RU56709U1

RU56709U1 - MULTILAYER ANODE

Info

Publication number: RU56709U1
Application number: RU2006101892/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Слепцов; Игорь Владимирович Щербаков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Восток"
Priority date: 2006-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2006-09-10

Abstract

Полезная модель относится к основным элементам электрического оборудования, а более конкретно, к многослойным пленочным электродам для электролитических конденсаторов. Многослойный анод для электролитического конденсатора содержит токоведущую фольговую подложку из напыленного металла, имеющую развитую поверхность, на которой размещен пористый вентильный металл, преимущественно алюминий, с оксидным покрытием, при этом подложка связана с пленочной основой через нанокомпозитный барьерный слой, представляющий собой дифференцированную смесь соединяемых материалов, при уменьшении содержания в ней материала основы до нуля по мере роста толщины слоя, где поверхность образована практически металлом подложки, осаждаемым в вакууме из паровой фазы ионно-плазменной технологией, или который выполнен алмазоподобным из аморфного углерода sp3-гибридизированного состояния атомов аморфного углерода, совместимого с полимерной основой. Новым является то, что вентильный металл сформирован в виде конформного слоя химически активного алюминия, имеющего регулируемую объемную пористость в диапазоне от микро- до нанометров, адгезионно связанного в квазиедином технологическом процессе с развитой поверхностью токоведущей металлической подложки посредством наноструктурированного гетероперехода, состоящего из геометрически замкнутых между собой наночастиц металла подложки и вентильного металла, напыленного при стимулированной ионами инертного и химически активного газов диффузии. Предложенное техническое решение позволяет создать принципиально новый многослойный анод для электролитического конденсатора, который характеризуется более широкими технологическими возможностями за счет использования различных материалов несущей пленочной основы, равно адаптирующихся с функциональными пленочными покрытиями посредством адгезионного нанокомпозитного барьерного слоя. Новый анод имеет повышенные удельную емкость и диэлектрическую проницаемость, а также улучшенные механические характеристики и пластичность за счет высокой адгезионной прочности сцепления структурных слоев посредством наноструктурированного гетероперехода. Выполнение многослойного анода в квазиедином процессе ионно-плазменного напыления материалов из паровой фазы в вакууме контролируемой атмосферы инертного и химически активного газов создает предпосылки для создания электролитического конденсатора путем конденсации на поверхности оксида слоя твердого электролита, покрытого слоем катодного металла.The utility model relates to the basic elements of electrical equipment, and more specifically to multilayer film electrodes for electrolytic capacitors. The multilayer anode for an electrolytic capacitor contains a current-conducting foil substrate made of deposited metal, having a developed surface, on which a porous valve metal, mainly aluminum, with an oxide coating is placed, the substrate being connected to the film base through a nanocomposite barrier layer, which is a differentiated mixture of materials to be joined, with a decrease in the content of the base material in it to zero as the thickness of the layer increases, where the surface is practically formed by metal burns deposited in a vacuum from a vapor phase by ion-plasma technology, or which is made diamond-like from an amorphous carbon sp3-hybridized state of amorphous carbon atoms, compatible with the polymer base. What is new is that the valve metal is formed in the form of a conformal layer of reactive aluminum having controlled bulk porosity in the range from micro- to nanometers, adhesively bonded in a quasi-integrated process with a developed surface of the current-carrying metal substrate by means of a nanostructured heterojunction consisting of geometrically closed to each other nanoparticles of a substrate metal and a valve metal sprayed with an inert and chemically active gas stimulated by ions in diffusion. The proposed technical solution allows you to create a fundamentally new multilayer anode for an electrolytic capacitor, which is characterized by wider technological capabilities through the use of various materials of the carrier film base, which are equally adaptable with functional film coatings by means of an adhesive nanocomposite barrier layer. The new anode has increased specific capacitance and dielectric constant, as well as improved mechanical characteristics and ductility due to the high adhesion strength of the adhesion of the structural layers through a nanostructured heterojunction. The implementation of a multilayer anode in a quasi-uniform process of ion-plasma deposition of materials from the vapor phase in a vacuum of an inert and chemically active gas atmosphere creates the prerequisites for creating an electrolytic capacitor by condensing on the oxide surface a layer of solid electrolyte coated with a layer of cathode metal.

