DD295510A7 - Legierung fuer katodenfolie mit hoher spezifischer flaechenkapazitaet - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Legierung fuer Katodenfolie mit hoher spezifischer Flaechenkapazitaet, die zu Katodenfolie fuer Elektrolytkondensatoren verarbeitet werden kann und eine hohe spezifische Flaechenkapazitaet nach Gleichstromaetzung in bekannten neutralen Elektrolyten aufweist. Die Legierung besteht aus 98,9-99,85 wB in % Al, 0,04-0,5 wB in % Cu und 0,01-0,5 wB in % Zr oder Ta. Der Mn-Gehalt soll 0,1 wB in % nicht ueberschreiten. Die Fe- und Si-Gehalte koennen in einer Groeszenordnung vorliegen, die keine besondere Vorbehandlung des Aluminiums erfordert. Fuer die Herstellung der Legierung kann Aluminium der Reinheit 99,5-99,7 wB in % verwendet werden. Durch die Verwendung von Zr oder Ta erfolgt eine besonders gute Feinverteilung der Legierungselemente, so dasz keine Ausscheidungsphasen nachgewiesen werden koennen. Durch diese guenstige Verteilung erfolgt der AEtzangriff in Form eines schmalen Saumes parallel zur Oberflaeche, was gute mechanische Kennwerte der Folie bewirkt.{Katodenfolie; Elektrolytkondensator; spezifische Flaechenkapazitaet; Gleichstromaetzung; Wechselstromaetzung; Elektrolyt; Aluminium; Kupfer; Zirkon; Tantal; Mangan; Nickel; Eisen; Silizium; Ausscheidungsphase}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird angewendet für die Herstellung von Katodenglattfolie, die durch bekannte Ätz- und Stabilisierungsverfahren zu dünnen Katodenfolien für den Einsatz in HV- und NV-Elektrolytkondensatoren verarbeitet werden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Kapazität von Elektrolytkondensatoren ist direkt abhängig von der spezifischen Flächenkapazität der verwendeten Anoden- und Katodenfolien. Für beide Folienarten erfolgt die für eine hohe spezifische Flächenkapazität erforderliche Oberflächenvergrößerung vorwiegend auf elektrochemischem Wege. Die Größe der Kondensatoren kann durch den Einsatz von Folien mit hoher spezifischer Flächenkapazität verringert werden. Durch den Einsatz dünnerer Folien mit gleicher spezifischer Flächenkapazität wird eine weitere Miniaturisierung der Kondensatoren möglich. Katodenfolien werden nach dem auf elektrochemischem Wege erfolgten Aufrauhen der Oberfläche mit einer dünnen und dichten Stabilisierungsschicht versehen, um den Abfall der spezifischen Flächenkapazität bei Lagerung der Luft und unter den Einsatzbedingungen im Kondensator zu verhindern. Aus Gründen der Kostensenkung wird für Katodenfolie niedrig legiertes Aluminium mit Reinheitsgraden von 98-99,8% eingesetzt. Durch die zugesetzten Legierungselemente werden einerseits die spezifische Flächenkapazität und andererseits die mechanischen Kennwerte der Folien beeinflußt. Bekannt ist aus DE-OS2841539 eine Legierung für Katodenfolie, die einen Cu-Gehalt von 0,15-5,7% hat und bei der die Gesamtmenge an Verunreinigungen höchstens 2% beträgt. Mit dieser Legierung wird nach dem Ätzen mit einer Elektrizitätsmenge von 9,4Coulomb/cm² an einer 60pm dicken Folie eine stabilisierte spezifische Flächenkapazität von nur 240цР/ст² erreicht. Nachteilig ist bei dieser Legierung, daß sie mit extrem niedrigen Gehalten an Eisen und Silizium hergestellt werden muß, was den Einsatz von besonders behandeltem Aluminium voraussetzt.

