой катодной фольги в OS-CON конденсаторах с электролитом из проводящего полимера.

Технической задачей, на решение которой направлено, предлагаемое изобретение, является создание катодной фольги, обладающей максимальной площадью поверхностного контакта с электролитом конденсатора, высокой коррозионной устойчивостью в электролите, минимальным электрическим сопротивлением на переходе катод-электролит, причем катодная фольга должна иметь возможность применения в электролитических конденсаторах с рабочей температурой 105°С и в OS-CON конденсаторах с проводящим полимером.

Поставленная задача решается за счет того, что при осуществлении предлагаемого способа получения катодной фольги, заключающегося в том, что в вакуумной камере на обе стороны алюминиевой основы наносят пористый слой нитрида титана методом электронно-лучевого испарения при непрерывном перемещении алюминиевой основы над испарителем на расстоянии 340÷700 мм и поддержании давления в вакуумной камере 0,08÷0,2 Па в атмосфере азота, нитрид титана наносят непосредственно на алюминиевую основу без нанесения промежуточного слоя, при этом испарение производят одновременно из двух испарителей, а конденсация нитрида титана происходит при комбинированной подаче азота, состоящей из постоянной и стабилизирующей подач, и при угле падения парового потока, дважды меняющем свое направление при проходе зоны конденсации, при этом поддерживают температуру конденсации 200°÷550°С.

При этом испарители могут быть расположены симметрично относительно оси симметрии алюминиевой основы на расстоянии друг от друга 220÷300 мм.

Кроме того, угол падения парового потока составляет 68°÷78°С.

Причем постоянная подача азота направлена в зону конденсации и установлена в пределах (15÷30)×10^-6 м³/с.

При этом стабилизирующая подача азота направлена в объем вакуумной камеры.

Кроме того, на обе стороны алюминиевой основы пористый слой нитрида титана могут наносить более одного раза.

Катодная фольга, содержащая алюминиевую основу толщиной 10÷30 мкм, с обеих сторон которой имеется пористый слой нитрида титана, включающий кристаллиты и блоки кристаллитов, разделенных порами в виде разветвленной сети каналов, имеет толщину слоя нитрида титана 0,5÷6,0 мкм, а кристаллиты и блоки кристаллитов имеют гранулированную структуру и преимущественно вытянуты перпендикулярно поверхности алюминиевой основы, при этом общая пористость нитрида титана равна 30÷60%, а открытая пористость 20÷40%, причем содержание равновесной структуры нитрида титана в объеме конденсата достигает 80%.

При этом алюминиевая основа может иметь поверхность, не обладающую свойствами несущей поверхности.

Кроме того, катодная фольга может быть термостабилизирована методом динамического термоциклирования и методом статического нагрева.

При этом термостабилизированная фольга может иметь электродный потенциал по водородному электроду в рабочем электролите - 0,4÷0,2В.

Термостабилизировання катодная фольга может применяться в электролитических конденсаторах с рабочей температурой 105°С.

Катодная фольга может иметь удельное содержание титана на поверхности алюминиевой основы 2,0÷5,0 г/м².

Катодная фольга с вышеуказанным содержанием титана может применяться в электролитических OS-CON конденсаторах с электролитом из проводящего полимера.

Катодная фольга обладает электростатической емкостью в пределах 800÷5000 мкф/см².

На фиг.1 представлена катодная фольга в поперечном сечении с нанесенным пористым слоем нитрида титана на алюминиевой основе (местный разрез), на фиг.2 - поперечное сечение одного из кристаллитов фиг.1, на фиг.3 - взаиморасположение зоны испарения и конденсации, на фиг.4 - взаиморасположение двух испарителей, на фиг.5 - микроструктура пористого покрытия на алюминиевой основе (под микроскопом).

Катодная фольга состоит из алюминиевой основы 1, толщиной 10÷30 мкм, на которую с обеих сторон нанесен пористый слой нитрида титана 2, содержащий кристаллиты 3 и блоки кристаллитов 4 гранулированной структуры, вытянутые в основном перпендикулярно поверхности алюминиевой основы 1 и разделенные между собой порами 5 в виде разветвленной сети каналов.

Поверхность кристаллитов 3, блоков кристаллитов 4 и внутренняя поверхность пор 5 покрыта выступами 6 и впадинами 7, которые образуют на поверхности слоя нитрида титана 2 сетчатую структуру, увеличивающую открытую пористость. Высота выступов 6 и впадин 7 составляет 100÷1000 нм.