Description

Полезная модель относится к основным элементам электрического оборудования, а более конкретно, к многослойным пленочным электродам для электролитических конденсаторов.The utility model relates to the basic elements of electrical equipment, and more specifically to multilayer film electrodes for electrolytic capacitors.

Уровень данной области техники характеризует фольговый анодированный электрод с высокоразвитой поверхностью, описанный в патенте US 6287673, нац. кл. 361-523, 2001 г., на токоведущей подложке которого, закрепленной на несущей пленочной основе, пригодной для рулонной переработки, нанесены прерывистые слои вентильного металла и оксидного покрытия бимодальной морфологии, при сохранении фракталоподобной шероховатости границ раздела.The level of this technical field is characterized by a foil anodized electrode with a highly developed surface, described in patent US 6287673, nat. class 361-523, 2001, on the current-carrying substrate of which is fixed on a carrier film base suitable for roll processing, discontinuous layers of valve metal and oxide coating of bimodal morphology are applied, while maintaining the fractal-like roughness of the interface.

Адгезионное соединение, которое представляет собой наноструктурированный переходный слой, развитой поверхности пленочной основы (из различных материалов) с осаждаемым из паровой фазы в вакууме алюминием подложки анода описано в патенте DE 102004011567, Н 05 К 3/38, 2004 г.An adhesive compound, which is a nanostructured transition layer, of a developed surface of a film base (from various materials) with aluminum deposited from the vapor phase in vacuum, the anode substrate is described in patent DE 102004011567, H 05 K 3/38, 2004

На активированную ионной бомбардировкой шероховатую поверхность основы в квазиедином процессе в среде инертного газа пониженного давления напыляют металл, предпочтительно алюминий. При этом формируется наноструктура в виде дифференцированной смеси материала основы и напыляемого металла, количество которого по мере роста переходного нанослоя увеличивается, достигая 100%, так как составляющая материала основы соответственно плавно уменьшается в объеме, практически исчезая на поверхности этого адгезионного слоя.A metal, preferably aluminum, is sprayed onto a rough base surface activated by ion bombardment in a quasi-uniform process in an inert gas of reduced pressure. In this case, a nanostructure is formed in the form of a differentiated mixture of the base material and the sprayed metal, the amount of which increases as the transition nanolayer grows, reaching 100%, since the component of the base material accordingly gradually decreases in volume, practically disappearing on the surface of this adhesive layer.

Таким образом материал основы в формируемом нанокомпозитном адгезионном слое толщиной от нескольких нанометров до нескольких микрометров постепенно переходит в напыляемый токоведущий металл, чем обеспечивается высокая прочность соединения структурных элементов анода, имеющих сродственную связь.Thus, the base material in the formed nanocomposite adhesive layer with a thickness from a few nanometers to several micrometers gradually transforms into a deposited current-carrying metal, which ensures high strength of the connection of the structural elements of the anode having an affinity bond.

Нанокомпозитный переходный слой обеспечивает лиофобность соединения и служит барьером, предотвращающим взаимодиффузию по границе раздела основа-подложка.The nanocomposite transition layer provides lyophobicity of the compound and serves as a barrier to prevent interdiffusion along the base-substrate interface.

Прочность адгезионного соединения токоведущего слоя с полимерной основой может быть увеличена за счет выполнения переходного слоя упорядоченным посредством формирования алмазоподобного нанослоя sp3-гибридизации атомов аморфного углерода (α-С:Н), что существенно улучшает пластические свойства переходного участка, обеспечивая эластичность многослойному материалу, пригодному для рулонной технологии изготовления анодов.The strength of the adhesive bonding of the current-carrying layer with the polymer base can be increased by arranging the transition layer by forming a diamond-like nanolayer of sp3 hybridization of amorphous carbon atoms (α-C: H), which significantly improves the plastic properties of the transition section, providing elasticity to the multilayer material suitable for rolled technology for the manufacture of anodes.

