DE102021134542A1 - Alumina particles, method for producing high-purity aluminum or alumina particles, and use of a foil as a raw material - Google Patents

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Bildung von hochreinen Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikeln, durch das Verfahren gebildete Mikro- und Nanopartikel, ein Verfahren zur Rückgewinnung eines Elektrolyten, die Verwendung von Nanopartikeln und die Verwendung einer geätzten Folie. Insbesondere wird ein Verfahren zur Bildung von hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln aus geätzten und/oder anodisierten Folien bereitgestellt.The application relates to a method for forming high-purity aluminum or aluminum oxide particles, micro- and nanoparticles formed by the method, a method for recovering an electrolyte, the use of nanoparticles and the use of an etched foil. In particular, a method for forming high purity aluminum and/or aluminum oxide particles from etched and/or anodized foils is provided.

Description

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochreinen Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikeln, durch das Verfahren hergestellte Mikro- und Nanopartikel, ein Verfahren zur Rückgewinnung eines Elektrolyten, die Verwendung von Nanopartikeln und die Verwendung einer geätzten Folie.The application relates to a method for producing high-purity aluminum or aluminum oxide particles, micro- and nanoparticles produced by the method, a method for recovering an electrolyte, the use of nanoparticles and the use of an etched foil.

Unter den Partikelmaterialien spielen Aluminium und Aluminiumoxid eine wichtige Rolle in verschiedenen technischen Bereichen wie der Katalyse, der Keramik und einigen anderen.Among the particulate materials, aluminum and alumina play an important role in various technical fields such as catalysis, ceramics, and some others.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, neue Zugangsmöglichkeiten zu Aluminium- oder Aluminiumoxidmaterialien zu haben.In this context it is advantageous to have new access possibilities to aluminum or aluminum oxide materials.

Dieses Ziel wird zumindest teilweise durch ein Verfahren nach Anspruch 1 erreicht. Zusätzliche Effekte werden durch Ausführungen erreicht, die in weiteren unabhängigen oder abhängigen Ansprüchen angesprochen werden.This aim is at least partly achieved by a method according to claim 1. Additional effects are achieved by implementations addressed in further independent or dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Bildung hochreiner Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel aus geätzten und/oder anodisierten Folien bereitgestellt.According to a first aspect, a method for forming high purity aluminum and/or aluminum oxide particles from etched and/or anodized foils is provided.

Geätzte und/oder anodisierte Folien, insbesondere wenn sie Aluminium umfassen oder Aluminium als Hauptbestandteil enthalten, können geätzt und/oder anodisiert werden, um in einer anodischen Reaktion eine Oberflächenvergrößerung zu erreichen. Durch elektrochemisches anodisches Ätzen von Aluminium sind verschiedene Arten von Oberflächenvergrößerung erzielbar. Es können insbesondere röhrenförmige Strukturen gebildet werden. Die röhrenförmigen Strukturen können Größen im Mikrometer- oder Nanometerbereich haben. In diesem Fall können mikrometer- oder nanometergroße Strukturen, die als Mikro- oder Nanostrukturen bezeichnet werden können, elektrochemisch auf der Oberfläche gebildet werden.Etched and/or anodized foils, especially if they comprise aluminum or contain aluminum as a main component, can be etched and/or anodized in order to increase the surface area in an anodic reaction. Various types of surface enlargement can be achieved by electrochemical anodic etching of aluminum. In particular, tubular structures can be formed. The tubular structures can have sizes in the micrometer or nanometer range. In this case, micrometer- or nanometer-sized structures, which can be referred to as micro- or nanostructures, can be electrochemically formed on the surface.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die geätzte und/oder anodisierte Folie als Rohmaterial für die Herstellung von hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln zu verwenden.According to the present invention, it is possible to use the etched and/or anodized foil as a raw material for the production of high-purity aluminum and/or aluminum oxide particles.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit einen neuen Zugang zu Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln, insbesondere zu Nanopartikeln oder Mikropartikeln, die Aluminium oder Aluminiumoxid enthalten.The method according to the invention thus enables new access to aluminum and/or aluminum oxide particles, in particular to nanoparticles or microparticles which contain aluminum or aluminum oxide.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch als Mittel zum Recycling eingesetzt werden. Insbesondere dann, wenn eine oberflächenvergrößerte Aluminiumfolie in einem vorausgegangenen Verfahren gebildet wurde, aber aus irgendeinem Grund fehlerhaft und somit nicht vollständig für den ursprünglich vorgesehenen Verwendungszweck geeignet ist, kann die fehlerhafte Folie dennoch als Rohmaterial dienen, um daraus Nano- oder Mikropartikel herzustellen.The method according to the invention can also be used as a means for recycling. In particular, if an aluminum foil with an increased surface area was formed in a previous process, but for some reason is defective and thus not fully suitable for the originally intended purpose, the defective foil can still serve as raw material to produce nano- or microparticles from it.

Die durch das Verfahren gebildeten Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikel können entweder selbst ein Produkt für verschiedene Anwendungen sein oder als Vorproduktmaterial (engl. precursor material) dienen, das als Rohmaterial für ein anderes Verfahren oder einen Teilprozess verwendet wird. The aluminum or aluminum oxide particles formed by the process can either be a product themselves for various applications or serve as a precursor material that is used as a raw material for another process or sub-process.

Gemäß einem Aspekt ist die geätzte und/oder anodisierte Folie durch ein Ätz- oder Anodisierungsverfahren mikro- und/oder nanostrukturiert worden.According to one aspect, the etched and/or anodized foil has been micro- and/or nanostructured by an etching or anodizing process.

Ätzen und/oder Anodisierung sind hocheffiziente Verfahren zur Mikro- oder Nanostrukturierung einer Aluminiumfolie.Etching and/or anodizing are highly efficient processes for micro or nano structuring of an aluminum foil.

Mit anderen Worten: Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem eine aluminiumhaltige Folie zunächst elektrochemisch geätzt und/oder anodisiert wird und anschließend dazu verwendet wird, daraus Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel herzustellen.In other words: a method is proposed in which an aluminum-containing foil is first electrochemically etched and/or anodized and then used to produce aluminum and/or aluminum oxide particles from it.

Bei diesem Verfahren ist es möglich, Strukturen auf der Oberfläche der Folie auszubilden und anschließend Partikel aus der Folie zu formen, welche strukturelle Motive der Folie bewahren oder erhalten können. Mit anderen Worten: Die Folie kann durch gut steuerbare elektrochemische Prozesse zwei- oder dreidimensional oberflächenstrukturiert werden, und anschließend werden aus der Folie Mikro- oder Nanopartikel gebildet, die bestimmte Merkmale der Struktur der Folie beibehalten. Das heißt, das Verfahren ermöglicht es, einen Teil der Partikelstruktur in einem zwei- oder dreidimensionalen Oberflächenprozess zu definieren, bevor die Partikel geformt werden.With this method it is possible to form structures on the surface of the film and then to form particles from the film which retain or can retain structural motifs of the film. In other words, the surface of the foil can be structured in two or three dimensions by easily controllable electrochemical processes, and then micro- or nanoparticles are formed from the foil, which retain certain features of the structure of the foil. That is, the method makes it possible to define part of the particle structure in a two- or three-dimensional surface process before the particles are shaped.

Der Ätz- und/oder Anodisierungsprozess kann entweder in einem statischen Verfahren oder in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren durchgeführt werden.The etching and/or anodizing process can be performed either in a static process or in a roll-to-roll process.

Ein statisches Verfahren kann jedes Verfahren sein, bei dem die Folie während des Ätzens vollständig in einen Elektrolyten eingetaucht ist. Während des Ätzens bleibt die Folie im Elektrolyten und wird nicht aus dem Elektrolyten herausbewegt. Nach dem Ätzen kann die gesamte Folie aus dem Elektrolyten herausgenommen werden.A static process can be any process in which the foil is completely immersed in an electrolyte during etching. During etching, the foil remains in the electrolyte and is not moved out of the electrolyte. After etching, the entire foil can be taken out of the electrolyte.

Bei einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist die Folie auf eine erste Rolle aufgewickelt. Beim Rolle-zu-Rolle-Verfahren wird die erste Rolle abgewickelt und die Folie auf eine zweite Rolle aufgewickelt. Ein Teil (Fraktion) der abgewickelten Folie befindet sich zwischen den beiden Rollen. Ein Teil (Fraktion) dieses abgewickelten Teils durchläuft ein Elektrolytbad, während eine Spannung oder ein Strom angelegt wird, so dass die Folie kontinuierlich geätzt werden kann, während sie das Elektrolytbad durchläuft.In a roll-to-roll process, the film is wound onto a first roll. In the roll-to-roll process, the first roll is unwound and the film is wound onto a second roll. A part (fraction) of the unwound film is located between the two rolls. A part (fraction) of this developed part is passed through an electrolytic bath while a voltage or current is applied, so that the foil can be continuously etched while passing through the electrolytic bath.

Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren ist eine hocheffiziente Methode zum Ätzen einer Aluminiumfolie, um große Quantitäten geätzter oder mikro- bzw. nanostrukturierter Aluminiumfolie herzustellen.The roll-to-roll process is a highly efficient method of etching aluminum foil to produce large quantities of etched or micro- or nano-structured aluminum foil.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist die geätzte und/oder anodisierte Folie entweder geeignet als Elektrodenfolie in einem Elektrolytkondensator verwendet zu werden oder es handelt sich um eine Folie, die nur eingeschränkt als Elektrode in einem Kondensator verwendet werden kann. Der Kondensator kann z.B. ein Wickelkondensator sein.According to a further aspect, the etched and/or anodized foil is either suitable for use as an electrode foil in an electrolytic capacitor or is a foil which can only be used as an electrode in a capacitor to a limited extent. The capacitor can be a wound capacitor, for example.

Gemäß diesem Aspekt kann die Folie, die in dem Verfahren verwendet wird, eine Folie sein, die in einem Elektrolytkondensator verwendet wurde, verwendet werden kann oder für die Verwendung vorgesehen war. In diesem Fall ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine alternative Verwendung der Folie als Rohmaterial für die Bildung von Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln aus der Folie.According to this aspect, the foil used in the method may be a foil that has been used, can be used, or was intended to be used in an electrolytic capacitor. In this case, the method according to the invention enables an alternative use of the foil as a raw material for the formation of aluminum and/or aluminum oxide particles from the foil.