Толщина пористого слоя нитрида титана 2 на поверхности алюминиевой фольги 1 составляет в среднем 0,5÷6,0 мкм, объемная пористость составляет 30÷60%, открытая пористость - 20÷40%.

Структура покрытия - пористого слоя нитрида титана практически однородна и не содержит неравновесных окислов титана и активного кислорода.

Удельное содержание титана в покрытии катодной фольги для OS-CON конденсаторов с электролитом из проводящего полимера находится в диапазоне 2,0÷5,0 г/м².

Способ получения такой катодной фольги осуществляется следующим образом.

В вакуумной камере (не показана) создают давление 0,08÷0,2 Па и при комбинированной подаче азота, состоящей из постоянной, осуществляющейся в зону конденсации с постоянным расходом газа (15÷30)×10^-6 м³/с, и стабилизирующей, осуществляющейся в объем вакуумной камеры (не показана) с расходом газа, меняющимся на протяжении всего процесса, начинают электронно-лучевое испарение титана одновременно из двух испарителей 8. Причем испарители 8 располагают симметрично относительно оси алюминиевой основы 1 на расстоянии 220÷300 мм друг от друга. Температура конденсации составляет 200°÷550°C, а скорость конденсации 0,1÷1,0 мкм/с.

При этом алюминиевую основу 1 непрерывно перемещают над испарителями 8 на расстоянии 340÷700 мм. Траектория перемещения является ломаной с образованием участков 9, 10, 11, 12 и 13, которые ограничивают собой зону конденсации. Такую траекторию движения алюминиевой основы 1 образуют с помощью расположения определенным образом цилиндрических роликов 14. При этом между прямой, проходящей от центра любого испарителя 8 и любой точкой участков 9, 10, 11, 12 и 13, и нормалью к этой точке образуется угол падения парового потока ϕ.

Траекторию движения алюминиевой основы 1 в зоне конденсации строят таким образом, что угол падения парового потока ϕ дважды меняет свой знак.

Постоянная подача азота в виде направленного потока непосредственно в зону конденсации обусловлена тем, что образование нитрида титана 2 происходит не в объеме камеры, а непосредственно на поверхности алюминиевой основы 1 - поверхности конденсации. Азот ограниченно растворяется в титане, идущем из испарителей 8, и образует систему с перитектической реакцией и нестехиометрической нитрида титана 2.

Создание зоны подачи постоянного потока азота позволяет обеспечить локальный высокий вакуум в зоне испарения, что позволяет, за счет уменьшения количества соударений, придать более высокую кинетическую энергию атомам и частицам испаряемого вещества - титана, идущим от испарителей 8, и упорядочить направление потока атомов и частиц испаряемого вещества на алюминиевую основу 1, находящуюся в зоне конденсации. Это позволяет получить более высокую энергию конденсации, особенно на участке 9 алюминиевой основы 1.

На участке 9 алюминиевой основы 1, находящемся на ролике 14, угол падения парового потока ϕ близок к нулю, и происходит образование зародышей кристаллитов 3, и формируется сцепление растущего покрытия - пористого слоя нитрида титана 2 с поверхностью алюминиевой основы 1 (адгезия).

На наклонном участке 10 происходит рост кристаллитов 3 в направлении парового потока, идущего от испарителей 8, и слияние их в блоки кристаллитов 4.

На наклонном участке 11 угол падения парового потока ϕ меняет свой знак на противоположный, и происходит дальнейший рост кристаллитов 3 и блоков кристаллитов 4, но при этом кристаллиты 3 и блоки кристаллитов 4 не вытягиваются в направлении парового потока, а укрупняются.

Постоянная подача азота в зону конденсации несет функцию защитного облака газа, не позволяя попасть на поверхность конденсации и загрязнять растущий конденсат молекулами углеводородов и агрессивных газов, например О₂, Н₂, СО, СО₂ и других.

Постоянная подача азота в зону конденсации насыщает растущий конденсат азотом. Это приводит к тому, что при длительной выдержке пленки конденсата на подогретой алюминиевой основе 1 в процессе конденсации и в послеконденсационный период газы, адсорбированные поверхностью срастающихся частиц, а также выделяющиеся в процессе газообразующихся реакций, протекающих в объеме конденсата, заполняют внутренние микрополости и создают внутреннее давление. При избытке этого давления замурованные газы стремятся выйти наружу (особенно в условиях непрерывно понижающегося давления остаточных газов в объеме камеры) и образовывают локальные сквозные микро- и макропрорывы, существенно повышая открытую пористость.