Далее напыляется вентильный металл (предпочтительно пористый алюминий) методом испарения на поверхность алюминиевой фольги, в условиях The valve metal (preferably porous aluminum) is then sprayed by evaporation onto the surface of the aluminum foil, under

атмосферы инертного газа низкого давления в присутствии кислорода, имеющего давление на 1-2 порядка ниже. Развитие рабочей поверхности при этом происходит за счет добавления материала, а не его удалением (как при обычном травлении), поэтому анод для электролитических конденсаторов характеризуется использованием более тонкой фольги в качестве токоведущей подложки.atmosphere of an inert gas of low pressure in the presence of oxygen having a pressure of 1-2 orders of magnitude lower. The development of the working surface in this case occurs due to the addition of material, and not its removal (as with conventional etching), therefore, the anode for electrolytic capacitors is characterized by using a thinner foil as a current-carrying substrate.

Особенностью диэлектрического оксидного слоя этого анода является его бимодальная морфология, плотный однородный оксид, дискретно осажденный на развитую поверхность подложки, и пористое оксидное покрытие, сформированное электролитическим анодированием.A feature of the dielectric oxide layer of this anode is its bimodal morphology, dense homogeneous oxide discretely deposited on the developed surface of the substrate, and a porous oxide coating formed by electrolytic anodization.

Недостатком описанного многослойного анода является неудовлетворительная функциональная надежность из-за миграционных процессов взаимодиффузии при эксплуатации по границам автономных включений вентильного металла с материалами подложки и оксидных слоев, что приводит к нестабильности основных технических характеристик электролитического конденсатора, заметно снижая срок его службы.The disadvantage of the described multilayer anode is unsatisfactory functional reliability due to migration interdiffusion processes during operation along the boundaries of autonomous inclusions of valve metal with substrate materials and oxide layers, which leads to instability of the main technical characteristics of the electrolytic capacitor, significantly reducing its service life.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является повышение функциональной надежности и основных технических характеристик многослойного анода при использовании в электролитических конденсаторах.The objective to be solved by the present utility model is to increase the functional reliability and basic technical characteristics of a multilayer anode when used in electrolytic capacitors.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном многослойном аноде для электролитического конденсатора, содержащего токоведущую фольговую подложку из напыленного металла, имеющую развитую поверхность, на которой размещен пористый вентильный металл, преимущественно алюминий, с оксидным покрытием, при этом подложка связана с пленочной основой через нанокомпозитный барьерный слой, представляющий собой дифференцированную смесь соединяемых материалов, при уменьшении содержания в ней материала основы до нуля по мере роста толщины слоя, где поверхность образована практически металлом подложки, осаждаемым в вакууме из паровой фазы ионно-плазменной технологией, или который выполнен алмазоподобным из аморфного углерода sp3-гибридизированного состояния атомов аморфного углерода, совместимого с полимерной основой, по предложению авторов, вентильный металл сформирован в виде конформного слоя химически активного алюминия, имеющего регулируемую объемную пористость в диапазоне от микро- до нанометров, адгезионно связанного в квазиедином технологическом процессе с развитой поверхностью токоведущей металлической подложки посредством наноструктурированного гетероперехода, состоящего из геометрически замкнутых между собой наночастиц металла подложки и вентильного металла, напыленного при стимулированной ионами инертного и химически активного газов диффузии.The required technical result is achieved by the fact that in the known multilayer anode for an electrolytic capacitor containing a conductive foil substrate of a deposited metal having a developed surface on which a porous valve metal, mainly aluminum, with an oxide coating is placed, the substrate being connected to the film base through a nanocomposite the barrier layer, which is a differentiated mixture of materials to be joined, while reducing the content of the base material in it to zero as the thickness of the layer where the surface is formed practically by the substrate metal, which is deposited in vacuum from the vapor phase by ion-plasma technology, or which is made diamond-like from the amorphous carbon of the sp3 hybridized state of amorphous carbon atoms, compatible with the polymer base, as suggested by the authors, the valve metal is formed in as a conformal layer of reactive aluminum having adjustable bulk porosity in the range from micro- to nanometers, adhesive bonded in a quasi-integrated technological a process with a developed surface of a current-carrying metal substrate by means of a nanostructured heterojunction consisting of geometrically closed nanoparticles of a substrate metal and a valve metal sprayed during diffusion stimulated by ions of inert and chemically active gases.