Dieser Ansatz kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Folie aus irgendeinem Grund eine reduzierte Verwendbarkeit in einem Elektrolytkondensator aufweist. In diesem Fall kann es nützlicher sein, die Folie für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden als sie in einem Kondensator einzusetzen. Würde eine Folie mit reduzierter Verwendbarkeit in einem Kondensator verwendet, so würde ein Kondensator mit verminderter Leistung, wie z. B. reduzierter Kapazität oder reduzierter Stabilität, die zu einer reduzierten Lebensdauer führt, entstehen. Vor der gegenwärtigen Erfindung wurde eine solche Folie deshalb häufig entsorgt. Die Erfinder haben jedoch solche Folien als wertvollen Rohmaterial erkannt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bildung von wertvollen hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln, wodurch der Wert der hochreinen Aluminiumfolie erhalten oder sogar teilweise gesteigert werden kann. Das bedeutet, dass auch Folien, die keine hohen technischen Anforderungen erfüllen, im erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft eingesetzt werden können.This approach can be particularly beneficial when the foil has reduced utility in an electrolytic capacitor for some reason. In this case it may be more useful to use the foil for the method according to the invention than to use it in a capacitor. If a foil of reduced utility were to be used in a capacitor, a capacitor of reduced performance, such as e.g. B. reduced capacity or reduced stability, which leads to a reduced service life. Therefore, prior to the present invention, such film was often discarded. However, the inventors have recognized such foils as a valuable raw material. The method according to the invention enables the formation of valuable, high-purity aluminum and/or aluminum oxide particles, as a result of which the value of the high-purity aluminum foil can be maintained or even partially increased. This means that foils which do not meet high technical requirements can also be used advantageously in the process according to the invention.

In einem alternativen Szenario kann die Folie eine gebrauchte Folie sein. Bei der Folie kann es sich um eine Folie handeln, die bereits in einem Elektrolytkondensator verwendet oder eingesetzt wurde. Wenn beispielsweise der Kondensator beschädigt wurde oder seine Leistung nachgelassen hat, kann die Folie dennoch als Rohmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren dienen.In an alternative scenario, the foil can be a used foil. The foil may be one that has already been used or employed in an electrolytic capacitor. If, for example, the capacitor has been damaged or its performance has deteriorated, the foil can still be used as raw material for the method according to the invention.

In diesem Zusammenhang ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Wiederverwendung oder das Recycling von Material, wodurch Abfälle vermieden werden können, wie die obigen Szenarien zeigen.In this context, the method according to the invention allows material to be reused or recycled, thus avoiding waste, as shown by the above scenarios.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Folie makroskopische Defekte aufweisen, die ihre Verwendbarkeit als Kondensatorfolie verringern.In another aspect, the foil may have macroscopic defects that reduce its utility as a capacitor foil.

Makroskopische Defekte können zum Beispiel beim Aufwickeln in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren auftreten. Makroskopische Defekte können z. B. Faltungen oder Reißen der Folie sein. Aluminiumfolien können in schnelllaufenden Maschinen gewickelt werden und sind dabei mechanischen Belastungen ausgesetzt. Da die Folie recht dünn sein kann, kann sie leicht einreißen oder weiter zerfallen, was als Bildung makroskopischer Defekte angesehen werden kann.Macroscopic defects can occur, for example, when winding in a roll-to-roll process. Macroscopic defects can e.g. B. folds or tearing of the film. Aluminum foils can be wound in high-speed machines and are exposed to mechanical stress. Because the foil can be quite thin, it can easily tear or further disintegrate, which can be viewed as the formation of macroscopic defects.

Makroskopische Defekte können die Verwendbarkeit einer Folie in einem Kondensator im Vergleich zu einer Folie, die keine solchen Defekte aufweist, verringern. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass makroskopische Defekte die mikroskopische oder nanoskopische Struktur der Folien kaum beeinflussen, so dass auch Folien mit makroskopischen Defekten als geeignetes Rohmaterial für die Bildung von Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln dienen können.Macroscopic defects can reduce the usefulness of a foil in a capacitor compared to a foil that does not have such defects. The inventors of the present invention have found that macroscopic defects hardly affect the microscopic or nanoscopic structure of the foils, so that foils with macroscopic defects can also serve as a suitable raw material for the formation of aluminum and/or aluminum oxide particles.

Dementsprechend kann das allgemeine erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft auf makroskopisch fehlerhafte Folien angewendet werden. Dadurch kann der wirtschaftliche Wert des Materials erhalten und Abfall vermieden werden.Accordingly, the general method of the present invention can be advantageously applied to macroscopically defective foils. This allows the economic value of the material to be maintained and waste to be avoided.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Bildung von hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln das Schleifen (engl. grinding) der Folie.In another aspect, the formation of high purity aluminum and/or aluminum oxide particles includes grinding the foil.

Mit anderen Worten, die Mittel zur Bildung der hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel aus den geätzten und/oder anodisierten Folien können das Schleifen umfassen.In other words, the means of forming the high purity aluminum and/or alumina particles from the etched and/or anodized foils may include grinding.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass das Schleifen eine effiziente Methode ist, um Partikel aus der geätzten und/oder anodisierten Folie zu bilden.The inventors of the present invention have found that grinding is an efficient method to form particles from the etched and/or anodized foil.

Alternativ können auch chemische Mittel eingesetzt werden, um Partikel aus der Folie zu bilden.Alternatively, chemical means can also be used to form particles from the film.

Sowohl chemische Mittel als auch das Schleifen können zur Bildung der Partikel verwendet werden.Both chemical means and grinding can be used to form the particles.

Gemäß einem anderen Aspekt beinhaltet das Schleifen, dass Scherkräfte oder Stoßkräfte angewendet werden.In another aspect, the grinding involves applying shear forces or impact forces.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass es möglich ist, durch Scher- oder Stoßkräfte Partikel aus der Folie zu formen, die vorzugsweise eine Größe im Mikrometer- oder Nanometerbereich aufweisen. Das Schleifen mit Scher- oder Stoßkräften kann es auch ermöglichen, die durch das Ätzen und/oder Anodisieren der Folie gebildeten Strukturen zumindest teilweise zu erhalten. Entsprechend können diese Strukturen von der Folie auf die Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel übertragen werden.The inventors have found that it is possible to form particles from the film by shearing or impact forces, preferably having a size in the micrometer or nanometer range. The grinding with shearing or impact forces can also make it possible to at least partially preserve the structures formed by etching and/or anodizing the foil. Correspondingly, these structures can be transferred from the film to the aluminum and/or aluminum oxide particles.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Schleifen ein Mahlprozess (engl. milling process). Es hat sich gezeigt, dass Mahlprozesse technisch einfach durchführbar sind und den Erhalt von Strukturmotiven der zwei- oder dreidimensional ausgebildeten Nanostrukturen in den Nanopartikeln oder Mikropartikeln ermöglichen.According to another aspect, the grinding is a milling process. It has been shown that grinding processes can be carried out in a technically simple manner and enable the preservation of structural motifs of the two- or three-dimensional nanostructures in the nanoparticles or microparticles.

Weiterhin kann es für bestimmte Anwendungen der Partikel bevorzugt sein, wenn strukturelle Motive der Strukturen auf der Folie bei der Bildung der Partikel in den Partikeln erhalten bleiben. Dies ist insbesondere beim Schleifen als Mittel zur Partikelbildung bevorzugt.Furthermore, for certain applications of the particles, it can be preferred if structural motifs of the structures on the film are retained in the particles during the formation of the particles. This is particularly preferred in grinding as a means of particle formation.

Die Erhaltung von Strukturmotiven erlaubt es, durch das Ätzen und/oder Anodisieren eine Struktur auf der Folienoberfläche in zwei oder drei Dimensionen zu bestimmen, von der zumindest ein Teil der Strukturmotive auf die Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel übertragen werden kann.The preservation of structural motifs makes it possible to determine a structure on the film surface in two or three dimensions by etching and/or anodizing, from which at least part of the structural motif can be transferred to the aluminum and/or aluminum oxide particles.

Gemäß einem weiteren Aspekt werden die durch das obige Verfahren gebildeten hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel einem thermischen Plasmaprozess unterzogen, um kugelförmige Aluminium- oder Aluminiumoxid-Nanopartikel zu bilden. Mit anderen Worten, nach der Bildung der hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikel aus der Folie können diese als Rohmaterial für einen thermischen Plasmaprozess verwendet werden, durch den kugelförmige Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikel gebildet werden.According to a further aspect, the high purity aluminum and/or aluminum oxide particles formed by the above method are subjected to a thermal plasma process to form spherical aluminum or aluminum oxide nanoparticles. In other words, after the formation of the high-purity aluminum and/or aluminum oxide particles from the foil, they can be used as a raw material for a thermal plasma process that forms spherical aluminum or aluminum oxide particles.

Da die für den Ätzprozess verwendeten Folien einen hohen Reinheitsgrad aufweisen, haben auch die daraus gebildeten Partikel einen hohen Reinheitsgrad. Da thermische Plasmaprozesse hohe Reinheitsanforderungen an das in den Prozess eingebrachte Rohmaterial stellen, fanden die Erfinder heraus, dass die durch die obigen Prozesse gebildeten Partikel vorteilhaft als Rohmaterial für den thermischen Plasmaprozess verwendet werden können, wodurch kugelförmige Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikel gebildet werden.Since the foils used for the etching process have a high degree of purity, the particles formed from them also have a high degree of purity. Since thermal plasma processes place high purity requirements on the raw material introduced into the process, the inventors found that the particles formed by the above processes can be advantageously used as raw material for the thermal plasma process, thereby forming spherical aluminum or aluminum oxide particles.

Für den thermischen Plasmaprozess kann ein Plasmabrenner verwendet werden, in dem Gas zwischen einer Elektrode und einer Düse ionisiert wird, zwischen denen eine Spannung angelegt wird. Alternativ kann auch die induktiv gekoppelte Plasmatechnologie angewandt werden, bei der ein Hochfrequenz-Wechselstrom auf eine Spiralspule einwirkt, die Wärme erzeugt, die zur Plasmabildung führt.A plasma torch can be used for the thermal plasma process, in which gas is ionized between an electrode and a nozzle between which a voltage is applied. Alternatively, inductively coupled plasma technology can also be used, in which a high-frequency alternating current is applied to a spiral coil, which generates heat that leads to plasma formation.

Gemäß einem weiteren Aspekt werden die Mikropartikel und/oder Nanopartikel beschrieben, die durch eines der Verfahren gebildet werden können.According to a further aspect, the microparticles and/or nanoparticles that can be formed by one of the methods are described.

Unter Mikropartikeln können Partikel verstanden werden, die eine Größe im Mikrometerbereich haben. Analog dazu können unter Nanopartikeln Partikel verstanden werden, die eine Größe im Nanometerbereich haben.Microparticles can be understood as meaning particles which have a size in the micrometer range. Analogously, nanoparticles can be understood to mean particles that have a size in the nanometer range.

Partikelgrößen, die direkt aus der geätzten und/oder anodisierten Folie, z. B. durch Schleifen, gewonnen werden können, haben vorzugsweise eine durchschnittliche Größe im Mikrometerbereich. Die Partikelgrößen können z.B. zwischen 3 µm und 300 µm liegen. Ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser kann zum Beispiel 100 µm betragen.Particle sizes obtained directly from the etched and/or anodized foil, e.g. B. by grinding, preferably have an average size in the micrometer range. The particle sizes can be between 3 µm and 300 µm, for example. An average particle diameter can be 100 μm, for example.

