Лако-красочные материалы — производство

Анодным материалом в электролитических конденсаторах является фольга из незапятнанного 99,99 % алюминия шириной 85-100 микрон. Ранее (а время от времени и на данный момент) употреблялся алюминий с чистотой 99,8 %. Электролитом является раствор борной кислоты, с буферированным декагидратом тетрабората натрия либо боратом аммония с практически нейтральным уровнем рН. Состав его находится в зависимости от электронного напряжения в процессе либо от функции анодируемого изделия.

Во процессе анодирования с целью сотворения покрытия барьерного типа, после того, как было достигнуто нужное электронное напряжение, которое может варьироваться от 3 до 650 вольт, воздействие тока резко понижается, потому что появляется изоляционный слой, и экспоненциально падает на протяжении  всего периода, который нужен для образования окончательного устойчивого тока утечки, менее нескольких микроампер на см,2 который является электрическим и  не влияет на образующееся покрытие.

Конденсатор состоит из 2-ух параллельных железных пластинок, разбитых диэлектрическим либо изоляционным слоем. Электронная емкость системы в абсолютных единицах выражается по формуле C = KA/4E?D, где А – площадь, K – диэлектрическая проницаемость, D – расстояние меж пластинами. В случае с электролитическим конденсатором D обозначает толщину анодного слоя, одна пластинка представляет собой дюралевый анод, другая – электролит, хотя, конечно, должна находиться и катодная пластинка для того, чтоб замкнуть цепь. Существует несколько обстоятельств очень большой емкости, получаемой при использовании электролитических веществ. Во-1-х, всего только при 14 А/В (1,4 н/м), когда появляется 500-вольтовое покрытие шириной 0,7 микрон, толщина становится на два порядка ниже, чем у хоть какого другого альтернативного картонного либо пластмассового изолятора, что не позволяет ему оказывать сопротивление тому же электронному напряжению. При работе с низком напряжении величины D так малы, что они не могли бы быть образованными каким-то другим методом. Потому что D находится в знаменателе, то емкость вправду возможно окажется очень большой. Во-2-х, покрытие оксида алюминия обладает очень высочайшей диэлектрической проницаемостью в районе 8-10, что является его большим преимуществом. В-3-х, методом травления анода можно 10 кратно прирастить емкость. В итоге электролитический конденсатор может быть микроскопичных размеров в сопоставлении с размером и весом картонного либо пластмассового эквивалентов.

В первый раз электролитические конденсаторы были использованы сначала 1930-х гг. Вначале жидкостный электролитический конденсатор представлял собой свинцовую либо дюралевую емкость с аква электролитом и свободно скрученной в спираль анодной фольгой, также изоляционным материалом, чтоб предупредить утечку раствора. Естественная способность этой маленькой ванны для анодирования к самовосстановлению обеспечила высшую надежность этих компонент. Так именуемые сухие оксидные конденсаторы были введены в эксплуатацию пару лет спустя. В этих конденсаторах электролит представлял собой вязкий раствор борной кислоты в глицерине либо этиленгликоле. Конструкция представляла собой трехслойный композитный материал, где полоса пористой бумаги находилась в водянистом электролите меж анодной пластинкой и вспомогательной плоской катодной фольгой. Этот набор скручивался и помещался в железную либо картонную тару с наружным соединением. Получение таких конденсаторов было описано Джексоном, Морлейем и Бернаром.

Внедрение протравленных анодов в первый раз было начато в 1945. Процедура травления в хлориде натрия описана на страничке 194. Для конденсаторов высочайшего напряжения первоначальное повышение площади поверхности было 4-5 кратным, на данный момент добивается до 10-кратного, а для конденсаторов низкого напряжения, обширно применяемых в транзисторных схемах, повышение площади поверхности может быть еще лучше. Так, стоило только убрать 30 % веса фольги, и новые технологии позволили человеку посадиться на Луне. В единицах системы МКСА площадь (А) измеряется в см2, D = 14 A/V, K = 8, емкость (С) измеряется в микрофарадах = 505 А/В. Во время процесса образования анодной пленки соблюдается пропорция С = 1/В. Это значит, что для образования покрытия при 10В емкость будет в 50 раз больше, чем для 500В. Разумеется, что прибыльнее использовать более низкое напряжение, в согласовании с предназначением изделия. В наше время схемы низкого напряжения, конденсаторы, имеющие большущее значение, способны достигать маленьких размеров. В 1969 году японский разработчик Нитсуко сделал конденсатор емкостью 1 F (1000000 микрофарад).