Отличительные признаки обеспечили создание принципиально нового многослойного анода для электролитического конденсатора, характеризующегося более широкими технологическими возможностями за счет использования Distinctive features ensured the creation of a fundamentally new multilayer anode for an electrolytic capacitor, characterized by wider technological capabilities through the use of

различных материалов несущей пленочной основы, которые равно адаптируются с функциональными пленочными покрытиями посредством адгезионного нанокомпозитного барьерного слоя.various materials of the carrier film base, which are equally adapted with functional film coatings by means of an adhesive nanocomposite barrier layer.

При этом анод имеет повышенные удельную емкость и диэлектрическую проницаемость, а также за счет высокой адгезионной прочности сцепления структурных слоев в нем улучены механические характеристики и пластичность, что позволяет изготавливать многослойный анод по рулонной технологии последовательного нанесения на пленочную основу всех покрытий и слоев в квазиедином процессе ионно-плазменного напыления материалов из паровой фазы в вакууме контролируемой атмосферы инертного и химически активного газов. Это создает универсальность технологии, исключает разрывы потока и снижает затраты на производство.Moreover, the anode has increased specific capacitance and dielectric constant, and also due to the high adhesion strength of the structural layers, the mechanical characteristics and plasticity are improved, which makes it possible to produce a multilayer anode using the roll technology of sequential deposition of all coatings and layers on a film base in a quasi-single ion -plasma spraying of materials from the vapor phase in a vacuum controlled atmosphere of inert and chemically active gases. This creates the versatility of the technology, eliminates flow breaks and reduces production costs.

Выполнение включений пористого алюминия в виде конформного слоя оксидного покрытия, подобного развитому профилю подложки, кратно увеличивает контактную поверхность взаимодействия с электролитом конденсатора, чем заметно увеличивается его удельная емкость.The inclusion of porous aluminum in the form of a conformal layer of oxide coating, similar to the developed profile of the substrate, greatly increases the contact surface of interaction with the electrolyte of the capacitor, which significantly increases its specific capacity.

Вентильный металл в виде слоя покрытия обеспечивает высокую открытую пористость поверхности, доступную для заполнения электролитом, что позволяет использовать в конденсаторе твердый электролит, расширяя тем самым технологические возможности использования по назначению.Valve metal in the form of a coating layer provides a high open surface porosity available for filling with electrolyte, which allows the use of a solid electrolyte in the capacitor, thereby expanding the technological capabilities of the intended use.

Технологическое обеспечение средствами ионно-плазменного напыления вентильного металла электрохимической активности в итоге направлено на создание более толстого слоя качественного оксида для увеличения рабочего напряжения конденсатора повышенной емкости.Technological support with ion-plasma spraying of valve metal of electrochemical activity is ultimately aimed at creating a thicker layer of high-quality oxide to increase the operating voltage of a capacitor of increased capacity.

Наличие объемной пористости и создание ионной обработкой радиационных дефектов в слое вентильного металла приводит к повышению электрохимической активности материала, которая управляемо меняется за счет регулирования количества и размера пор в объеме напыляемого алюминия.The presence of bulk porosity and the creation of ionizing radiation defects in the valve metal layer leads to an increase in the electrochemical activity of the material, which is controlled by controlling the number and size of pores in the volume of sprayed aluminum.