Die direkt aus der geätzten und/oder anodisierten Folie gebildeten Partikel können eine Mischung aus Mikro- und Nanopartikeln sein.The particles formed directly from the etched and/or anodized foil can be a mixture of micro and nanoparticles.

Bei den Partikeln, die durch den thermischen Plasmaprozess erzeugt werden, handelt es sich meist um kugelförmige Nanopartikel. Dementsprechend kann der Größenbereich unter 1 µm liegen. Es ist jedoch möglich, dass zumindest ein Teil der Partikel auch größer ist, z. B. Partikel mit Größen unter 10 µm.The particles generated by the thermal plasma process are mostly spherical nanoparticles. Accordingly, the size range can be below 1 µm. However, it is possible that at least part of the particles are also larger, e.g. B. particles with sizes below 10 microns.

Besonders bevorzugt werden mit dem thermischen Plasmaverfahren Partikelgrößen zwischen 0,1 und 1 µm erreicht. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des thermischen Plasmaprozesses kann 200 nm betragen.Particle sizes between 0.1 and 1 μm are particularly preferably achieved with the thermal plasma process. The average particle diameter of the thermal plasma process can be 200 nm.

Es wird darauf hingewiesen, dass die direkt aus der Folie gebildeten Partikel als Rohmaterial für die Bildung der Nanopartikel des thermischen Plasmaprozesses dienen können.It is pointed out that the particles formed directly from the foil can serve as raw material for the formation of the nanoparticles of the thermal plasma process.

Der thermische Plasmaprozess ermöglicht auch den Zugang zu wesentlich kleineren Partikeln. So können beispielsweise Partikelgrößen unter 50 nm erreicht werden, etwa im Bereich zwischen 20 und 30 nm.The thermal plasma process also allows access to much smaller particles. For example, particle sizes below 50 nm can be achieved, for example in the range between 20 and 30 nm.

Gemäß einem weiteren Aspekt können die Mikro- und/oder Nanopartikel eine stäbchenförmige, röhrenförmige oder kugelförmige Form aufweisen.According to a further aspect, the micro- and/or nanoparticles can have a rod-shaped, tubular or spherical shape.

Insbesondere bei Partikeln, die durch Schleifen aus der Folie gebildet werden, kann eine stäbchen- oder röhrenförmige Form dadurch erreicht werden, dass vor dem Mahlen röhren- oder stäbchenförmige Strukturen auf der Folie vorhanden waren. Diese Strukturmerkmale bleiben in den Partikeln erhalten. Eine kugelartige Form kann durch Mahlen oder besonders bevorzugt durch den thermischen Plasmaprozess erreicht werden.Particularly in the case of particles which are formed from the foil by grinding, a rod-shaped or tubular shape can be achieved in that tubular or rod-shaped structures were present on the foil before grinding. These structural features are retained in the particles. A spherical shape can be achieved by grinding or particularly preferably by the thermal plasma process.

Gemäß einem Aspekt können die Mikropartikel und/oder Nanopartikel Poren aufweisen. Diese können von der geätzten und/oder anodisierten Folie erhaltene Strukturen stammen. Die Poren können um eine Größenordnung kleiner sein als die durchschnittliche Größe des Partikels. Die kleineren Poren in den größeren Partikeln bilden eine hierarchische Struktur. Die Partikelgröße kann in diesem Fall z. B. im Durchschnitt 200 µm betragen. Die Poren können die Größenordnung der Poren haben, die durch Anodisierung und/oder Ätzen entstehen. Die Größe der Poren kann hier unter 10 µm liegen. Vorzugsweise sind die Größen kleiner als 2 µm. Die Größen können im Bereich von 0,5 bis 0,7 µm liegen.According to one aspect, the microparticles and/or nanoparticles can have pores. These can originate from structures obtained from the etched and/or anodized foil. The pores can be an order of magnitude smaller than the average size of the particle. The smaller pores in the larger particles form a hierarchical structure. In this case, the particle size can be B. be on average 200 microns. The pores can be of the same size as the pores created by anodization and/or etching. The size of the pores can be below 10 µm here. Preferably the sizes are less than 2 µm. Sizes can range from 0.5 to 0.7 µm.

Durch die hierarchische Struktur kann ein Material mit großer Oberfläche gebildet werden, das für verschiedene Anwendungen, bei denen Materialien mit großer Oberfläche benötigt werden, wie z. B. Trägermaterial in der Katalyse oder Katalysatormaterial, vielseitig eingesetzt werden kann.The hierarchical structure allows a high surface area material to be formed, which is useful for various applications where high surface area materials are required, such as: B. support material in catalysis or catalyst material, can be used in many ways.

Gemäß einem weiteren Aspekt enthalten die Mikro- und/oder Nanopartikel Aluminiumoxid, also Alumina, oder metallisches Aluminium oder Mischungen dieser Stoffe.According to a further aspect, the microparticles and/or nanoparticles contain aluminum oxide, ie alumina, or metallic aluminum or mixtures of these substances.

Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikel sind sehr vielseitige Materialien mit großer technischer Bedeutung in verschiedenen Bereichen wie Keramik oder Katalyse.Aluminum or aluminum oxide particles are very versatile materials with great technical importance in various fields such as ceramics or catalysis.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem eine aluminiumhaltige Elektrolytlösung, die durch den Ätz- und/oder Anodisierungsprozess entstanden ist, zurückgewonnen wird. Dieses Prinzip kann für jedes Ätzen von Aluminiumfolien unabhängig vom oben beschriebenen Partikelbildungsprozess erweitert werden. Es kann jedoch vorteilhaft für das Verfahren angewendet werden.According to a further aspect, a method is provided in which an aluminum-containing electrolytic solution that has been produced by the etching and/or anodizing process is recovered. This principle can be extended for any etching of aluminum foils independent of the particle formation process described above. However, it can be advantageously applied to the process.

Wie bereits erwähnt, sind die geätzten Aluminiumfolien von hoher Reinheit und daher im Allgemeinen eine wertvolle Ressource. Beim Ätzen werden bis zu 30 Gew.-% der geätzten Folie im Elektrolyten gelöst. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch den Ätz- und/oder Anodisierungsprozess hochreine aluminiumionenhaltige Verbindungen im Elektrolyten gebildet werden. Dementsprechend haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung den Elektrolyten, der diese Verbindungen enthält, als eine sehr wertvolle Ressource für hochreines Aluminium identifiziert. Gemäß diesem Aspekt wird der Elektrolyt aus dem Ätz- oder Anodisierungsprozess als Ressource oder Rohmaterial für die weitere Verarbeitung verwendet.As already mentioned, the etched aluminum foils are of high purity and therefore generally a valuable resource. During etching, up to 30% by weight of the etched foil is dissolved in the electrolyte. The inventors have found that highly pure compounds containing aluminum ions are formed in the electrolyte by the etching and/or anodizing process. Accordingly, the inventors of the present invention have identified the electrolyte containing these compounds as a very valuable resource of high-purity aluminum. According to this aspect, the electrolyte from the etching or anodizing process is used as a resource or raw material for further processing.

Nach dem Stand der Technik wurde die Rückgewinnung der Lösung nicht durchgeführt oder es wurden nur sehr unreine Materialien zurückgewonnen, d.h. die hohe Reinheit der Aluminiumverbindungen im Elektrolyten wurde nicht aufrechterhalten.In the prior art, solution recovery was not performed or only very impure materials were recovered, i.e. the high purity of the aluminum compounds in the electrolyte was not maintained.

Gemäß einem Aspekt dieses Verfahrens umfasst das Verfahren die Bildung von hochreinen Aluminiumoxidpartikeln aus der zurückgewonnenen Lösung. Insbesondere können die gebildeten Partikel die Form von Nanopartikeln haben.According to one aspect of this method, the method includes forming high purity alumina particles from the recovered solution. In particular, the particles formed can have the form of nanoparticles.

Die Erfinder haben die Elektrolytlösung als eine sehr wertvolle Quelle für die Fällung, Abscheidung oder anderweitige Bildung von Partikeln identifiziert. Gemäß einem Aspekt kann die Rückgewinnung des aluminiumhaltigen Elektrolyten so durchgeführt werden, dass Aluminiumoxidpartikel durch Fällung, hydrothermale Synthese, Flammensprühpyrolyse oder thermische Plasmasynthese aus der zurückgewonnenen Lösung gebildet werden. Die Erfinder haben herausgefunden, dass durch diese Methoden hochreine Partikel mit hoher Effizienz gebildet werden können.The inventors have identified the electrolyte solution as a very valuable source for the precipitation, separation or other formation of particles. In one aspect, the recovery of the aluminum-containing electrolyte can be performed such that alumina particles are formed from the recovered solution by precipitation, hydrothermal synthesis, flame spray pyrolysis, or thermal plasma synthesis. The inventors have found that highly pure particles can be formed with high efficiency by these methods.

Darüber hinaus kann die Elektrolytlösung Aluminiumchlorohydrate als Aluminiumverbindung enthalten. Die Aluminiumchlorohydrate können durch die Formel ((Aln(OH)mCl)3n-m)x dargestellt werden, wobei n, m und x natürliche Zahlen sind.In addition, the electrolyte solution can contain aluminum chlorohydrate as an aluminum compound. The aluminum chlorohydrates can be represented by the formula ((Al n (OH) m Cl) 3n-m ) x where n, m and x are natural numbers.

Bei der elektrochemischen Ätzreaktion werden entsprechende Aluminiumchlorohydratkomplexe gebildet, und die Erfinder haben festgestellt, dass diese als Vorprodukt (engl. precurser) für die Partikelbildung verwendet werden können. Sie können z.B. in die oben erwähnten Partikelbildungstechniken eingebracht werden.Corresponding aluminum chlorohydrate complexes are formed in the electrochemical etching reaction, and the inventors have found that these can be used as a precursor for particle formation. For example, they can be incorporated into the particle formation techniques mentioned above.

Im Vergleich zu anderen Vorproduktsalzen, wie Aluminiumchloriden oder Aluminiumnitriden, die typischerweise bei der Bildung von Aluminiumnanopartikeln aus Lösung verwendet werden, enthalten die gebildeten oder in einem Ätz- und/oder Anodisierungsverfahren verwendeten Aluminiumchlorohydrate im Durchschnitt höhere Mengen an Aluminium mit einem hohen Anteil von Aluminiumionen zu Anionen. Die Aluminiummenge kann mehr als doppelt so hoch sein wie bei den herkömmlich eingesetzten Vorproduktmolekülen. Dementsprechend wurden solche Lösungen von den Erfindern als ideales Vorprodukt für die Herstellung von Aluminiumoxidpartikeln oder Aluminiumoxid-Nanopartikeln aus Lösung identifiziert. Ein Beispiel für die Aluminiumchlorohydrate ist Al2(OH)5Cl.Compared to other precursor salts, such as aluminum chlorides or aluminum nitrides, the typically used in the formation of aluminum nanoparticles from solution, the aluminum chlorohydrates formed or used in an etching and/or anodizing process contain, on average, higher amounts of aluminum with a high ratio of aluminum ions to anions. The amount of aluminum can be more than twice as high as in the conventionally used precursor molecules. Accordingly, such solutions were identified by the inventors as an ideal precursor for the production of alumina particles or alumina nanoparticles from solution. An example of the aluminum chlorohydrates is Al 2 (OH) 5 Cl.

Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Verwendung der oben genannten Partikel die Verwendung als Pigmente, Sprengstoffe oder Vorprodukte für Oberflächenbehandlungen oder die Verwendung als Substrat in Katalysatoranwendungen.According to a further aspect, the use of the above particles includes use as pigments, explosives or precursors for surface treatments or use as a substrate in catalyst applications.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Die Figuren enthalten sowohl Ausführungsbeispiele als auch verfahrensbezogene Informationen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Komponenten in den schematischen Zeichnungen nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. In diesen können die Bauteile in ihren Größen, Längen oder Längenverhältnissen verzerrt dargestellt sein. Dementsprechend dürfen die Größen oder Verhältnisse nicht den schematischen Zeichnungen entnommen werden.

  • 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt eines Elektrolytkondensators.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Aufbaus.
  • 3 zeigt eine elektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme einer Hochspannungskondensatorfolie nach dem ersten Ätzen.
  • 4 zeigt eine elektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme einer Hochspannungskondensatorfolie nach einem Aufweitungsprozess.
  • 5 zeigt das Stromwellenprofil eines Stromwellenpuls-Ätzprozesses.
  • 6 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer pulsgeätzten Tunnelstruktur.
  • 7 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer pulsgeätzten Blumenkohlstruktur.
  • 8 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme der resultierenden geätzten Struktur einer mit sinusförmigem Wechselstrom geätzten Aluminiumfolie.
  • 9 zeigt eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts eines einzelnen Tunnels einer Hochspannungsfolie während des Bildungsprozesses und nach der Einwirkung von Wasser.
  • 10 zeigt eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines Querschnitts eines einzelnen Tunnels einer Hochspannungskondensatorfolie nach vollständiger Umwandlung bei Hochspannung.
  • 11 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme von hochreinen Gamma-Aluminiumoxid-Partikeln, die aus bei Hochspannung geformten Folien gewonnen wurden.
  • 12 zeigt ein elektronenmikroskopisches Bild einer Röhre der in 11 gezeigten Gamma-Aluminiumoxid-Strukturen.
  • 13 zeigt die Partikelgrößenverteilung von Partikeln aus geätzten Folien.
  • 14 zeigt das Röntgenbeugungsmuster der aus geätzten Folien gebildeten Partikel.
  • 15 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Aluminiumpulvers, das aus einer geätzten Folie gebildet wurde.
  • 16 zeigt eine vergrößerte rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Aluminiumpartikels.
  • 17 zeigt ebenfalls eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines Oberflächendetails eines anderen Aluminiumpartikels.
  • 18 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Aluminiumoxid-Verbundbeschichtung, die durch ein Hochgeschwindigkeitssauerstoff-Brennverfahren hergestellt wurde.
  • 19 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Aluminiumoxid-Kompositbeschichtung, die durch Plasmasprühen in kontrollierter Atmosphäre hergestellt wurde.
  • 20 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Plasmabrenners, der für die Beschichtung eines Substrats eingerichtet ist.
  • 21 zeigt eine schematische Darstellung der Bildung von Nanopartikeln durch induktiv gekoppelte Plasmatechnologie mit beigeordneter Temperaturkurve.
  • 22 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von durch induktiv gekoppelte Plasmatechnologie gebildeten Nano-Aluminiumoxidpartikeln.
  • 23 zeigt ein Diagramm der Größenverteilung der durch induktiv gekoppelte Plasmatechnologie gebildeten Nanopartikel.
The invention is described in more detail below using exemplary embodiments and with reference to the figures. The figures contain both exemplary embodiments and process-related information. It is noted that components in the schematic drawings are not drawn to scale. In these, the components can be distorted in terms of their sizes, lengths or aspect ratios. Accordingly, the sizes or ratios should not be taken from the schematic drawings.
  • 1 shows a section of a cross section of an electrolytic capacitor.
  • 2 shows a schematic representation of an electrochemical structure.
  • 3 Figure 12 shows a cross-sectional electron micrograph of a high voltage capacitor foil after the first etch.
  • 4 shows an electron microscopic cross-sectional image of a high-voltage capacitor foil after a widening process.
  • 5 shows the current wave profile of a current wave pulse etch process.
  • 6 shows an electron micrograph of a pulse-etched tunnel structure.
  • 7 shows an electron micrograph of a pulse-etched cauliflower structure.
  • 8th Figure 12 shows an electron micrograph of the resulting etched structure of an aluminum foil etched with sinusoidal alternating current.
  • 9 Figure 12 shows a transmission electron micrograph of a cross section of a single tunnel of high voltage foil during the formation process and after exposure to water.
  • 10 Figure 12 shows a transmission electron micrograph of a cross section of a single tunnel of a high voltage capacitor foil after full conversion at high voltage.
  • 11 Figure 12 shows an electron micrograph of high purity gamma alumina particles recovered from high voltage formed foils.
  • 12 shows an electron micrograph of a tube in 11 gamma alumina structures shown.
  • 13 shows the particle size distribution of particles from etched foils.
  • 14 shows the X-ray diffraction pattern of the particles formed from etched foils.
  • 15 Figure 12 shows a scanning electron micrograph of an aluminum powder formed from an etched foil.
  • 16 shows an enlarged scanning electron micrograph of an aluminum particle.
  • 17 also shows a scanning electron micrograph of a surface detail of another aluminum particle.
  • 18 Figure 12 shows an electron micrograph of an alumina composite coating prepared by a high velocity oxygen firing process.
  • 19 Figure 12 shows an electron micrograph of an alumina composite coating produced by controlled atmosphere plasma spraying.
  • 20 shows a schematic cross-sectional view of a plasma torch that is set up for coating a substrate.
  • 21 shows a schematic representation of the formation of nanoparticles by inductively coupled plasma technology with associated temperature curve.
  • 22 Figure 12 shows a scanning electron micrograph of nano-alumina particles formed by inductively coupled plasma technology.
  • 23 shows a diagram of the size distribution of the nanoparticles formed by inductively coupled plasma technology.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen Elektrolytkondensator 7 mit einer Anode 9, einer Kathode 8 und einem dielektrischen Material mit ein Elektrolyt 10, der die Anode 9 und die Kathode 8 trennt. 1 shows a cross section through an electrolytic capacitor 7 with an anode 9, a cathode 8 and a dielectric material with an electrolyte 10 separating the anode 9 and the cathode 8.

Elektrolytkondensatoren sind passive Bauelemente, die z. B. in elektrischen Schaltungen zur Ladungsspeicherung verwendet werden. Der in 1 gezeigte Grundaufbau besteht aus zwei leitenden Elektroden, der Anode 9 und der Kathode 8, und einem dielektrischen Material mit Elektrolyt 10 dazwischen. Im vorliegenden Beispiel weisen die Elektroden Aluminium als Hauptbestandteil auf. Dementsprechend ist der vorliegende Kondensator 7 ein Aluminiumkondensator. Eine der Elektroden, im vorliegenden Fall die Anode 9, ist mit Aluminiumoxid beschichtet, das eine dielektrische Funktion hat. Beide Elektroden weisen eine hohe spezifische Oberfläche auf, um möglichst viel Ladung zu speichern, gemäß der Kondensatorgleichung: C = E × A/D. Dabei ist C die Kapazität; E ist die elektrische Konstante; A ist die Oberfläche des Kondensators; D ist die Dicke des dielektrischen Materials.Electrolytic capacitors are passive components that z. B. be used in electrical circuits for charge storage. the inside 1 The basic structure shown consists of two conductive electrodes, the anode 9 and the cathode 8, and a dielectric material with electrolyte 10 in between. In the present example, the electrodes have aluminum as the main component. Accordingly, the present capacitor 7 is an aluminum capacitor. One of the electrodes, in this case the anode 9, is coated with aluminum oxide, which has a dielectric function. Both electrodes have a high specific surface area in order to store as much charge as possible, according to the capacitor equation: C = E × A/D. where C is the capacitance; E is the electrical constant; A is the surface area of the capacitor; D is the thickness of the dielectric material.

Die Bildung von Folien mit großer Oberfläche wird im Folgenden adressiert.The formation of high surface area films is addressed below.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrochemischen Aufbaus 1. In dem elektrochemischen Aufbau 1 sind eine Anode 2 und eine Kathode 3 an eine Spannungsversorgung 6 angeschlossen. 2 1 shows a schematic representation of an electrochemical structure 1. In the electrochemical structure 1, an anode 2 and a cathode 3 are connected to a voltage supply 6. FIG.

Es ist zu beachten, dass die Anode 2 und die Kathode des elektrochemischen Aufbaus nicht notwendigerweise mit der Anode und der Kathode des Kondensators identisch sind und nicht vermischt werden dürfen.It should be noted that the anode 2 and the cathode of the electrochemical assembly are not necessarily the same as the anode and the cathode of the capacitor and must not be mixed.

Außerdem sind die Anode 2 und die Kathode 3 in einen Elektrolyten 4 eingetaucht. Die Anode 2 weist ein Aluminiummaterial auf oder besteht aus diesem. Vorzugsweise besteht die Anode 2 aus reinem Aluminium mit bestimmten Zusätzen und einigen wenigen Verunreinigungen. Zum Beispiel können Zusätze in einer Menge von 100 bis 150 mg Heteroatomen pro kg Aluminiummaterial vorhanden sein. Die Reinheit des für die Folie verwendeten Aluminiums kann im Bereich von 99,99 % oder darüber liegen. Je nach dem angewandten Ätzverfahren ist die Aluminiumfolie vorzugsweise hochkristallin, und es kann eine hohe kubische Texturorientierung erwünscht sein. Eine Folie mit hoher kubischer Texturorientierung kann beispielsweise eine Ausrichtung der (100)-Ebenen der Aluminiumkristall-Einheitszellen mit der Oberfläche der Folie von 98 % oder mehr aufweisen, d. h. die [100]-Richtung aller Einheitszellen hat eine durchschnittliche Ausrichtung von 98 % oder mehr mit der Oberflächennormalen der Folie.In addition, the anode 2 and the cathode 3 are immersed in an electrolyte 4 . The anode 2 includes or consists of an aluminum material. The anode 2 is preferably made of pure aluminum with certain additives and a few impurities. For example, additives can be present in an amount of 100 to 150 mg of heteroatoms per kg of aluminum material. The purity of the aluminum used for the foil can range from 99.99% or more. Depending on the etching process used, the aluminum foil is preferably highly crystalline and a high cubic texture orientation may be desirable. For example, a foil with high cubic texture orientation may have an alignment of the (100) planes of the aluminum crystal unit cells with the surface of the foil of 98% or more, i. H. the [100] direction of all unit cells has an average alignment of 98% or more with the surface normal of the film.

