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《郑州大学》 2010年
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高压电子铝箔组织结构和性能的对比研究

李媛乐  
【摘要】: 电子铝箔是高端铝箔,主要用于电子工业的重要元器件电解电容器。近年来,随着电子工业的迅猛发展,机电产品的性能和集成度越来越高,这对电子元器件提出了更高的要求——在保证和提高性能的同时有尽量小的体积。因此电解电容器小型化(即实现高比电容)往往是高性能电器产品发展的关键之一。目前,国内高压电子铝箔(即高压箔)的需求量在1.5万吨/年左右,并呈20%的速度逐年递增,而国内能够生产高压箔的厂家却很少,需要大量进口。因此,研究国内外高压箔的组织结构以提高其性能,对我国铝加工产业向更高层次发展,解决高压箔国产化具有重要意义。 本文采用SIMS、化学成分分析、SEM、EDS、EBSD、直流电化学腐蚀及力学性能测试等手段,对日本昭和、三菱与国产众和三种成品高压箔中主要杂质元素含量及Fe元素的分布、表面质量、位错坑、晶粒大小、力学性能、立方织构含量及耐电解质腐蚀性进行了对比研究。结果表明:影响高压箔腐蚀化成后比电容的主要因素为杂质元素Fe的含量及其分布、立方织构含量及表面质量。找出了国产与日本成品高压箔存在的差距,并提出了改进措施和建议。 对高压箔主要杂质元素含量的对比研究表明:昭和的平均Fe含量最低,为0.0018%;众和的最高,为0.0027%。一般地,Fe含量增加,立方织构会变弱。高压箔中的Fe含量要严格控制在0.0020%以内。而众和的明显偏高,因此需要降低国产众和中的平均Fe含量。日本高压箔中Fe元素沿厚度方向近似呈直线分布,而国产众和却呈曲线分布,且心部有杂质Fe元素的富集。众和中Fe原子在基体中的不均匀分布,导致其高压箔的晶粒粗大、腐蚀不均匀,进而会降低了腐蚀箔的比电容。昭和的平均Si含量最高,为0.0022%;众和的最低,为0.0019%,两者差距较小,Si对立方织构形成过程的负面影响远没有Fe显著。但Si对高压箔性能的影响不是孤立的,还要受到Fe/Si的影响,Fe/Si分别为:昭和最小0.8182;三菱居中0.9047;众和最大为1.4211。两者共存于高纯铝中时,会影响彼此存在的形式,Fe/Si越小则越有利于提高化成箔的比电容。因此Si含量也要严格控制。 国产众和高压箔表面起伏及缺陷较多,还存在轧制滚压痕。昭和的平均晶粒为209.1μm,大小适中且晶粒尺寸变化幅度较小;三菱的最小为207.6μm;众和的平均晶粒为223.2μm,尺寸最大且分布紊乱,大小差异较大。昭和在腐蚀后,立方蚀坑最多为17.51%,这与高压箔基体中(001)100立方取向有直接的关系。因此,国产高压箔的组织结构控制方面与日本还存在一定的差距,需要改进。 三种高压箔的横向抗拉强度和延伸率均高于轧向;其中三菱高压箔的抗拉强度最高,横向28.85MPa,轧向28.30MPa,众和与昭和的抗拉强度相当。高压箔的拉伸试样断口比较平齐,有河流状花样和撕裂岭。不同的位置,硬度存在较小差异,平均硬度日本三菱的最高为17.93HV,众和的最低为16.77HV。原因三菱的晶粒最为细小,根据细晶强化理论,晶粒越小,其抗拉强度和硬度值就越高。因此国产高压箔的在强度方面有待加强。 织构对比研究表明:国产众和高压箔在立方织构占有率方面和日本高压箔水平基本相当,两者均可达到国际先进水平(≥95%)。但国产众和的织构含量为96.23%较之日本昭和的97.89%与三菱的97.75%还是稍微低些,且国产众和高压箔中还具有其他的织构取向,如少量的{124}211R织构。因此国产箔中应控制非立方织构的含量。 通过实验优化出高压箔直流电化学腐蚀工艺参数如下:腐蚀液:HCl+H2SO4混合溶液,HCl取2.0mol/L、H2SO4取0.5mol/L;腐蚀电流密度:0.2A/cm2;腐蚀时间:120S;腐蚀温度:60℃。三种腐蚀箔对比研究表明:日本昭和高压箔520V下化成的比电容最大为0.78μF/cm2,腐蚀孔分布均匀、密度较大且蚀孔较深,总体性能优良;三菱化成箔比电容为0.76μF/cm2;国产众和化成箔比电容最小为0.69μF/cm2,且腐蚀发孔均匀性不好,扩面腐蚀时会出现局部过腐蚀,使得铝箔减薄或穿孔。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN604

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