Сформированная таким образом пористая структура напыленного алюминиевого слоя более легко подвергается электрохимическому оксидированию с образованием менее механически напряженного оксидного слоя.The porous structure of the sprayed aluminum layer thus formed is more easily subjected to electrochemical oxidation to form a less mechanically stressed oxide layer.

В итоге следует, что конформное покрытие токопроводящей подложки слоем пористого алюминия, нанесенного в вакууме по режимам ионно-плазменной технологии, позволяет получить более толстое уплотненное оксидное покрытие качественно нового многослойного анода, что является предпосылкой для создания высоковольтных электролитических конденсаторов с напряжением функционирования более 600 В.As a result, it follows that the conformal coating of the conductive substrate with a layer of porous aluminum deposited in vacuum according to the regimes of ion-plasma technology makes it possible to obtain a thicker densified oxide coating of a qualitatively new multilayer anode, which is a prerequisite for creating high-voltage electrolytic capacitors with a voltage of operation of more than 600 V.

При преобладании наноразмерных пор внутри слоя напыляемого алюминия обеспечивается повышение электрической емкости анода в тонком слое оксидного покрытия, который пригоден для использования в низко- и средневольтных конденсаторах (соответственно 30-60 В и 200-250 В).With the predominance of nanoscale pores inside the layer of sprayed aluminum, anode electric capacity is increased in a thin oxide coating layer, which is suitable for use in low and medium voltage capacitors (30-60 V and 200-250 V, respectively).

Относительное увеличение количества пор в объеме слоя алюминия размером микрометров практически позволяет формировать высоковольтную фольгу с функциональным покрытием толщиной 1 мкм, которая позволяет A relative increase in the number of pores in the volume of an aluminum layer with a size of micrometers practically allows forming a high-voltage foil with a functional coating 1 μm thick, which allows

накопить заряд напряжением 700 В, исходя из общеизвестной характеристики 1,5 нм/В для оксидного покрытия.accumulate a charge of 700 V, based on the well-known characteristics of 1.5 nm / V for oxide coating.

Связь конформного слоя вентильного металла с развитой поверхностью подложки посредством гетероперехода, который представляет собой наноструктурированную композицию из материала подложки и напыленного вентильного металла при стимулированной ионами инертного и химически активного газов диффузии, позволяет расширить технологические возможности создания пленочного анода на практически любом носителе, исключив резкие границы раздела формообразующих слоев.The connection of the conformal layer of the valve metal with the developed surface of the substrate by means of a heterojunction, which is a nanostructured composition of the substrate material and the deposited valve metal under diffusion stimulated by ions of inert and chemically active gases, allows expanding the technological capabilities of creating a film anode on practically any carrier, eliminating sharp interface formative layers.

Наноструктура композиции гетероперехода выполняет роль накопителя внутренней энергии слоя за счет роста радиационных дефектов, образованных в результате ионной обработки поверхности подложки и формируемого слоя вентильного металла. При этом происходит упрочнение межзеренных границ, а также деформационное упрочнение и частичное растворение, что препятствует появлению и движению дислокации, то есть исключается трещинообразование в примыкающих структурных слоях анода.The nanostructure of the heterojunction composition plays the role of an internal energy storage layer due to the growth of radiation defects formed as a result of ionic treatment of the substrate surface and the formed valve metal layer. In this case, hardening of grain boundaries occurs, as well as strain hardening and partial dissolution, which prevents the appearance and movement of a dislocation, i.e., crack formation in adjoining structural layers of the anode is excluded.

Выполнение гетероперехода из геометрически замкнутых между собой наночастиц металла подложки и напыленного вентильного металла обеспечивает практически герметичное запечатывание границы раздела, обеспечивая тем самым формируемому высокоадгезионному слою барьерные свойства, исключая взаимодиффузию, что позволяет сохранить при эксплуатации в составе электролитического конденсатора неизменными электрофизические свойства многослойного пленочного анода.The implementation of a heterojunction from geometrically closed to each other nanoparticles of the substrate metal and the deposited valve metal provides almost tight sealing of the interface, thereby providing the formed high-adhesion layer with barrier properties, eliminating interdiffusion, which allows the electrophysical properties of the multilayer film anode to remain unchanged during operation of the electrolytic capacitor.

