Травление фольги для электролитических конденсаторов

Технологический процесс, применяемый для травления алюминиевой фольги для последующего использования в электролитических конденсаторах, является узко специализированной техникой, позволяющий максимальное практическое увеличение площади поверхности, так как емкость конечного продукта прямо пропорциональна площади поверхности. Данное значение может быть увеличено в 7-10 раз или даже значительно больше при использовании элементов с низким напряжением, поэтому  необходимо обращать внимание на такие факторы, как уменьшение размера, веса и стоимости.

Традиционным травильным средством является разбавленная горячая соляная кислота, которая может достаточно эффективно использоваться для алюминия с  содержанием примесей  99.8%. Однако процесс травления более нового алюминия, имеющего чистоту 99.99%, имел малую скорость протекания и тяжело поддавался контролю. Тем не менее, в Германии на протяжении многих лет использовалось химическое травление с помощью 2-х или более ванн, которые применялись в порядке понижения агрессивности воздействия. Типичным составом подобной ванны является: HCl 400 мл, HNO3 100 мл, FeCl3 100г, вода 1 литр, которые использовались при 30ºС на протяжении 2 минут.

Практическим универсальным методом, используемым в настоящее время, является использование электролита из водного хлорида натрия и травильного средства под действием постоянного тока, в  непрерывном процессе  с использованием 1-25% хлорида натрия 20-110ºС. Фольга конденсатора имеет толщину 80-100 микрон, при этом в процессе травления может удаляться порядка 30% от веса фольги, при большей толщине фольги может применяться 4.300 кулон/дм2 или плотность тока 24 А/ дм2 на протяжении 3 минут. Целью травления является получение очень грубой поверхности с наложенной более мелкой кубической поверхностью. Это так же важно для получения однородного травления всей поверхности без пассивных областей, которые весьма характерны для высокочистой фольги. Подходящая для травления структура может быть получена путем нагревания фольги на протяжении нескольких часов при температуре 450-600ºС, считается, что данная процедура помогает сориентировать плоскости (100) и (110) параллельно к прокатанной поверхности. Для коммерческого алюминия малый размер зерен и тщательное распределение составляющих элементов может увеличить емкость на 15-20%, а присутствие мелкого осадка может привести к дальнейшему увеличению этого значения. Рабочие Сумитомо  предоставили описание преимуществ использования 5 промилей вольфрама в высокочистой фольге, а Шова Алюминиум  предложили использование фольги, содержащей 50-500 промилей магния. Для данного сплава предлагается использовать двухступенчатый процесс, на первом этапе применяется электролит 3-10% HCl и 10-40% (вес)H2SO4 при температуре 70-90ºС с плотностью тока 10-40 А/дм2. После этого следует обработка в следующей ванне, которая содержит 3-10% HCl при 70-95ºС и 0-10 А/дм2.

Несмотря на то, что наиболее равномерное травление может быть получено путем воздействия постоянным током, однако использование контролируемых колебаний так же может помочь увеличить площадь поверхности, при этом наиболее эффективно использование пульсирующего высокоплотного тока, открытого Томасом в результате применения последовательных конденсирующих разрядов. Область может быть значительно увеличена путем увеличения плотности тока в процессе обработки.. Позднее Матцушита Електрик использовала прерываемые циклы переменного тока  и подачу электрического тока со смещением, а другие японские рабочие настаивали на преимуществах использования двух полуволн, имеющих различную форму, амплитуду и период использования, которые применяются  с паузами.

При некоторых типах анодного травления весьма важным является применение хлорида, т.е изменение состава с помощью добавок к основному типу. Они включают в себя 25% хлорид натрия с 5% сульфата натрия при температуре 95ºС, или с бисульфатом натрия, или тиосульфатом натрия; 1% хлорида натрия с 1.6% хромового ангидрида при температуре 50ºС; хлорид натрия с сульфатом аммония; и хлорид натрия с винной кислотой или тартратами или борной кислотой. Японскими рабочими было предложено использование электролитов с соляной кислотой и азотной кислотой, содержащими хромовую кислоту, лимонную кислоту и ацетат аммония  или фосфорную кислоту и серную кислоту. Праг Електрик, которые являются владельцами множества патентов в данной области предложили использование 1.4 - 2.3 моля на литр анодирующей кислоты, 1.1-1.7 моля на литр HCL и 10-2000 мг/л ионов переходных металлов.

Преимущества большинства из этих добавок были изучены российскими рабочими, которые пришили к выводу, что добавление кислот, которые не растворяют анодное покрытие, типа борной кислоты, не приводят к увеличению удельной емкости. С другой стороны добавление кислот типа серной, щавелевой и винной или их солей улучшает характеристики травления. Так же они установили, что добавление солей кобальта или никеля к травильному электролиту помигает значительно ускорить процесс травления и увеличить удельную емкость. Многие рабочие описывают "туннельное травление", которое является наиболее желательным при высокой емкости. Как правило, диаметр равен 1-2 микрона, а длина - 10-100 микрон, при этом формирование происходит достаточно быстро, при параллельном медленном и более поддающемся контролю расширении туннеля. Японский патент включает в себя двухступенчатую обработку, с помощью которой можно производить туннельное травление данного типа, сначала туннелей, которые производились путем обработки прямым током в электролите HCl-HNO3-H3PO4, а затем обработкой с помощью переменного токов том же электролите, что приводит к травлению боковых стенок этих туннелей. Туннельное травление приобрело еще большее значение, а Олвит и др. приводят детальное описание данного процесса. Они выяснили, что анодное растворение алюминия в горячем растворе электролита помогает получить высокоплотные травильные туннели, которые распространяются на 100 направлений. Туннели выделяются из кубических травильных ямок, когда происходит пассивация всех кроме одной поверхностей стенки ямки. После этого растворение происходит на одной активной поверхности со скоростью, которая изначально может составлять 20 А/см2. Туннели имею квадратное поперечное сечение со стороной порядка 1 микрона и соотношением геометрических размеров порядка 1:100. Рост туннеля можно считать одной из уникальных форм ямочной коррозии, где растворение и пассивация происходят одновременно,  при установившемся балансе между двумя процессами. Эффект в электролите из соляной кислоты/хлорида алюминия изучался российскими рабочими, а Сумитомо доказал важность фактора используемой плотности тока.