Aus einer Al-Legierung mit Kupfer, Titan und Beryllium nach DE-OS3011819 wird eine Folie hergestellt, mit der ein Zuwachs an spezifischer Flächenkapazität erreicht wird. Nachteilig wirkt sich bei dieser Legierung aus, daß zur Verhinderung der Rißbildung am Gußblock der Cu-Gehalt eng begrenzt wird und außerdem Titan und Beryllium in eng begrenzten Toleranzbereichen zugesetzt werden müssen. Die Gefahrtoxischer Wirkungen und Probleme bei der Schrottaufarbeitung sind zusätzliche Nachteile. Auch bei dieser Legierung darf der Gehalt an Fe und Si nur sehr gering sein. Selbst beim Gleichstromätzen mit 27 Coulomb/cm², was einen sehr hohen Energieverbrauch bedeutet, wird mit dieser Legierung nureine spezifische Flächenkapazität von maximal 270 pF/cm² erreicht. Auch die Verwendung einer AICuTi-Legierung gemäß EP0049115 führt nur zu einer maximalen Kapazität von 270pF/cm². Eine AICuBe-Legierung gemäß JP82-126939 ergibt eine maximale Kapazität von 296цР/ст². Mit manganhaltigen Legierungen sind Versuche zur Erhöhung der spezifischen Flächenkapazität von Katodenfolien unternommen worden. Ein Anteil von 0,2-2% Mangan in einer AICuMn-Legierung soll gemäß EPOOOO965 eine Erhöhung der spezifischen Flächenkapazität bewirken. An einer 60 μιτι dicken Folie werden damit nach dem Ätzen mit einer Elektrizitätsmenge von 50Coulomb/cm² ca. 350pF/cm² erreicht. Mit einer Elektrizitätsmenge von eCoulomb/cm² wird lediglich eine spezifische Flächenkapazität von 10OpF/cm² erzielt. Folien aus dieser Legierung, wie überhaupt alle Mn-haltigen Legierungen, zeichnen sich durch einen sehr hohen Herstellungsaufwand aus, insbesondere durch energie- und zeitaufwendige Zwischenglühbehandlungen bei der Herstellung der Glattfolie.

Hinzu kommt, daß ausreichende Kapazitätswerte nur mit sehr hohem Energieaufwand beim Ätzen erreicht werden können. In die Tiefe des Materials gehende Ätzkanäle sind bei der 60цт dicken Folie nicht schädlich, da nach dem Ätzen der Folie genügend Material zur Sicherung einer ausreichenden Festigkeit verbleibt. Bekannt sind Zusätze von Cr, Ti und Zr zu Reinaluminium, um tiefzieh- und einbrennlackierfähige Dosenkörper aus geglühten Leichtmetallbutzen erzeugen zu können (DE-OS2737232). Der Zusatz der rekristallisationshemmenden Elemente erfolgt, um die Tiefziehfähigkeit zu erhalten.

Zur Begrenzung des Kornwachstums können superplastischen Aluminiumlegierungen Zr, Nb, Ta und Ni zugesetzt werden. (DE-OS 2235168). Feinste Ausscheidungen schränken die Bewegung an den Korngrenzen ein. Sie entstehen jedoch nur an Legierungen mit hohen Gehalten an Kupfer und Magnesium bis zu 10%, an Zink bis zu 15% und an Mangan bis zu 1%. Diese hohen Legierungsanteile sind jedoch für die Verwendung dieser Legierung in Kondensatorfolie ungeeignet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist eine Aluminiumlegierung für Katodenfolie, die mit einer geringeren als bisher angewendeten Elektrizitätsmenge geätzt werden kann und die an dünnen Aluminiumfolien vergleichsweise zu dickeren Folien gleiche oder höhere Werte der spezifischen Flächenkapazität gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aluminiumlegierung für Katodenfolie bereitzustellen, die durch elektrochemisches Ätzen in bekannten Elektrolyten so stark aufgerauht werden kann, daß an 30 цт dicken Folien eine stabile spezifische Flächenkapazität von mehr als ЗООрР/ст² nach Gleichstrom ätzung im neutralen Elektrolyten erreicht wird und daß trotzdem die für die Handhabung und Verarbeitung der Folie zu Elektrolytkondensatoren erforderlichen mechanischen Kennwerte der geätzten Folie erhalten bleiben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Legierung aus 98,9-99,85 w_e in % Al, 0,04-0,5 w_B in % Cu und 0,01-0,5 w_B in % Zr oder Ta besteht und daß der Mn-Gehalt 0,1 w_B in % nicht übersteigt. Vorteilhaft wird für die Legierung Aluminium der Reinheit 99,5-99,7 w_B in % eingesetzt. Katodenfolie aus der erfindungsgemäßen Legierung zeichnet sich durch eine gute Gieß- und Verformbarkeit aus. Die Kaltverformung der Folie kann sowohl ohne als auch mit Zwischenglühungen erfolgen. Es hat sich gezeigt, daß auch mit nicht extrem hoch kaltverfestigter Folie bei Ätzung mit einer niedrigen Elektrizitätsmenge von 8 Coulomb/cm² eine hohe spezifische Flächenkapazität erreicht wird. An der Folie bildet sich ein schmaler Ätzsaum aus, der mit einem Netzwerk feinverteilter Ätzkanäle durchzogen ist. Diese Ätzstruktur resultiert nach durchgeführten elektronenmikroskopischen Untersuchungen aus dem neben der für verformtes Material sehr hohen Versetzungsdichte auftretenden ausgeprägt feinen Subkorn.