Предложенное техническое решение создает принципиальную возможность создания на базе описанного анода в едином технологическом процессе ионно-плазменного напыления конечный продукт - электролитический конденсатор путем последовательного нанесения на оксидное покрытие слоев твердого электролита и вентильного металла, выполняющего функции катода.The proposed technical solution makes it possible in principle to create, on the basis of the described anode, a final product — an electrolytic capacitor — by sequentially depositing layers of a solid electrolyte and a valve metal acting as a cathode on the oxide coating in a single technological process of ion-plasma deposition.

Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, не присущей признакам в разобщенности, то есть решить поставленную техническую задачу не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.Therefore, each essential feature is necessary, and their combination in a stable relationship is sufficient to achieve a novelty of quality that is not inherent in the characteristics of disunity, that is, to solve the technical problem not by the sum of the effects, but by a new super-effect of the sum of the attributes.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображены:The essence of the utility model is illustrated in the drawing, which schematically shows:

на фиг.1 - структура предложенного анода;figure 1 - structure of the proposed anode;

на фиг.2 - вид I на фиг1.figure 2 is a view of I in figure 1.

На фиг.1 толщина различных пленок и слоев условно показана безотносительно к масштабу.1, the thickness of various films and layers is conventionally shown without regard to scale.

Приведенный чертеж имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объема притязаний совокупности существенных признаков формулы.The above drawing has a purely illustrative purpose and does not limit the scope of claims of the totality of the essential features of the formula.

Многослойный пленочный анод изготавливают по рулонной технологии в смонтированных на общей станине и связанных шлюзовыми камерами The multilayer film anode is made according to the roll technology in mounted on a common frame and connected by lock chambers

вакуумных модулях, оснащенных блоком питания ионных источников, магнетронных систем, устройством вакуумирования и приводом перемотки обрабатываемой бесконечной пленки.vacuum modules equipped with a power supply for ion sources, magnetron systems, a vacuum device and a rewind drive of the processed endless film.

В качестве несущей основы 1 многослойного анода служат различные материалы, например, алюминиевая, медная фольга, полиэфирная пленка и другие подобные.As the supporting base 1 of the multilayer anode, various materials are used, for example, aluminum, copper foil, polyester film and the like.

В модулях плазменного магнетронного напыления материалов из паровой фазы установлены технологические барабаны, охлаждаемые до температуры минус 50-100 градусов С для предотвращения прожигания примыкающей при обработке пленки.Technological drums are installed in the modules of plasma magnetron sputtering of materials from the vapor phase, cooled to a temperature of minus 50-100 degrees C to prevent burning of the adjacent film during processing.

Поверхность основы 1 предварительно очищают и активируют ионной бомбардировкой, достигая дополнительного развития рельефа, кратно увеличивая фактор развития, то есть соотношение реальной и геометрической ее поверхностей, в частности в диапазоне кратности 100-1000 раз.The surface of the base 1 is pre-cleaned and activated by ion bombardment, achieving additional development of the relief, multiplying the development factor, that is, the ratio of its real and geometric surfaces, in particular in the frequency range of 100-1000 times.

В вакуумированной атмосфере инертного газа (аргона) с примесью химически активного газа (кислорода) на основу 1 осаждают токопроводящий слой металла (алюминия) толщиной 12-50 мкм, создавая фольговую подложку 2.In an evacuated atmosphere of an inert gas (argon) with an admixture of reactive gas (oxygen), a conductive layer of metal (aluminum) 12-50 μm thick is deposited on base 1, creating a foil substrate 2.