На участке 12, находящемся на ролике 14, угол падения парового потока ϕ также близок к нулю, здесь снова может происходить вторичное зародышеобразование кристаллитов 3 в тех местах алюминиевой основы 1, где пористый слой нитрида титана 2 тонкий или его нет вообще.

На участке 13 угол падения парового потока ϕ снова меняет свой знак на противоположный, происходит дальнейшее укрупнение кристаллитов 3 и блоков кристаллитов 4, происходит их массовое слияние и образование единой пористой структуры в виде сетки.

Насыщение растущего конденсата азотом приводит к тому, что за счет высокотемпературных химических реакций нестехиометрический нитрид титана 2 преобразуется в стехиометрический нитрид титана, содержание которого, в результате этих процессов, достигает 80% объема конденсата.

Величина угла падения парового потока ϕ на всех участках, находящихся в зоне конденсации, кроме 9 и 12, составляет 68°÷78°.

Описанная выше траектория движения алюминиевой основы 1 в зоне конденсации позволяет сгладить эффект затенения и снизить объемную концентрацию субмикропор преимущественно закрытого характера, увеличивая в то же время долю открытой суб- и микропористости. Благодаря этому достигается открытая пористость 20÷40%.

Указанные параметры, при которых осуществляется способ, выбраны экспериментальным путем.

При давлении меньше, чем 0,08 Па, возрастает температура конденсации, и изменяется структура покрытия - пористого слоя нитрида титана 2. При давлении больше, чем 0,2 Па, существенно снижается скорость конденсации и уменьшается пористость.

При температуре конденсации, меньше 200°С образуется мелкозернистая субмикропористая структура пористого покрытия нитрида титана 2. При температуре больше, чем 550°С, которая близка к температуре плавления алюминиевой основы 1, катодная фольга теряет механическую прочность.

При скорости конденсации ниже, чем 0,1 мкм/с, существенно снижается производительность нанесения пористого слоя нитрида титана 2. Скорость нанесения нитрида титана 2 на алюминиевую основу 1 более 1,0 мкм/с технически труднодостижима.

При угле падения парового потока ϕ, выходящем из диапазона 68°-78°, уменьшается открытая пористость нитрида титана 2.

При расстоянии от алюминиевой основы 1 до испарителей 8, меньшем 340 мм, катодная фольга перегревается; при расстоянии, большем 700 мм, - уменьшается КПД процесса.

Наличие двух испарителей 8 позволяет получить на поверхности алюминиевой основы 1 пористое покрытие нитрида титана 2 с удельным содержанием титана от 2 до 5 г/м², благодаря чему полученная таким способом катодная фольга применима в OS-CON конденсаторах с электролитом из проводящего полимера. Выбранное расстояние между испарителями 8 обеспечивает лучшее распределение слоя нитрида титана 2 по ширине алюминиевой основы 1.

Для применения полученной описанным выше способом катодной фольги в электролитических конденсаторах с рабочей температурой 105°С ее подвергают двухступенчатой термостабилизации, включающей в себя динамическое термоциклирование и статический низкотемпературный отжиг.

Динамическое термоциклироание представляет собой перемотку катодной фольги, содержащей алюминиевую основу 1 с нанесенным на нее пористым слоем нитрида титана 2, через зоны нагрева и охлаждения. Такое чередование процессов нагрева и охлаждения приводит к развитию в конденсате пористости деформационного характера.

Послеконденсационный статистический низкотемпературный отжиг пленочной системы, т.е. пористого слоя нитрида титана 2, инициирует процессы коалесценции избыточных вакансий. Это приводит как к образованию субмикропористости, так и к дальнейшему развитию микро- и макропористости покрытия благодаря уже имевшимся в ней порам различной дисперсности, играющим роль зародышей открытых макропор. Причем максимальная температура низкотемпературного отжига должна быть меньше температуры фазового перехода материала покрытия.

Происходящие во время динамического термоциклирования и статического низкотемпературного отжига процессы газовыделения существенно увеличивают открытую микро- и макропористость, что приводит к улучшению показателей стабильности электрических характеристик катодной фольги при применении ее в электролитических конденсаторах.