Недочеты электролитических веществ и требования к их использованию:

(a)  Следует строго соблюдать полярность и поддерживать на изделии электронное напряжение;

(b)  Имеется маленький, но длительный остаточный ток утечки;

(c)  Не следует превосходить установленное рабочее напряжение;

(d)  Перед включением изделие подлежит проверке, потому что после периода простоя диэлектрический слой подлежит повторному формированию;

(e)  Когда изделие не употребляется, происходит неспешное разрушение, что обеспечивает бoльшую нагрузку на приборы электропитания в течение периода восстановления после включения;

(f)   Срок годности при хранении ограничен до 2-ух лет, после этого внедрение изделия не неопасно;

(g)  Создавать вещества нужно из материалов высочайшего свойства и в лабораторных критериях.

Но ни один из этих причин не помешал использовать электролитические конденсаторы миллионам людей. Вначале использовалась, в главном, 99,8 % фольга, но в 1950 году начали использовать 99,9 % фольгу, которая фактически заменила материал более низкого свойства, кроме государств, где есть ограничения на импорт. Ток утечки был сокращен до 1/3 от характеристик 99,8 % анодов, возросло время восстановления, срок годности при хранении возрос в 2-3 раза. Позднее, с добавлением в состав фольги высочайшего свойства особенных частей, были усовершенствованы характеристики конденсаторов. На реальный момент есть описания внедрения добавок In либо Cd, Pb либо Bi, Ga, Ti, Ti и B, V, Cu, Cu и Sn, Mn, Cr и Ca.

Обыкновенной практикой, применяемой в текущее время, является предварительное образование фольги в продолжительном процессе с внедрением жаркого электролита, содержащего приблизительно 10 % борной кислоты, при температуре 95-100°С и высочайшей плотности тока. Фольга вводится в раствор с учетом электронного напряжения и с определенной скоростью, зависимо от технических требований прибора. Окончательное образование и выдержка компонента может занять до 3-х недель при рабочем электронном напряжении на 10 % больше зарегистрированного. Внедрение нежидкостного электролита, используемого в конденсаторе, просит кропотливого изготовления, потому что гликоль и борная кислота образуют непростой эфир в реакции с водой как с одним из компонент. Потому нужно уменьшить содержание воды методом долгого кипячения, до того времени, пока точка кипения не достигнет установленного уровня. Трещинкы на узкой пленке, образовавшиеся во время сборки конденсатора, нейтрализуются оксидом во время использования благодаря присутствующему в конденсаторе электролиту. Для жидкостных конденсаторов нужно использовать борную кислоту особенного свойства (SO), приготовленную методом тройной рекристаллизации, и очищенную воду. Черч обосновал, что воздействие хлорида можно проследить в 1/100000000 части. Его способ заключался в исследовании сухой кромки при напылении узкого дюралевого слоя на оксид, а потом в подсчете числа разрушений на слабеньких участках при увеличении электронного напряжения. Каждый таковой участок изолируется в итоге образования электронной дуги.. Воздействие хлоридов на образование электролита было также исследовано Шарпом и Панитцем, также Надкарни с сотрудниками.

Приросшие запросы производителей электрических деталей привели к изменениям в производстве электролитов, и на данный момент заместо борно-гликольной консистенции употребляется электролит, в базе которого лежит диметилформамидный раствор (ДМФ). Внедрение этого материала расширяет температурный спектр конденсаторов от -55°С до +125°С, что позволяет использовать их в тех случаях, в каких его нельзя было использовать при использовании борно-гликольных электролитов.