При этом на границе раздела формируется адгезионный барьерный слой 3 в виде нанокомпозита, представляющего собой дифференцированную по содержанию смесь соединяемых материалов. Взаимно дополняя друг друга, содержание материала основы 1 и осаждаемого алюминия подложки 2 встречно изменяются от 100% до нуля., соответственно: основа 1 (100-0) и алюминий (0-100). При этом на алюминиевую поверхность адгезионного слоя 3 в квазиедином процессе ионно-плазменной технологии из паровой фазы далее осаждают алюминий, формируя токоведущий слой подложки 2.At the same time, an adhesive barrier layer 3 is formed at the interface in the form of a nanocomposite, which is a mixture of materials to be mixed differentiated in content. Mutually complementing each other, the content of the base material 1 and the deposited aluminum of the substrate 2 counter-change from 100% to zero., Respectively: base 1 (100-0) and aluminum (0-100). In this case, aluminum is further deposited from the vapor phase on the aluminum surface of the adhesive layer 3 in a quasi-uniform process of ion-plasma technology, forming a current-carrying layer of the substrate 2.

Важной особенностью является то, что процесс перемешивания соединяемых материалов происходит в то время, когда еще не закончился процесс активации поверхности основы 1. В результате квазиединого процесса происходит построение нанокомпозита адгезионного слоя 3, где материал основы 1 переходит на поверхности в осаждаемый металл, который далее формируют в подложку 2.An important feature is that the mixing process of the materials to be joined occurs at a time when the process of activating the surface of the base 1 has not yet finished. As a result of a quasi-uniform process, the nanocomposite of the adhesive layer 3 is built, where the base material 1 passes onto the surface into the deposited metal, which is then formed into the substrate 2.

На модифицированную полиэфирную пленку основы 1 из паров циклогексана плазменным осаждением формируют наноразмерное (10-50 нм) покрытие из аморфного углерода sp3-гибридизированного состояния - алмазоподобный (α-С:Н) адгезионный слой 3, который является потенциальным барьером. Этот адгезионный слой 3 представляет собой барьер для активных составляющих полимера основы 1, что обеспечивает стабильность электрофизических свойств анода во время эксплуатации.A nanosized (10-50 nm) coating of an amorphous carbon of sp3 hybridized state is formed on a modified polyester film of base 1 from cyclohexane vapors by plasma deposition — diamond-like (α-C: H) adhesive layer 3, which is a potential barrier. This adhesive layer 3 represents a barrier to the active components of the polymer base 1, which ensures the stability of the electrophysical properties of the anode during operation.

Формирование барьерного слоя 3 нанокомпозитным (толщиной 20 нм - 20 мкм) обеспечивает высокоадгезионное соединение практически всех потребных для создания пленочного анода материалов.The formation of the barrier layer 3 by nanocomposite (20 nm - 20 μm thick) provides a highly adhesive bond of almost all materials required to create a film anode.

Композитная структура адгезионного слоя 3 обеспечивает лиофильное запечатывание основы 1, улучшая ее эксплуатационные свойства.The composite structure of the adhesive layer 3 provides lyophilic sealing of the base 1, improving its operational properties.

Для осаждения вентильного металла пористого алюминия в камере рабочих модулей воздух откачивают до давления (5-1)×10 минус 5 степени мм рт. ст., после чего в ионные источники напускают аргон до давления (5-10)×10 минус 4 степени мм рт. ст. и добавляют 30-40 об.% кислорода. Давление в камере рабочих модулей изменяется в диапазоне от 0,1 до 0,0001 мм рт. ст.To precipitate the valve metal of porous aluminum in the chamber of the working modules, the air is pumped out to a pressure of (5-1) × 10 minus 5 degrees mm RT. Art., after which argon is injected into ion sources to a pressure of (5-10) × 10 minus 4 degrees mm Hg. Art. and add 30-40 vol.% oxygen. The pressure in the chamber of the working modules varies in the range from 0.1 to 0.0001 mm RT. Art.