Предлагаемый способ получения катодной фольги позволяет наносить пористый слой нитрида титана 2 непосредственно на алюминиевую основу 1, а также уже на нанесенный слой нитрида 2 один или более раз.

Кроме того, электрическая проводимость материала, используемого в качестве алюминиевой основы 1, не является необходимым условием, так как он является только основой для нанесения электропроводящей пленки и может не обладать свойствами несущей поверхности. Следовательно, нет необходимости для алюминиевой основы 1 использовать алюминий высокой чистоты, может применяться алюминий, чистотой не менее 95%, или алюминиевые сплавы.

В результате такого способа нанесения покрытия получают катодную фольгу для электролитических конденсаторов широкого применения с диапазоном удельной электрической емкости от 800 до 5000 мкФ/см².

Практически однородная поверхность покрытия, не содержащая неравновесных оксидов титана и молекул активного кислорода и водорода, позволяет получить стандартный электродный потенциал по водородному электроду катодной фольги настоящего изобретения от -0,2 до -0,4В. Такой потенциал позволяет снизить деполяризующее напряжение в конденсаторе и избежать «наводораживания» катода. В то же время, находясь в зоне пассивации для применяемого материала покрытия, препятствует анодной поляризации катодной фольги и повышает ее коррозионную устойчивость. Такая катодная фольга хорошо применяется в электролитических конденсаторах с рабочей температурой 105°С.

Практически однородная поверхность покрытия из нитрида титана катодной фольги настоящего изобретения значительно снижает переходное сопротивление на границе электролит-катод, монофазность покрытия позволяет снизить сопротивление переходов внутри самой катодной фольги, имеющей один такой переход алюминий-нитрид титана. Это позволяет повысить надежность и улучшить удельные электролитические характеристики электролитических OS-CON конденсаторов с электролитом из проводящего полимера, в которых применяется катодная фольга настоящего изобретения.

Примеры осуществления предлагаемого способа получения катодной фольги.

Пример 1. На алюминиевую основу, толщиной 30 мкм и чистотой 98,5%, в вакуумной камере наносили пористый слой нитрида титана методом электронно-лучевого испарения титана из двух медных водоохлаждаемых испарителей, расположенных симметрично относительно центра алюминиевой основы на расстоянии 250 мм друг от друга, с последующей конденсацией парового потока на обе поверхности алюминиевой основы в направленных потоках азота. При этом алюминиевую основу непрерывно транспортировали над испарителями на расстоянии 340÷700 мм со скоростью 6,0 м/мин, перематывая ее таким образом, что угол падения парового потока ϕ, составляющий 68°÷78°, дважды меняет свое направление. Давление в вакуумной камере поддерживали 0,15 Па, постоянный расход азота в зону конденсации составил (18÷22)×10^-6 м³/c.

Затем на полученную алюминиевую основу с тонким слоем нитрида титана в вакуумной камере наносили пористый слой нитрида титана методом электронно-лучевого испарения титана из двух медных водоохлаждаемых испарителей, расположенных симметрично относительно центра алюминиевой основы на расстоянии 250 мм друг от друга, с последующей конденсацией парового потока на обе поверхности алюминиевой основы в направленных потоках азота. При этом алюминиевую основу непрерывно транспортировали над испарителями на расстоянии 340÷700 мм со скоростью 7,0 м/мин, перематывая ее таким образом, что угол падения парового потока ϕ, составляющий 68°÷78°, дважды меняет свое направление. Давление в вакуумной камере поддерживали 0,15 Па, постоянный расход азота в зону конденсации составил (13,5÷16,5)×10^-6 м³/с.

В результате получили катодную фольгу на алюминиевой основе с пористым слоем нитрида титана толщиной 4,5 мкм, с кристаллитами и блоками кристаллитов средней высотой 1,8 мкм, выступами и впадинами средней высотой не более 0,3 мкм. Открытая пористость субмикро- и макропор составила 33%. Среднее удельное содержание титана в покрытии составило 3,8 г/м. Удельная емкость фольги 3700 мкФ/см².

Емкость полученной катодной фольги измеряли в 15% растворе адипата аммония с удельным сопротивлением 9 Ом/см, при температуре 30°С и частоте 120 Гц.