In dem elektrochemischen Aufbau 1 werden über eine Spannungs- und Stromquelle 6 zwischen der Anode 2 und der Kathode 3 eine Spannung und ein Strom angelegt. Optional kann auch eine weitere Elektrode, die im Beispiel von 2 nicht dargestellt ist, in einem elektrochemischen Aufbau verwendet werden, so dass ein typischer elektrochemischer Drei-Elektroden-Aufbau entsteht, bei dem die Spannung der Anode 2 gegenüber einer Referenzelektrode definiert ist und die Kathode 3 die Rolle einer Gegenelektrode hat, die den Strom liefert.A voltage and a current are applied between the anode 2 and the cathode 3 in the electrochemical structure 1 via a voltage and current source 6 . Optionally, another electrode, which in the example of 2 not shown, can be used in an electrochemical setup, resulting in a typical three-electrode electrochemical setup, in which the voltage of the anode 2 is defined against a reference electrode and the cathode 3 has the role of a counter-electrode supplying the current.

Beim Anlegen einer positiven Spannung an die Anode 2 kann die Folie teilweise aufgelöst und geätzt und/oder anodisiert werden, wodurch eine Oberflächenvergrößerung erzielt werden kann. Dabei werden Aluminiumionen in den Elektrolyten 4 eingebracht. Die Aluminiumionen werden hier durch Al3+ dargestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass sich auch komplexe Ionen bilden können, z.B. unter Einbeziehung von Liganden, die aus dem Elektrolyten 4 stammen.When a positive voltage is applied to the anode 2, the foil can be partially dissolved and etched and/or anodized, as a result of which an increase in surface area can be achieved. Aluminum ions are introduced into the electrolyte 4 in the process. The aluminum ions are represented here by Al 3+ . However, it should be noted that complex ions can also form, for example involving ligands originating from the electrolyte 4 .

Die folgenden vereinfachten Reaktionen können an der Anode 2 bzw. an der Kathode 3 ablaufen: Anodische Reaktion: 2A1 → 2A13+ + 6e- Kathodische Reaktion: 6H+ + 6e- → 3H2 The following simplified reactions can take place at the anode 2 or at the cathode 3: Anodic reaction: 2A1 → 2A1 3+ + 6e - Cathodic reaction: 6H + + 6e - → 3H 2

Der Elektrolyt 4 kann jeder geeignete Elektrolyt sein, vorzugsweise ein wässriger Elektrolyt. In dem wässrigen Elektrolyten werden durch das Ätzen und/oder Anodisieren Aluminiumchlorohydrate gebildet. Die Aluminiumchlorohydrate können die Formel ((Aln(OH)mCl)3n-m)x haben. Insbesondere kann eines der gebildeten Aluminiumchlorohydrate Al2(OH)5Cl sein. Diese Stoffe können als Rohmaterial für die Partikelherstellung dienen.The electrolyte 4 can be any suitable electrolyte, preferably an aqueous electrolyte. Aluminum chlorohydrates are formed in the aqueous electrolyte by etching and/or anodizing. The aluminum chlorohydrates can have the formula ((Al n (OH) m Cl) 3n-m ) x . In particular, one of the aluminum chlorohydrates formed can be Al 2 (OH) 5 Cl. These substances can serve as raw material for particle production.

Bei dem in 2 dargestellten Verfahren handelt es sich um ein statisches Verfahren, bei dem die Elektroden (Anode 2 und Kathode 3) während des Ätzens vollständig in den Elektrolyten 4 eingetaucht sind. Nach Beendigung des Ätzvorgangs werden die Elektroden aus dem Elektrolyten 4 herausgenommen.At the in 2 The method shown is a static method in which the electrodes (anode 2 and cathode 3) are fully immersed in the electrolyte 4 during etching. After the etching process is completed, the electrodes are taken out of the electrolyte 4 .

Alternativ zu einem statischen Verfahren kann auch ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren angewendet werden. Beim Rolle-zu-Rolle-Verfahren wird eine bandförmige Folie durch den Elektrolyten gezogen, wobei ein Teil der Folie immer in Kontakt mit dem Elektrolyten ist und geätzt wird, solange diese in Kontakt mit dem Elektrolyten ist. Die Spannung wird entsprechend an die durch den Elektrolyten laufende Folie angelegt. Beim Rolle-zu-Rolle-Verfahren wird die Folie vorzugsweise auf einer ersten Rolle aufgehängt, von der ersten Rolle abgewickelt und auf einer zweiten Rolle wieder aufgewickelt. Der abgewickelte Teil (Fraktion) zwischen den Walzen durchläuft den Elektrolyten, wobei ein Teil des abgewickelten Teils (Fraktion) mit dem Elektrolyten in Kontakt ist, während dieser ihn durchläuft.As an alternative to a static method, a roll-to-roll method can also be used. In the roll-to-roll process, a ribbon-shaped foil is pulled through the electrolyte, with part of the foil always being in contact with the electrolyte and being etched as long as it is in contact with the electrolyte. The voltage is accordingly applied to the foil running through the electrolyte. In the roll-to-roll process, the film is preferably wound onto a first roll hangs, unwound from the first roll and rewound on a second roll. The unwound portion (fraction) between the rollers passes through the electrolyte, with part of the unwound portion (fraction) being in contact with the electrolyte as it passes through it.

Durch das oben beschriebene Verfahren wird eine geätzte Folie auf der Anodenseite gebildet. Die gebildete Folie kann als geätzte und/oder anodisierte Folie bezeichnet werden. Die geätzte und/oder anodisierte Folie ist vorzugsweise oberflächenvergrößert, d.h. sie hat eine größere effektive Oberfläche als vor dem Ätzen. Die Oberfläche kann zum Beispiel mikro- und/oder nanostrukturiert sein. Das bedeutet, dass die Folie Strukturen im Mikrometerbereich oder im Nanometerbereich oder beides aufweisen kann. Die Strukturen können zum Beispiel Röhren sein.An etched foil is formed on the anode side by the method described above. The foil formed can be referred to as etched and/or anodized foil. The etched and/or anodized foil is preferably surface-enhanced, i.e. it has a larger effective surface area than before etching. The surface can be micro- and/or nano-structured, for example. This means that the foil can have structures in the micrometer range or in the nanometer range or both. The structures can be tubes, for example.

Im Folgenden wird auf mögliche Strukturen auf Aluminiumfolien näher eingegangen. Die 3 und 4 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen von Folien nach einem Zwischenschritt bzw. einem Endschritt eines Ätzprozesses.Possible structures on aluminum foils are discussed in more detail below. The 3 and 4 show electron micrographs of foils after an intermediate step and a final step of an etching process.

Die in der Aluminiumfolie erzeugte Morphologie ist im Allgemeinen das Ergebnis mehrerer Prozessparameter und Folieneigenschaften. Abhängig von den Prozessparametern können unterschiedliche Ätzstrukturen im Nanometer- oder Mikrometerbereich erzeugt werden. Von besonderem Interesse können dabei die Kristallstruktur der Aluminiumfolie, die Zusammensetzung der Ätzlösung oder die Spannungs- und Stromform der anodischen Polarisation sein.The morphology created in aluminum foil is generally the result of several process parameters and foil properties. Depending on the process parameters, different etching structures can be created in the nanometer or micrometer range. The crystal structure of the aluminum foil, the composition of the etching solution or the voltage and current form of the anodic polarization can be of particular interest.

Für die Verwendung in einem Kondensator, wie in 1 dargestellt, kann beispielsweise das Aufwachsen einer Oxidschicht erforderlich sein. Das Oxid verleiht der Schicht eine dielektrische Funktion. Die zur Erzeugung des Oxids verwendete Spannung nimmt mit der Dicke des Oxids zu. So ist beispielsweise ein Spannungsanstieg von 1 V pro Nanometer Oxidwachstum zu beobachten. Für die Struktur auf der Oberfläche und die Abmessungen der Struktur auf der Oberfläche ist außerdem zu beachten, dass die Oberflächenstrukturen in einer Größe erzeugt werden, in der es noch möglich ist, ein ausreichend dickes Oxid zu bilden, um eine ausreichende dielektrische Funktion zu gewährleisten, ohne dass die Poren durch das Oxid blockiert werden.For use in a capacitor, as in 1 shown, it may be necessary to grow an oxide layer, for example. The oxide gives the layer a dielectric function. The voltage used to create the oxide increases with the thickness of the oxide. For example, a voltage increase of 1 V per nanometer of oxide growth can be observed. For the structure on the surface and the dimensions of the structure on the surface, it is also important to ensure that the surface structures are created in a size in which it is still possible to form a sufficiently thick oxide to ensure an adequate dielectric function, without the pores being blocked by the oxide.

3 zeigt eine elektronenmikroskopische Querschnittsaufnahme einer anodischen Hochspannungsfolie nach der Erzeugung der Ätzstruktur in einer ersten Ätzung. In der elektronenmikroskopischen Querschnittsaufnahme in 4 ist dieselbe Folie nach einem Aufweitungsschritt dargestellt. Im ersten Schritt, dem Ätzschritt, werden Tunnel mit einem Porendurchmesser von 0,5 bis 0,7 µm mit einer Tunneldichte von etwa 20 Millionen pro cm2 und einer stochastischen Tunnelverteilung erzeugt. In der Aufweitungsstufe wird ein Tunneldurchmesser in der Größenordnung von 1 bis 2 µm erreicht. 3 shows an electron microscopic cross-sectional image of an anodic high-voltage foil after the production of the etched structure in a first etch. In the electron microscopic cross-sectional image in 4 shows the same film after an expansion step. In the first step, the etching step, tunnels are produced with a pore diameter of 0.5 to 0.7 μm with a tunnel density of around 20 million per cm 2 and a stochastic tunnel distribution. In the widening stage, a tunnel diameter of around 1 to 2 µm is achieved.

Es ist erwünscht, dass während aller Ätzvorgänge ein Kern der Folie in der Mitte der Folie ungeätzt bleibt. Da das Ätzen typischerweise auf beiden Seiten erfolgt, ist die Tiefe der gebildeten Tunnel beispielsweise geringer als die Hälfte der verwendeten Folie. Die Foliendicke kann in der Größenordnung von 10 bis 150 µm liegen. Die Dicke kann zum Beispiel 120 µm betragen. Die Tiefe der in die Folie geätzten Tunnel kann bei einer Foliendicke von über 90 µm 30 bis 40 µm betragen.It is desirable that a core of the foil in the middle of the foil remains unetched during all etching processes. For example, since etching is typically done on both sides, the depth of the tunnels formed is less than half the foil used. The foil thickness can be in the order of 10 to 150 μm. The thickness can be 120 µm, for example. The depth of the tunnels etched into the foil can be 30 to 40 µm with a foil thickness of more than 90 µm.