Было выдано огромное количество патентов, обусловленных выбором подходящих видов электролита, и были предложены консистенции ДМФ, содержащие такие составляющие, как адипиновая кислота, трифторуксусная кислота, малеиновая кислота, салициловая кислота, лимоновая кислота, винная кислота и муравьиная кислота. В любом случае они должны раствориться, чтоб вышли токопроводящие смеси, и владеть по последней мере ограниченной способностью создавать барьерные оксиды в тех случаях, когда нужно восстановление диэлектрического вещества, также сопротивляемостью сильным полям, как и положено электролитам.

Чтоб преодолеть эти ограничения были разработаны более сложные способы образования барьерного покрытия. Они включают предварительное образование аква оксида, часто методом помещения фольги в кипящую воду, а потом стандартное анодирование в борной кислоте. Образовавшееся сложное покрытие состоит из слоя псевдобемита на наружной поверхности, который обезвоживается во время анодирования и врубается в состав стандартного покрытия понизу. Природу такового сложного покрытия, которое, как считается, наращивает емкость фольги, изучили Альвитт и Бернар и Кудо и Альвитт. Они также подтверждают, что псевдобемит обладает способностью к обезвоживанию, превращаясь в оксид алюминия. Но в то же время, они нашли, что такие сложные оксиды имеют пустоты, которые могут занимать 5 % объема барьерного покрытия. Эти пустоты приводят к электронной непостоянности, что может вызвать понижение возможности диэлектрического покрытия противостоять сильному электронному полю. Но это можно поправить методом обработки анодированной фольги в жаркой дистиллированной воде, а потом повторного анодирования при изначальном электронном напряжении. Реакция воды и оксида существенно наращивает полную релаксацию диэлектрика, что приводит к  повторному анодированию с образованием размеренного оксида. Этот процесс был описан Бернаром и Расселлом

Алюминий покрывается водянистым оксидным слоем методом погружения на недолговременное время (обычно 5-10 минут) в кипящую воду, а потом анодируется при электронном напряжении в несколько сот вольт в жидкостном борном электролите. Если анодная фольга находится пару минут при неизменном электронном потенциале (VA),  электронный ток (ID) миниатюризируется до маленький толики тока анодирования (IA), показывая обычный режим работы размеренного анодного оксида.

Но, если фольгу убрать из электролита, обработать в кипящей воде в течение, скажем, 2 минут и возвратить в ванну для анодирования с применением такого же электронного тока (ID), зарегистрированного на конечном шаге образования оксида, первоначальное барьерное напряжение будет близко к нулю. В данном случае пригодится значимый электронный заряд, порядка нескольких процентов заряда при анодировании, чтоб анодный элемент мог сопротивляться изначальному электронному напряжению анодирования. Дайер и Альвитт, изучая идентичные воздействия, сделали вывод, что электронная непостоянность сложного оксидного покрытия является его внутренним свойством, обусловленным присутствием внутренних полостей, в которые может попадать вода, когда исчезает формационное поле. При повторном анодировании полости заполняются барьерным оксидом, и покрытие стабилизируется.

Кроме использования воды было предложено образование подходящего водянистого слоя в жарком разбавленном растворе борной кислоты и буры при уровне рН 5,5-7 либо же при подготовительной обработке в воде, а потом в кипящем водянистом растворе фосфата, силиката либо тартрата. Пленка, приобретенная в боратном электролите, содержит определенное количество бората, впитанного во время обработки из электролита. Пропорции зависят от метода анодирования. Но для покрытия, образованного при электронном напряжении 500 вольт, они находятся в границах 0,6-2 % B2O3 (по отношению к 1,6 –6 % AlBO3). На данный момент также понятно, что покрытие не обладает полной однородностью толщины и структуры, как числилось ранее. При исследовательских работах нашлась более непростая структура, в особенности при образовании пленки под воздействием высочайшего электронного напряжения. В итоге исследователи вывели три вида оксида алюминия: 1) безводный бесформенный оксид алюминия, т.е. с размером кристаллита наименее 10 А, включая массу покрытия; 2) гидратный бесформенный оксид алюминия, выступающий в качестве слоя на границе раздела оксид-электролит; 3) кристаллический оксид алюминия с маленькими размерами кристаллов, присутствующий в агломератах в качестве стержней бесформенного оксида, который стремительно растворяется в растворе хромовой и фосфорной кислоты при температуре 80°С. Кристаллические стержни ведут взаимодействие со слабенькими участками анодного покрытия, где зарождается некоторая форма электронного пробоя. Рассредотачивание аниона также не является равномерным (данная информация содержится в 6 главе), но в любом случае анион, входящий в состав слоя, находится на наружной стороне покрытия, а слой без аниона, состоящий из относительно незапятнанного оксида, участвует во содействии алюминия и оксида. Толщина данного покрытия находится в зависимости от аниона, присутствующего в электролите.