Пример 2. На алюминиевую основу, толщиной 30 мкм и чистотой 99,5% в вакуумной камере один за другим наносили три пористых слоя нитрида титана методом электронно-лучевого испарения титана из двух медных водо-охлаждаемых испарителей, расположенных симметрично относительно центра алюминиевой основы на расстоянии 250 мм друг от друга, с последующей конденсацией парового потока на обе поверхности алюминиевой основы в направленных потоках азота. При этом алюминиевую основу непрерывно транспортировали над испарителями на расстоянии 340÷700 мм со скоростью 7,0 м/мин, перематывая ее таким образом, что угол падения парового потока ϕ, составляющий 68°÷78°, дважды меняет свое направление. Давление в вакуумной камере поддерживали 0,15 Па, постоянный расход азота в зону конденсации составил (23÷27)×l0^-6 м³/с.

В результате получили катодную фольгу на алюминиевой основе с пористым слоем нитрида титана толщиной 5,5 мкм, с кристаллитами и блоками кристаллитов средней высотой 2,0 мкм, выступами и впадинами средней высотой не более 0,5 мкм. Открытая пористость субмикро- и макропор составила 36%. Среднее удельное содержание титана в покрытии составило 4,5 г/м². Удельная емкость фольги 4500 мкФ/см².

Емкость полученной катодной фольги измеряли в 15% растворе адипата аммония с удельным сопротивлением 9 Ом/см при температуре 30°С и частоте 120 Гц.

Пример 3. На алюминиевую основу, толщиной 30 мкм и чистотой 95% в вакуумной камере наносили пористый слой нитрида титана методом электронно-лучевого испарения титана из двух медных водоохлаждаемых испарителей, расположенных симметрично относительно центра алюминиевой основы на расстоянии 250 мм друг от друга, с последующей конденсацией парового потока на обе поверхности алюминиевой основы в направленных потоках азота. При этом алюминиевую основу непрерывно транспортировали над испарителями на расстоянии 340÷700 мм со скоростью 20,0 м/мин, перематывая ее таким образом, что угол падения парового потока ϕ, составляющий 68°÷78°, дважды меняет свое направление. Давление в вакуумной камере поддерживали 0,085 Па, постоянный расход азота в зону конденсации составил (27÷33)×10^-6 м³/c.

Затем полученную катодную фольгу повергли термостабилизации методом динамического термоциклирования, перематывая ее со скоростью 10 м/мин над тремя зонами нагрева и охлаждения, и методом статического низкотемпературного отжига со ступенчатым подъемом температуры в печи до 250°С и определенной выдержкой на каждой ступени.

В результате получили катодную фольгу на алюминиевой основе с пористым слоем нитрида титана толщиной 1,0 мкм, с кристаллитами и блоками кристаллитов средней высотой 0,5 мкм, выступами и впадинами средней высотой не более 0,1 мкм. Открытая пористость субмикро- и макропор составила 22%. Удельная емкость фольги 1000 мкФ/см².

Емкость полученной катодной фольги измеряли в 15% растворе адипата аммония с удельным сопротивлением 9 Ом/см при температуре 30°С и частоте 120 Гц.