Außerdem wurde für das Beispiel der 3 und 4 eine Folie mit einer hohen kubischen Texturorientierung von 98 % verwendet. Eine solche Folie kann durch bestimmte Erstarrungs, Walz- und Glühverfahren hergestellt werden.In addition, for the example 3 and 4 used a film with a high cubic texture orientation of 98%. Such a foil can be produced by certain solidification, rolling and annealing processes.

Auf das Ätzen folgt eine Oberflächenreinigung, bei der die Reste der Ätzreagenzien und des Elektrolyten von der Folie entfernt werden. Der letzte Schritt des Ätzens ist eine Wärmebehandlung, die der Trocknung und Passivierung der Oberfläche der geätzten Folie dient.Etching is followed by surface cleaning, which removes the residues of the etching reagents and the electrolyte from the foil. The final etching step is a heat treatment that serves to dry and passivate the surface of the etched foil.

In 5 ist die Stromkurve eines Pulsätzverfahrens dargestellt. Das Pulsätzverfahren eignet sich zur Erzeugung einer Morphologie im Nanometerbereich.In 5 shows the current curve of a pulse etching process. The pulse etching process is suitable for generating a morphology in the nanometer range.

Beim Pulsätzverfahren wird ein gepulster Strom eingesetzt. Grundlegende Parameter, die das Ergebnis bestimmen, sind die Pulsfrequenz, der Betriebszyklus und die anodischen und kathodischen Stromdichten. Durch Variation dieser und anderer Parameter zusammen mit der Morphologie des Rohmaterials können verschiedene Strukturen wie mikrometergroße Tunnelstrukturen oder blumenkohlähnliche Strukturen im Nanometerbereich gebildet werden. 6 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme von mikrometergroßen Tunneln, die durch bestimmte Impulsätzverfahren gebildet wurden. 7 zeigt eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Blumenkohlstruktur mit Blumenkohlstrukturen im Nanometerbereich.A pulsed current is used in the pulse etching process. The basic parameters that determine the result are the pulse frequency, the duty cycle and the anodic and cathodic current densities. By varying these and other parameters along with the morphology of the raw material, various structures such as micrometer-sized tunnel structures or cauliflower-like structures on the nanometer scale can be formed. 6 Figure 1 shows an electron micrograph of micron-sized tunnels formed by certain pulse etching processes. 7 12 shows an electron micrograph of a cauliflower structure with cauliflower structures in the nanometer range.

Insbesondere bei diesem Verfahren kann die Kristallmorphologie der Rohfolie eine wichtige Rolle spielen. Die Dimensionen der gebildeten Strukturen werden durch zwei Faktoren beeinflusst. Dies ist zum einen die anodische Pulslänge und zum anderen die Kristallite der Folie. Werden zum Beispiel kaltverformte Folien für das Ätzen verwendet, können dreidimensionale Netzwerke aus kleinen Ätzeinheiten entstehen. Wird eine solche Folie stattdessen moderat geglüht und mit einem sinusförmigen Wechselstrom geätzt, erhält man Strukturen, die genau die Geometrie der kubisch kristallisierten Einheiten aufweisen. Dementsprechend können würfelartige Nanostrukturen gebildet werden, wie sie in der elektronenmikroskopischen Aufnahme von 8 zu sehen sind.In this process in particular, the crystal morphology of the raw film can play an important role. The dimensions of the structures formed are influenced by two factors. On the one hand, this is the anodic pulse length and, on the other hand, the crystallites of the foil. For example, if cold-formed foils are used for etching, three-dimensional networks of small etching units can be created develop. If such a foil is instead moderately annealed and etched with a sinusoidal alternating current, structures are obtained which have exactly the geometry of the cubic crystallized units. Accordingly, cube-like nanostructures can be formed, as shown in the electron micrograph of 8th you can see.

Darüber hinaus können die Oberflächen der oberflächenvergrößerten, d.h. geätzten und/oder anodisierten Folien chemisch funktionalisiert werden. Mögliche Funktionalisierungen sind Phosphat- oder Silikatfunktionalisierungen. Diese Schichten können durch Eintauchen in eine Lösung mit den entsprechenden Chemikalien oder durch Hochtemperaturreaktionen mit Wasser gebildet werden, um eine böhmitartige Beschichtung zu erzeugen.In addition, the surfaces of the surface-enlarged, i.e. etched and/or anodized foils can be chemically functionalized. Possible functionalizations are phosphate or silicate functionalizations. These layers can be formed by immersion in a solution containing the appropriate chemicals or by high temperature reactions with water to create a boehmite-like coating.

In 9 ist im Querschnitt eine transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines einzelnen Tunnels zu sehen, der durch Hochspannungsätzen einer Folie als Zwischenschritt eines Elektrodenfolien-Anodisierungsprozesses erzeugt wurde. Die geätzte Folie wurde mit kochendem Wasser in Reaktion gebracht, um eine Böhmitschicht 12 auf der Oberfläche zu bilden. Die Böhmitschicht 12 bildet im Inneren des Tunnels eine faserige Struktur. In der Mitte des Tunnels 11 und der Böhmitschicht 12 befindet sich ein Loch 13. Die Böhmitschicht 12 ist zwischen dem Loch 13 und der Tunnelwand 11 aus Aluminiumoxid zu sehen. Die Röhrenwand hat eine Dicke von 0,9 µm.In 9 Figure 1 shows a cross-sectional transmission electron micrograph of a single tunnel produced by high voltage foil etching as an intermediate step in an electrode foil anodizing process. The etched foil was reacted with boiling water to form a boehmite layer 12 on the surface. The boehmite layer 12 forms a fibrous structure inside the tunnel. In the center of the tunnel 11 and the boehmite layer 12 is a hole 13. The boehmite layer 12 can be seen between the hole 13 and the tunnel wall 11 of alumina. The tube wall has a thickness of 0.9 µm.

In 10 ist die selbe Röhre in einer transmissionselektronenmikroskopischen Aufnahme nach Umwandlung des Böhmits 12 aus 9 in Gamma-Aluminiumoxid dargestellt. Demnach besteht das geformte Röhre aus einer Röhrenwand 11 mit dem Gamma-Aluminiumoxid und einem Loch 13 in der Mitte. Die Bildung des Gamma-Aluminiumoxids erfolgt bei einer Bildungsspannung von etwa 560 V. Im vorliegenden Fall beträgt die erreichte Aluminiumoxid-Schichtdicke 0,56 µm. Dies entspricht in etwa der Summe aus der vorherigen Röhrenwand 11 und der Böhmitschicht 12.In 10 is the same tube in a transmission electron micrograph after transformation of the boehmite 12 from 9 shown in gamma alumina. Thus the formed tube consists of a tube wall 11 with the gamma alumina and a hole 13 in the middle. The gamma aluminum oxide is formed at a formation voltage of about 560 V. In the present case, the aluminum oxide layer thickness achieved is 0.56 μm. This roughly corresponds to the sum of the previous tube wall 11 and the boehmite layer 12.

11 und 12 zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen von hochreinen Gamma-Aluminiumoxidpartikeln, die aus hochspannungsgebildeten Folien, d. h. aus geätzten und/oder anodisierten Folien, gewonnen wurden. Es ist insbesondere ein Röhre 14 zu erkennen. 11 and 12 show electron micrographs of high purity gamma alumina particles obtained from high voltage formed foils, ie, etched and/or anodized foils. A tube 14 can be seen in particular.

Durch eine Nachbehandlung der geätzten und/oder anodisierten Folien nach dem Ätzvorgang ist es möglich, die metallische Aluminiummatrix von den gebildeten Strukturen zu trennen. Die Nachbehandlung kann jedes Verfahren umfassen, das es erlaubt, Oberflächenstrukturen aus Aluminiumoxid von Aluminium abzutrennen. Vorzugsweise wird das Aluminiumoxid vollständig von allen Aluminiumresten getrennt. Die Nachbehandlung kann chemische Mittel oder das Schleifen durch Scher- oder Schlagkräfte oder eine Kombination aus beidem umfassen.Post-treatment of the etched and/or anodized foils after the etching process makes it possible to separate the metallic aluminum matrix from the structures formed. Post-treatment may include any process that allows surface structures of alumina to be separated from aluminum. Preferably, the alumina is completely separated from any residual aluminum. Post-treatment may involve chemical means or shearing or impact grinding, or a combination of both.

Die in den 11 und 12 gezeigten Nanopartikel enthalten hochreines Aluminiumoxid verschiedener kristallographischer Phasen, d. h. Gamma-Aluminiumoxid, amorphem Aluminiumoxid oder anderen oder bestehen aus diesem.The in the 11 and 12 Nanoparticles shown contain or consist of high purity alumina of different crystallographic phases, ie gamma alumina, amorphous alumina or others.

Die geometrische Form solcher Strukturen kann durch das Ätzverfahren variiert werden. Durch geeignete Nachbehandlung bleiben die Motive der durch Ätzen und/oder Anodisieren gebildeten röhrenförmigen Strukturen in den Aluminiumoxid-Nanostrukturen erhalten.The geometric shape of such structures can be varied by the etching process. With suitable post-treatment, the motifs of the tubular structures formed by etching and/or anodizing are preserved in the alumina nanostructures.

In den 13 bis 17 sind Beispiele und Daten für Partikel dargestellt, die durch Mahlen von geätzten und/oder anodisierten Folien gebildet wurden.In the 13 until 17 examples and data are presented for particles formed by milling etched and/or anodized foils.

13 zeigt die Partikelgrößenverteilung von Partikeln, die aus geätzten und/oder anodisierten Folien durch Mahlen unter Einwirkung von Scher- und Stoßkräften auf die Folie gebildet wurden. In 13 sind zwei Diagramme dargestellt. Die verteilungsförmige Kurve mit einem Maximum bei über 100 µm ist mit der rechten Achse „%channel“ verknüpft. Die andere Kurve mit einer integralartigen Form ist der linken Achse „%passing“ zugeordnet. 13 Figure 12 shows the particle size distribution of particles formed from etched and/or anodized foils by milling with shear and impact forces applied to the foil. In 13 two diagrams are shown. The distributional curve with a maximum above 100 µm is associated with the right axis "%channel". The other curve, with an integral-like shape, is mapped to the left axis %passing.

Wie aus den Kurven ersichtlich ist, beträgt die durchschnittliche Partikelgröße etwa 100 µm. Die Verteilung zeigt eine Partikelgrößenverteilung zwischen 3 und 300 µm. Das Maximum der Partikelgrößenverteilung findet sich bei über 100 µm.As can be seen from the curves, the average particle size is about 100 µm. The distribution shows a particle size distribution between 3 and 300 µm. The maximum of the particle size distribution is found at over 100 µm.