Толщина анодного покрытия верно регулируется при 12-15 А/В, либо 0,7 микрон при электронном напряжении 500 вольт. Емкость назад пропорциональна электронному напряжению при образовании покрытия (либо толщине покрытия) и равна приблизительно 0,012 микрофарад при 500 V,  0,15 микрофарад при 5 В и т.д.

Электронная крепкость диэлектрика находится в зависимости от высоты 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 неизменная покрытия, образованного в пентаборате аммония, равна 8,4 ± 0,2. Харкнес и Янг предлагают свои расчеты этой величины для узкого 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 практически приравнивается показателю 1,60, принятому для пористого анодного покрытия. Хаас предложил показатель 1,64 при 5000 А.

Другие электролиты, имеющие отношение к электролитическим конденсаторам, — это жидкостный щелочной бифталатовый раствор (0,1-5 %), который можно использовать с анодами и выполненный из спеченного дюралевого порошка, диметилформамидовый раствор либо гомологи, содержащие пикриновую кислоту и/либо пикрат щелочи; электролит, применимый для использования при низкой и высочайшей температуре, и состоящий из двууглекислой кислоты (к примеру, адипиновая кислота, фосфорная кислота и/либо фосфат). Другие виды электролитов содержат нежидкостный этиленгликоль, пентаборат аммония, ортофосфатный электролит, борную кислоту, содержащую оксикарбоновую кислоту и смесь лимоновой 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 электронном напряжении, и с наименьшей силой при электронном напряжении более 50 вольт. При использовании дюралевых противоэлектродов конденсаторы фактически не были подвержены пористой коррозии и другим видам воздействия и обладали очень низким, практически неполярным током утечки. Во время эксплуатации при электронном напряжении 20 вольт и температуре 150°С были получены потрясающие характеристики долговечности. Майлз и Смит также отметили, что плазменное покрытие обладает надежным, размеренным и прогнозируемым нравом, основываясь на обычный теории туннелирования электронов. Эти создатели также провели твердотельное анодирование в контакте с оловом, в каком содержался растворенный кислород.

Олив, Палфри и Юнд провели сопоставление напряженности поля в оксиде при использовании способов стандартного и плазменного анодирования, а Рамазубраманян исследовал воздействие размера образцов, конфигурации и напряжения формования при плазменном анодировании.

Как кандидатура анодированию к дюралевым емкостным электродам было использовано алюминиевое оксидное покрытие с очень похожими электронными качествами методом напыления алюминия в кислороде при парциальном давлении 10-3 мм. Да Сильва и Уайт убеждены, что поначалу появляется недокись (может быть, AlO), но после контакта с воздухом напыленная оксидная пленка приобретает идентичные по составу характеристики с анодным покрытием, и характеристики диэлектрической неизменной подтверждают это заключение.

Мэддокс и Тан сделали напыление ряда других покрытий с целью внедрения их в конденсаторах, посреди их были одноокись и диоксид кремния, магний, лантан и некие фториды: диоксид церия и сульфид цинка. Хаас опубликовал исследования по использованию в качестве диэлектрика SiO2, а на технологии использования фторалюминия и до настоящего времени выдаются патенты.Алюминий может вступать в реакцию с частотным паром при температуре 520°С либо пройти процесс анодирования во фтористоводородном пиридине.