Представленные примеры показали, что предлагаемый способ позволяет получить катодную фольгу, обладающую максимальной площадью поверхностного контакта с электролитом конденсатора, высокой коррозионной устойчивостью в электролите, минимальным электрическим сопротивлением на переходе катод-электролит. Такая катодная фольга может найти применение в электролитических конденсаторах с рабочей температурой 105°С и в OS-CON конденсаторах с проводящим полимером.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к изготовлению катодной фольги для электролитических конденсаторов и способу ее получения. Способ получения катодной фольги заключается в том, что в вакуумной камере на обе стороны алюминиевой основы наносят пористый слой нитрида титана методом электронно-лучевого испарения при непрерывном перемещении алюминиевой основы над испарителем на расстоянии 340÷700 мм и поддержании давления в вакуумной камере 0,08÷0,2 Па в атмосфере азота. Конденсация нитрида титана происходит при комбинированной подаче азота из двух испарителей, состоящей из постоянной подачи азота в пределах (15÷30)×10^-6 м³/с, направленной в зону конденсации, и стабилизирующей подачи азота, направленной в объем вакуумной камеры. Угол падения парового потока составляет 68°÷78°. Поток дважды меняет свое направление при проходе зоны конденсации. Температура конденсации поддерживается 200°÷550°С. Испарители могут быть расположены симметрично относительно оси симметрии алюминиевой основы на расстоянии друг от друга 220÷300 мм. Катодная фольга содержит алюминиевую основу толщиной 10-30 мкм, с обеих сторон которой имеется пористый слой нитрида титана, включающий кристаллиты и блоки кристаллитов, разделенных порами. Толщина слоя нитрида титана составляет 0,5÷6,0 мкм, а кристаллиты и блоки кристаллитов имеют гранулированную структуру и вытянуты перпендикулярно поверхности алюминиевой основы. Общая пористость нитрида титана равна 30÷60%, а открытая пористость 20÷40%, причем содержание равновесной структуры нитрида титана в объеме конденсата достигает 80%. Катодная фольга обладает электростатической емкостью в пределах 800÷5000 мкФ/см². Техническим результатом изобретения является создание катодной фольги, обладающей максимальной площадью поверхностного контакта с электролитом конденсатора, высокой коррозионной устойчивостью в электролите и минимальным сопротивлением на переходе катод-электролит. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ получения катодной фольги для электролитических конденсаторов, включающий нанесение в вакуумной камере на обе стороны алюминиевой основы пористого слоя нитрида титана путем электронно-лучевого испарения титана при непрерывном перемещении алюминиевой основы над испарителем на расстоянии 340÷700 мм и поддержании давления в вакуумной камере 0,08÷0,2 Па в атмосфере азота, отличающийся тем, что нитрид титана наносят непосредственно на алюминиевую основу, при этом испарение проводят одновременно из двух испарителей, с углом падения парового потока ϕ 68-78°, при этом траекторию движения алюминиевой основы в зоне конденсации строят таким образом, что угол падения парового потока ϕ дважды меняет свое направление, а конденсация нитрида титана происходит при комбинированной подаче азота, состоящей из стабилизирующей подачи азота, направленной в объем вакуумной камеры, и постоянной подачи азота, направленной в зону конденсации, при этом температуру конденсации поддерживают при 200÷550°С.2. Способ получения катодной фольги по п.1, отличающийся тем, что испарители расположены симметрично относительно оси симметрии алюминиевой основы на расстоянии друг от друга 220-300мм.3. Способ получения катодной фольги по п.1, отличающийся тем, что постоянная подача азота и установлена в пределах (15÷30)·10^-6 м³/с.4. Способ получения катодной фольги по п.1, отличающийся тем, что на обе стороны алюминиевой основы пористый слой нитрида титана наносят более одного раза.5. Катодная фольга электролитических конденсаторов, содержащая алюминиевую основу толщиной 10÷30 мкм, с обеих сторон которой имеется пористый слой нитрида титана, включающий кристаллиты и блоки кристаллитов, разделенных порами в виде разветвленной сети каналов, отличающаяся тем, что толщина слоя нитрида титана составляет 0,5÷6,0 мкм, а кристаллиты и блоки кристаллитов имеют гранулированную структуру и преимущественно вытянуты перпендикулярно поверхности алюминиевой основы, при этом общая пористость нитрида титана равна 30÷60%, а открытая пористость 20÷40%, причем содержание равновесной структуры нитрида титана в объеме конденсата достигает 80%.6. Катодная фольга по п.5, отличающаяся тем, что алюминиевая основа имеет поверхность, не обладающую свойствами несущей поверхности.7. Катодная фольга по любому из пп.5, 6, отличающаяся тем, что ее подвергают динамическому термоциклированию, перематывая со скоростью 10 м/мин над тремя зонами нагрева и охлаждения и низкотемпературному отжигу со ступенчатым подъемом температуры до 250°С.8. Катодная фольга по п.7, отличающаяся тем, что имеет электродный потенциал по водородному электроду в рабочем электролите 0,4÷0,2 В.9. Катодная фольга по любому из пп.7, 8, отличающаяся тем, что применяется в электролитических конденсаторах с рабочей температурой 105°С.10. Катодная фольга по любому из пп.5, 6, отличающаяся тем, что имеет удельное содержание титана на поверхности алюминиевой основы 2,0÷5,0 г/м².11. Катодная фольга по п.10, отличающаяся тем, что применяется в электролитических OS-CON конденсаторах с электролитом из проводящего полимера.12. Катодная фольга по любому из пп.5-11, отличающаяся тем, что ее электростатическая емкость составляет в пределах 800÷5000 мкФ/см².