In 14 ist ein Röntgenbeugungsbild zu sehen. Es unterscheidet zwischen den Peaks der Aluminiumkomponente (oberes Spektrum) und der aus der Folie gebildeten Aluminiumoxidkomponente (unteres Spektrum). Wie in 14 zu sehen ist, können scharfe Röntgenbeugungspeaks beobachtet werden, die auf eine hohe Kristallinität der Materialien hinweisen.In 14 an X-ray diffraction pattern can be seen. It distinguishes between the peaks of the aluminum component (top spectrum) and the aluminum oxide component formed from the foil (bottom spectrum). As in 14 can be seen, sharp X-ray diffraction peaks can be observed, indicating high crystallinity of the materials.

Es ist zu beachten, dass die Folie sowohl Aluminiumoxid als auch Aluminium enthält. Das Aluminiumoxid kann sich an der Oberfläche der Folie befinden. Das Aluminium kann sich in der Mitte der Folie befinden. Dementsprechend kann ein gemischtes Partikelmaterial aus der Folie gebildet werden. Dieses Mischmaterial kann in weiteren Schritten in reines Aluminiumoxid oder gegebenenfalls in reines Aluminium umgewandelt werden.It should be noted that the foil contains both aluminum oxide and aluminum. The aluminum oxide can be on the surface of the foil. The aluminum can be in the center of the foil. Accordingly, a mixed particulate material can be formed from the film. In further steps, this mixed material can be converted into pure aluminum oxide or, if necessary, into pure aluminum.

In den 15, 16 und 17 sind elektronenmikroskopische Aufnahmen von Partikeln zu sehen, die durch Mahlen unter Anwendung von Scher- und Stoßkräften gebildet wurden. Die in 15 gezeigten Partikel sind mit den Partikeln der Verteilung aus 14 verknüpft. Die 16 und 17 zeigen Detailaufnahmen von einzelnen Partikeln aus der Verteilung.In the 15 , 16 and 17 shows electron micrographs of particles formed by milling using shear and impact forces. In the 15 Particles shown are consistent with the particles of the distribution 14 connected. The 16 and 17 show detailed images of individual particles from the distribution.

Wie in den 16 und 17 zu sehen ist, sind die Oberflächen der Partikel porös. Diese Porosität resultiert aus der Porosität der geätzten und anschließend gemahlenen Folie, wodurch die Oberflächenstrukturmotive der Folie zumindest teilweise in den Partikeln erhalten geblieben sind.As in the 16 and 17 can be seen, the surfaces of the particles are porous. This porosity results from the porosity of the etched and then ground foil, as a result of which the surface structure motifs of the foil are at least partially preserved in the particles.

In 18 ist eine sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme einer Aluminium-Aluminiumoxid-Oberflächenbeschichtung unter Verwendung des Aluminium-Aluminiumoxid-Pulvers aus den 15 bis 17 zu sehen. Hier wurde das Partikelpulver durch Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoff-Verfahren (engl. high velocity oxygen fuel processing; HVOF) auf eine Oberfläche aufgebracht. Dies bedeutet, dass das gemahlene Material als ideales Rohmaterial für die Herstellung von Oberflächenbeschichtungen dienen kann.In 18 Figure 12 is a secondary electron micrograph of an aluminum-alumina surface coating using the aluminum-alumina powder of US Pat 15 until 17 to see. Here, the particle powder was applied to a surface using high velocity oxygen fuel processing (HVOF). This means that the ground material can serve as an ideal raw material for the production of surface coatings.

In 18 sind kreisförmige Formen zu erkennen. Sie weisen darauf hin, dass die Strukturen der Partikel in der Beschichtung erhalten bleiben. Insbesondere die porösen oder röhrenförmigen Strukturen in den Partikeln bleiben zumindest teilweise in der Beschichtung erhalten. Die kreisförmigen Formen stammen von Aluminiumoxidröhren und weisen somit auf das Vorhandensein von Aluminiumoxidmaterial hin, das in der Beschichtung erkennbar ist.In 18 circular shapes can be seen. They indicate that the structures of the particles are preserved in the coating. In particular, the porous or tubular structures in the particles are at least partially retained in the coating. The circular shapes are derived from alumina tubing, thus indicating the presence of alumina material evident in the coating.

In 19 wurde ein Aluminium-Aluminiumoxid-Partikelverbund, der in ähnlicher oder identischer Weise wie die Partikel in den 15 bis 17 gebildet wurde, durch Plasmaaufsprühen unter kontrollierter Atmosphäre (engl. controlled atmosphere plasma spray; CAPS) auf eine Harzoberfläche aufgebracht. Mit dieser Technik wird eine homogenere und feinere Durchmischung von Aluminium und Aluminiumoxid aus den Partikeln erreicht, wobei keine Phasen oder Strukturen im Elektronenbild deutlich hervortreten.In 19 was an aluminum-alumina particle composite, which is similar or identical to the particles in the 15 until 17 was applied to a resin surface by controlled atmosphere plasma spray (CAPS). With this technique, a more homogeneous and finer mixing of aluminum and aluminum oxide from the particles is achieved, with no phases or structures clearly emerging in the electron image.

Außerdem kann je nach Abscheidetechnik eine reine Aluminiumoxid- oder eine reine Aluminiumbeschichtung erzielt werden. Auch verschiedene Mischbeschichtungen sind, wie gezeigt, möglich.In addition, depending on the deposition technique, a pure aluminum oxide or a pure aluminum coating can be achieved. Various mixed coatings are also possible, as shown.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass aus den Pulvern, die aus geätzten und/oder anodisierten Folien gewonnen werden, eine breite Palette von Aluminium- und/oder Aluminiumoxidmaterialien für die Oberflächenbeschichtung hergestellt werden kann.In summary, a wide range of aluminum and/or aluminum oxide surface coating materials can be produced from the powders obtained from etched and/or anodized foils.

In 20 ist eine schematische Darstellung eines Plasmabrenners 15 für Beschichtungsanwendungen zu sehen.In 20 A schematic representation of a plasma torch 15 for coating applications can be seen.

Der Plasmabrenner umfasst eine Düse 18, der über den Plasmagaskanal 16 ein Gas für die Plasmabildung zugeführt wird. Das Gas strömt an einer Elektrode 17 vorbei. Über eine Spannungsversorgung 20 wird zwischen der Düse 18 und der Elektrode 17 eine Spannung angelegt. Dadurch wird das Gas ionisiert und bildet ein Plasma.The plasma torch includes a nozzle 18 to which a gas for plasma formation is supplied via the plasma gas channel 16 . The gas flows past an electrode 17 . A voltage is applied between the nozzle 18 and the electrode 17 via a voltage supply 20 . As a result, the gas is ionized and forms a plasma.

Um das System zu kühlen, gehört zum Plasmabrenner 15 außerdem eine Kühlwasserversorgung 21. Das Kühlwasser zirkuliert um die Düse und wird über Öffnungen oberhalb und unterhalb des Plasmagaskanals 16 ein- und ausgeleitet.The plasma torch 15 also includes a cooling water supply 21 to cool the system.

Der Plasmabrenner 15 umfasst einen Isolator 19, der die Elektrode 17 von der Düse 18 isoliert.The plasma torch 15 includes an insulator 19 which insulates the electrode 17 from the nozzle 18 .

Die Form der Düse 18 und die Anordnung der Elektrode 17 in Bezug auf die Düse führen zusammen mit dem Eintrittsdruck des Gases dazu, dass ein Plasmastrom aus der Düse 18 strömt. Ein Pulver wird zusammen mit einem Trägergas über eine Vorproduktzuführung 22 an der Austrittsöffnung der Düse 18 vorbeigeführt. Das Plasma nimmt einen Teil des Pulvers und des Trägergases mit, und es können darin chemische Reaktionen stattfinden. Durch diese Vorgänge kann ein Sprühstrahl 23 erzeugt werden.The shape of the nozzle 18 and the arrangement of the electrode 17 in relation to the nozzle together with the inlet pressure of the gas result in a plasma stream flowing out of the nozzle 18 . A powder is guided past the outlet opening of the nozzle 18 together with a carrier gas via a preliminary product feed 22 . The plasma entrains part of the powder and carrier gas and chemical reactions can take place therein. A spray jet 23 can be generated by these processes.

In einer Anwendung wird der Sprühstrahl 23 auf ein Substrat 25 gerichtet und erzeugt einen Sprühbelag 24 auf dem Substrat 25.In one application, the spray jet 23 is directed onto a substrate 25 and produces a spray deposit 24 on the substrate 25.

Das Plasmasprüher kann in drei Modi betrieben werden. Es gibt das kontrollierte Atmosphärenplasmasprühen (CAPS), das Vakuumplasmasprühen (VPS) und das Atmosphärenplasmasprühen (APS) .The plasma sprayer can be operated in three modes. There is controlled atmosphere plasma spraying (CAPS), vacuum plasma spraying (VPS) and atmospheric plasma spraying (APS).

Die folgenden Gase können sowohl als Trägergas als auch als Plasmagas verwendet werden: Argon, Wasserstoff, Stickstoff und Helium. Es können auch Mischungen dieser Gase verwendet werden.The following gases can be used both as a carrier gas and as a plasma gas: argon, hydrogen, nitrogen and helium. Mixtures of these gases can also be used.

Alternativ zu dem in 20 gezeigten Plasmabrenner kann auch eine induktiv gekoppelte Plasmatechnologie verwendet werden. Bei dieser Technologie wird einer Spiralspule 31 eine Hochfrequenz mit Wechselstrom aufgeprägt. Der in der Mitte der Spiralspule 31 angeordnete Leiter wird durch das elektromagnetische Wechselfeld erwärmt. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass diese Reaktoren ohne Elektroden arbeiten können und mit festen, flüssigen oder gasförmigen Vorprodukten gespeist werden können. Die Reaktorkonstruktion erlaubt die Verwendung von plasmaerzeugendem Gas, Hüllgas und reaktivem Gas zusammen. Die Vorprodukte werden durch die im Reaktor erzeugte hohe Temperatur verdampft oder verdunstet. Sie werden in die Abschreckzone am Boden des Plasmareaktors transportiert.As an alternative to the in 20 Inductively coupled plasma technology can also be used with the plasma torch shown. In this technology, a spiral coil 31 is impressed with a high frequency of alternating current. The conductor arranged in the center of the spiral coil 31 is heated by the alternating electromagnetic field. The advantage of this method is that these reactors can work without electrodes and can be fed with solid, liquid or gaseous precursors. The reactor design allows for the use of plasma generating gas, sheath gas and reactive gas together. The precursors are vaporized or evaporated by the high temperature generated in the reactor. They are transported to the quench zone at the bottom of the plasma reactor.

Eine Darstellung dieses Ansatzes ist in 21 zu sehen. Die Helligkeit stellt die Temperatur dar, wobei hellere Teile heißere Bereiche der Vorrichtung oder von Zonen in der Nähe der Vorrichtung anzeigen. Die Temperatur des reaktiven Gemischs, das das Vorprodukt 26 enthält, ist in einem Temperaturdiagramm auf der Achse dargestellt.A description of this approach is given in 21 to see. The brightness represents the temperature, with lighter parts indicating hotter areas of the device or zones near the device. The temperature of the reactive mixture containing precursor 26 is shown on the axis in a temperature diagram.

