Анодирование. Электролитические конденсаторы
Помимо использования воды было предложено образование подходящего жидкого слоя в горячем разбавленном растворе борной кислоты и буры при уровне рН 5,5-7 или же при предварительной обработке в воде, а затем в кипящем жидком растворе фосфата, силиката или тартрата. Пленка, полученная в боратном электролите, содержит определенное количество бората, впитанного во время обработки из электролита. Пропорции зависят от способа анодирования. Однако для покрытия, образованного при электрическом напряжении 500 вольт, они находятся в пределах 0,6-2 % B2O3 (по отношению к 1,6 –6 % AlBO3). Сейчас также известно, что покрытие не обладает полной однородностью толщины и структуры, как считалось раньше. При исследованиях обнаружилась более сложная структура, особенно при образовании пленки под воздействием высокого электрического напряжения. В результате исследователи вывели три вида оксида алюминия: 1) безводный аморфный оксид алюминия, т.е. с размером кристаллита менее 10 А, включая массу покрытия; 2) гидратный аморфный оксид алюминия, выступающий в качестве слоя на границе раздела оксид-электролит; 3) кристаллический оксид алюминия с небольшими размерами кристаллов, присутствующий в агломератах в качестве стержней аморфного оксида, который быстро растворяется в растворе хромовой и фосфорной кислоты при температуре 80°С. Кристаллические стержни взаимодействуют со слабыми участками анодного покрытия, где зарождается некая форма электрического пробоя. Распределение аниона также не является равномерным, но в любом случае анион, входящий в состав слоя, находится на внешней стороне покрытия, а слой без аниона, состоящий из относительно чистого оксида, участвует во взаимодействии алюминия и оксида. Толщина данного покрытия зависит от аниона, присутствующего в электролите.
Толщина анодного покрытия четко регулируется при 12-15 А/В, или 0,7 микрон при электрическом напряжении 500 вольт. Емкость обратно пропорциональна электрическому напряжению при образовании покрытия (или толщине покрытия) и равна примерно 0,012 микрофарад при 500 V, 0,15 микрофарад при 5 В и т.д.
Электрическая прочность диэлектрика зависит от толщины покрытия и варьируется от 11.0.106 вольт/см при 100 А до 3.5.106 вольт/см с более плотными пленками.
Согласно исследованиям Бернара и Кука, диэлектрическая постоянная покрытия, образованного в пентаборате аммония, равна 8,4 ± 0,2. Харкнес и Янг предлагают свои расчеты этой величины для тонкого покрытия, образованного в растворе жидкостного бората, которая равна 9,8 ± 0,5. Последние также предлагают показатель преломления покрытия при длине волн 5900 А, равный 1,57-1,58, что почти равняется показателю 1,60, принятому для пористого анодного покрытия. Хаас предложил показатель 1,64 при 5000 А.
Альтернативные электролиты, имеющие отношение к электролитическим конденсаторам, - это жидкостный щелочной бифталатовый раствор (0,1-5 %), который можно использовать с анодами и выполненный из спеченного алюминиевого порошка, диметилформамидовый раствор или гомологи, содержащие пикриновую кислоту и/или пикрат щелочи; электролит, пригодный для использования при низкой и высокой температуре, и состоящий из двууглекислой кислоты (например, адипиновая кислота, фосфорная кислота и/или фосфат). Другие виды электролитов содержат нежидкостный этиленгликоль, пентаборат аммония, ортофосфатный электролит, борную кислоту, содержащую оксикарбоновую кислоту и смесь лимонной кислоты, аммиака и фосфорной кислоты.
Было также предложено обойтись без электролита и использовать при образовании оксидного покрытия газоразрядную плазму ионов кислорода. Используя газоразрядную плазму низкого давления, Тибол и Халл анодировали алюминиевое покрытие, напыленное на стекло, применяя ток с силой 22 А при низком электрическом напряжении, и с меньшей силой при электрическом напряжении более 50 вольт. При использовании алюминиевых противоэлектродов конденсаторы практически не были подвержены пористой коррозии и другим видам воздействия и обладали очень низким, почти неполярным током утечки. Во время эксплуатации при электрическом напряжении 20 вольт и температуре 150°С были получены превосходные показатели долговечности. Майлз и Смит также отметили, что плазменное покрытие обладает надежным, стабильным и предсказуемым характером, основываясь на простой теории туннелирования электронов. Эти авторы также провели твердотельное анодирование в контакте с оловом, в котором содержался растворенный кислород.
Олив, Палфри и Юнд провели сравнение напряженности поля в оксиде при использовании методов стандартного и плазменного анодирования, а Рамазубраманян изучил влияние размера образцов, конфигурации и напряжения формования при плазменном анодировании.
Как альтернатива анодированию к алюминиевым емкостным электродам было применено алюминиевое оксидное покрытие с очень схожими электрическими свойствами путем напыления алюминия в кислороде при парциальном давлении 10-3 мм. Да Сильва и Уайт убеждены, что сначала образуется недокись (возможно, AlO), но после контакта с воздухом напыленная оксидная пленка приобретает схожие по составу свойства с анодным покрытием, и показатели диэлектрической постоянной подтверждают это заключение.
Мэддокс и Тан совершили напыление ряда других покрытий с целью применения их в конденсаторах, среди них были одноокись и диоксид кремния, магний, лантан и некоторые фториды: диоксид церия и сульфид цинка. Хаас опубликовал исследования по использованию в качестве диэлектрика SiO2, а на технологии использования фторалюминия и по сей день выдаются патенты.Алюминий может вступать в реакцию с высокочастотным паром при температуре 520°С или пройти процесс анодирования во фтористоводородном пиридине.
Pages: 1 2
Загрузка ...