Da Zr- oder Ta-haltige Phasen in Form von Primärausscheidungen bei bis zu 30000facher Vergrößerung nicht nachgewiesen werden können, ist für das günstige Ätzverhalten die Verteilung der Legierungselemente innerhalb der Subkörner von Bedeutung. Durch Zr- oder Ta-Zusätze erfolgt diese Verteilung in einer besonders günstigen Form, insbesondere die Feinverteilung des Kupfers wird während des gesamten Herstellungsprozesses aufrechterhalten, so daß keine Ausscheidungsphasen gebildet werden. Als vorteilhaft zeigt sich, daß der Eisen- und Siliziumgehalt in einer Größenordnung vorliegen kann, die keine zusätzliche Vorbehandlung des Aluminiums erfordert. Durch den verbleibenden umgeätzten Kern der Folie einerseits und die sich bevorzugt parallel zur Oberfläche entlang ziehende Ätzstruktur ohne jegliche Kerbwirkung werden die guten mechanischen Kennwerte der geätzten Folie erhalten.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Legierung wird anhand von 2 Beispielen erläutert. In beiden Beispielen wird die jeweilige Legierung aus den Metallen gemäß angegebener Zusammensetzung erschmolzen, zum Block vergossen und durch Warm- und Kaltwalzen zu Folie mit 30μηη Dicke verarbeitet. Die Folie wurde mit einem Elektrolyten, der folgende Zusammensetzung hat

18% NaCI 6⁰ANa₂SO₄

4% Monoethylenglykol 0,1 % Cyclohexanon

mit einer Elektrizitätsmenge von 8 Coulomb/cm² geätzt. Anschließend wird die Folie einer bekannten Stabilisierungsbehandlu ng unterworfen.

	Cu	Ta	Zusammensetzung [wB in %] Zr Fe Si	0,06	Ti	Mn	Al
Legierung 1	0,27	0,17	0,29	0,08	0,012	0,002	Rest zu 100
Legierung 2	0,26	-	0,08 0,18	0,011	0,009	Rest zu 100

	Sätabil liiF/cm2}	Biegezahl nach Satma PL 2	Reißfestigkeit [N/cm]
Legierung 1	337	30	28
Legierung 2 -	339	30	31

Claims (3)

1. Legierung für Katodenfolie mit hoher spezifischer Flächenkapazität auf der Basis von Aluminium, gekennzeichnet dadurch, daß die Legierung aus 98,9-99,85 w_B in % Aluminium, 0,04-0,5 w_B in % Kupfer und 0,01-0,5w_B in % Zirkonium oder Tantal besteht und daß der Mangan-Gehalt in 0,1 w_Bin % nicht übersteigt.

2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Eisen-und Siliziumgehalte in einer Größenordnung vorliegen, die keine besondere Vorbehandlung des Aluminiums erfordern.

3. Legierung nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß für die Legierung Aluminium der Reinheit 99,5-99,7 w_B in % eingesetzt wird.