Das Vorprodukt 26 tritt in die Spiralspule 31 ein und wird in einer Vorproduktverdampfungszone 27 verdampft. In einer Kondensationszone 28, die sich in einiger Entfernung von der Vorproduktverdampfungszone 27 befindet, kondensiert das zuvor verdampfte Vorprodukt zu Partikeln. Die Partikel werden in der Abschreckzone 29 gebildet. Dabei findet die Keimbildung und das Wachstum der Nanopartikel statt. Insbesondere kommt es zu einer radialen Abschreckung 30. Auf der rechten Seite von 21 ist die auf der Achse liegende Temperatur des reaktiven Gemischs dargestellt. Es ist zu erkennen, dass ein nahezu linearer Temperaturabfall mit einer Abnahme von etwa 105 K/s zur Bildung der Partikel führt.Precursor 26 enters spiral coil 31 and is vaporized in precursor vaporization zone 27 . In a condensation zone 28, which is at some distance from the precursor evaporation zone 27, the previously evaporated precursor condenses into particles. The particles are formed in the quench zone 29 . Here, the nucleation and growth of the nanoparticles takes place. In particular, there is a radial deterrent 30. On the right side of 21 shows the on-axis temperature of the reactive mixture. It can be seen that an almost linear drop in temperature with a decrease of about 10 5 K/s leads to the formation of the particles.

22 zeigt eine sekundärelektronenmikroskopische Aufnahme von Nanoaluminiumoxid (Aluminiumoxid-Nanopartikeln), die mit Hilfe der induktiv gekoppelten Plasmatechnologie hergestellt wurden, die mit Vorläuferpartikeln aus einer geätzten und/oder anodisierten Aluminiumfolie gespeist wurde. 22 Figure 12 shows a secondary electron micrograph of nanoalumina (alumina nanoparticles) prepared using inductively coupled plasma technology fed with precursor particles from an etched and/or anodized aluminum foil.

Die in 22 dargestellten Aluminiumoxidpartikel sind kugelförmig und haben Größen im Nanometerbereich. In 23 ist die Partikelgrößenverteilung der durch das induktiv gekoppelte Plasmaverfahren gebildeten sphärischen Nanopartikel dargestellt. Die Verteilungskurve, die ein Maximum bei etwa 0,2 µm aufweist, ist der rechten Achse mit der Bezeichnung „%channel“ zugeordnet. Die Kurve mit Integralform ist der linken Achse „%passing“ zugeordnet.In the 22 The aluminum oxide particles shown are spherical and have sizes in the nanometer range. In 23 shows the particle size distribution of the spherical nanoparticles formed by the inductively coupled plasma process. The distribution curve, which has a maximum at around 0.2 µm, is assigned to the right-hand axis labeled "%channel". The curve with integral form is assigned to the left axis "%passing".

Beide Diagramme zusammen zeigen, dass eine gute Homogenität der Partikelgröße mit einer durchschnittlichen Partikelgröße in der Größenordnung von 100 bis 200 nm erreicht wird. Einige wenige Partikel in Größen von 2 bis 10 µm können als Minderheitsspezies gebildet werden. Insbesondere kann gezeigt werden, dass die Mehrheit von etwa 95 % der Partikel eine Größe von weniger als 1 µm aufweist und damit in den Nanometerbereich fällt.Both diagrams together show that good particle size homogeneity is achieved with an average particle size in the range of 100 to 200 nm. A few particles ranging in size from 2 to 10 µm can be formed as minority species. In particular, it can be shown that the majority of around 95% of the particles have a size of less than 1 µm and are therefore in the nanometer range.

Alternativ ist das Verfahren auch in der Lage, Größen im Bereich von 20 bis 30 nm zu erzeugen.Alternatively, the method is also able to generate sizes in the range of 20 to 30 nm.

BezugszeichenlisteReference List

11
elektrochemischer Aufbauelectrochemical structure
22
Anodeanode
33
Kathodecathode
44
Elektrolytelectrolyte
55
Reaktionsgefäßreaction vessel
66
Spannungsversorgungpower supply
77
Elektrolytkondensatorelectrolytic capacitor
88th
Kathode des ElektrolytkondensatorsElectrolytic capacitor cathode
99
Anode des ElektrolytkondensatorsElectrolytic capacitor anode
1010
Separator und Elektrolytseparator and electrolyte
1111
Röhrenwandtube wall
1212
Böhmit-Schichtboehmite layer
1313
LochHole
1414
Röhretube
1515
Plasmabrennerplasma torch
1616
Plasmagaskanalplasma gas channel
1717
Elektrodeelectrode
1818
Düsejet
1919
Isolatorinsulator
2020
Spannungsversorgungpower supply
2121
Kühlwasserversorgungcooling water supply
2222
Vorproduktzuführungpre-product feeding
2323
Sprühstrahlspray jet
2424
Sprühbelagspray coating
2525
Substratsubstrate
2626
Vorproduktpreliminary product
2727
Verdampfungszoneevaporation zone
2828
Kondensationszonecondensation zone
2929
Abschreckungszonedeterrent zone
3030
radiale Abschreckungradial deterrent

Claims (23)

Verfahren zur Herstellung von hochreinen Aluminium- und/oder Aluminiumoxidpartikeln aus geätzten und/oder anodisierten Folien.Process for the production of high-purity aluminum and/or aluminum oxide particles from etched and/or anodized foils. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geätzte und/oder anodisierte Folie durch einen Ätz- oder Anodisierungsprozess mikro- und/oder nanostrukturiert worden ist.procedure after claim 1 , wherein the etched and/or anodized film has been microstructured and/or nanostructured by an etching or anodizing process. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Folie durch ein elektrochemisches Ätzverfahren strukturiert wird.procedure after claim 1 or 2 , wherein the film is structured by an electrochemical etching process. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Folie in einem statischen Prozess oder einem Rolle-zu-Rolle-Prozess gebildet wird.procedure after claim 3 , wherein the film is formed in a static process or a roll-to-roll process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei der Folie um eine Folie handelt, die zur Verwendung als Elektrode in einem Elektrolytkondensator geeignet ist oder deren Verwendbarkeit als Elektrode in einem Kondensator eingeschränkt ist.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein the foil is a foil suitable for use as an electrode in an electrolytic capacitor or whose use as an electrode in a capacitor is restricted. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Folie makroskopische Defekte aufweisen kann, die ihre Verwendbarkeit als Kondensatorfolie verringern.procedure after claim 5 , where the foil may have macroscopic defects that reduce its utility as a capacitor foil. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bildung von hochreinen Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikel das Schleifen der Folie einschließt.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein the formation of high purity aluminum or aluminum oxide particles involves grinding the foil. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Schleifen unter Anwendung von Scherkräften oder Stoßkräften durchgeführt wird.procedure after claim 7 , wherein the grinding is performed using shear forces or impact forces. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Schleifen ein Mahlprozess ist.procedure after claim 7 or 8th , where grinding is a milling process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei bei der Durchführung des Schleifprozesses die Strukturmotive der Strukturen auf der Folie erhalten bleiben.Procedure according to one of Claims 1 until 9 , whereby the structural motifs of the structures on the film are retained during the grinding process. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die hochreinen Aluminium- oder Aluminiumoxidpartikel einem thermischen Plasmaprozess unterzogen werden, um kugelförmige Aluminium- oder Aluminiumoxid-Nanopartikel zu bilden.Procedure according to one of Claims 1 until 9 , wherein the high-purity aluminum or aluminum oxide particles are subjected to a thermal plasma process to form spherical aluminum or aluminum oxide nanoparticles. Mikro- und/oder Nanopartikel, die durch das Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 gebildet werden.Micro- and / or nanoparticles by the method according to at least one of Claims 1 until 10 are formed. Mikro- und/oder Nanopartikel nach Anspruch 12, die Partikel mit stäbchenförmiger, röhrenförmiger oder kugelförmiger Gestalt umfassen.Micro- and / or nanoparticles after claim 12 , which comprise particles having a rod-like, tubular or spherical shape. Mikro- und/oder Nanopartikel nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Partikel Poren als erhaltene Strukturen der mikro- und/oder nanostrukturierten Folie aufweisen.Micro- and / or nanoparticles after claim 12 or 13 , Wherein the particles have pores as structures obtained in the micro- and/or nano-structured film. Mikro- und/oder Nanopartikel nach Anspruch 14, wobei die Poren um eine Größenordnung kleiner sind als die durchschnittliche Größe der ursprünglichen Partikel.Micro- and / or nanoparticles after Claim 14 , where the pores are an order of magnitude smaller than the average size of the original particles. Mikro- und/oder Nanopartikel nach einem der Ansprüche 12 bis 15, die Aluminiumoxid oder metallisches Aluminium oder Mischungen der genannten Stoffe enthalten.Micro- and / or nanoparticles according to one of Claims 12 until 15 that contain aluminum oxide or metallic aluminum or mixtures of the substances mentioned. Verfahren zur Gewinnung einer aluminiumhaltigen Elektrolytlösung, die durch das elektrochemische Ätzverfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3 gebildet wird.Method for obtaining an aluminum-containing electrolytic solution, which is produced by the electrochemical etching method according to one of claims 2 or 3 is formed. Verfahren nach Anspruch 17, das die Bildung von hochreinen Aluminiumoxidpartikel aus der zurückgewonnenen Lösung einschließt.procedure after Claim 17 , which involves the formation of high purity alumina particles from the recovered solution. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Aluminiumoxidpartikel durch Fällung, hydrothermale Synthese, Flammensprühpyrolyse oder thermische Plasmasynthese gebildet werden.procedure after Claim 18 , wherein the alumina particles are formed by precipitation, hydrothermal synthesis, flame spray pyrolysis or thermal plasma synthesis. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Lösung eine Aluminiumverbindung mit der Formel ((Aln(OH)mCl)3n-m)x enthält.procedure after Claim 18 or 19 , the solution containing an aluminum compound having the formula ((Al n (OH) m Cl) 3n-m ) x . Verwendung der Mikro- und/oder Nanopartikel nach einem der Ansprüche 12 bis 16 als Pigmente, Sprengstoffe, Vorprodukte für Oberflächenbehandlungen.Use of the micro- and / or nanoparticles according to one of Claims 12 until 16 as pigments, explosives, precursors for surface treatments. Verwendung einer geätzten und/oder anodisierten Folie als Rohmaterial für die Herstellung von Mikro- und/oder Nanopartikeln.Use of an etched and/or anodized foil as raw material for the production of micro- and/or nano-particles. Verwendung von Mikro- und/oder Nanopartikeln nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Rohmaterial zur Verwendung in einem thermischen Plasmaprozess zur Herstellung von sphärischen Aluminium- oder Aluminiumoxid-Nanopartikeln.Use of micro- and / or nanoparticles according to one of Claims 1 until 10 as a raw material for use in a thermal plasma process to produce spherical aluminum or aluminum oxide nanoparticles.
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