Затем включают ионные источники, подавая с блока питания напряжение 3-4,5 кВ и ток разряда 250-400 мА, в результате чего проходит плазменное напыление алюминия, атомы которого конденсируются на подложке 2, формируя тонкий пористый слой 4 толщиной до 100 нм.Then, ion sources are turned on, supplying a voltage of 3-4.5 kV and a discharge current of 250-400 mA from the power supply unit, as a result of which there is a plasma deposition of aluminum, the atoms of which condense on the substrate 2, forming a thin porous layer 4 with a thickness of up to 100 nm.

При этом растущий слой 4 ветильного металла обрабатывается ионами аргона и кислорода, в результате чего создается гетеропереход 5 в виде наноструктурной композиции (фиг.2), включающей наночастицы 6, 7 пористого вентильного металла и материала подложки 2 соответственно. Ионоуплотненный гетеропереход 5 обеспечивает высокую адгезию соединения примыкающих слоев 2-4 и служит барьером, предотвращающим миграционные процессы между подложкой 2 и пористым слоем 4 вентильного металла.At the same time, the growing layer 4 of the vetil metal is treated with argon and oxygen ions, as a result of which a heterojunction 5 is created in the form of a nanostructured composition (Fig. 2), including nanoparticles 6, 7 of the porous valve metal and the substrate material 2, respectively. The ion-sealed heterojunction 5 provides high adhesion of the connection of the adjacent layers 2-4 and serves as a barrier preventing migration processes between the substrate 2 and the porous layer 4 of the valve metal.

При ассистировании магнетронного напыления слоя 4 алюминия ионами инертного газа (аргона) стимулируется диффузия композиции гетероперехода 5, что обеспечивает равномерность взаимного распределения структурных элементов примыкающих слоев 2 и 4. При этом наночастицы 6 напыляемого алюминия, прорастают в наночастицы 7, состоящие из атомов токопроводящего металла подложки 2, образуя геометрическое замыкание между собой (фиг.2) и структурируют гетеропереход 5 с высокими адгезионными и барьерными свойствами.When magnetron sputtering of layer 4 of aluminum is assisted by inert gas (argon) ions, diffusion of the heterojunction composition 5 is stimulated, which ensures uniform distribution of structural elements of adjacent layers 2 and 4. In this case, the nanoparticles 6 of the sprayed aluminum grow into nanoparticles 7 consisting of atoms of the conductive metal of the substrate 2, forming a geometric circuit between each other (figure 2) and structure heterojunction 5 with high adhesive and barrier properties.

Ассистирование ионами химически активного газа (кислорода) обеспечивает достижение управляемой электрохимической активности слоя 4 вентильного металла. В результате на гетеропереходе 5 формируется объемно-пористый слой 4 алюминия, характеризующийся кратным увеличением поверхности подложки 2 для взаимодействия анода с электролитом конденсатора.Assisted by ions of a reactive gas (oxygen) ensures the achievement of a controlled electrochemical activity of the valve metal layer 4. As a result, a volume-porous layer 4 of aluminum is formed at the heterojunction 5, characterized by a multiple increase in the surface of the substrate 2 for the interaction of the anode with the electrolyte of the capacitor.

Толщина слоя 4 пористого алюминия составляет от 0,05 до 30 мкм.The thickness of the layer 4 of porous aluminum is from 0.05 to 30 microns.

Количество и структура пор в слое 4 осажденного алюминия определяются по математической модели планирования эксперимента как функция многих переменных: состав и давление газовой среды, температура подложки 2, напряжение и ток разряда магнетронов, а также количество электронов, переходящих на подложку 2 в процессе роста слоя 4.The number and structure of pores in layer 4 of deposited aluminum are determined by a mathematical model of experimental design as a function of many variables: composition and pressure of the gas medium, temperature of substrate 2, voltage and discharge current of magnetrons, and the number of electrons passing onto substrate 2 during the growth of layer 4 .

Варьируя этими параметрами, можно в широких пределах изменять диаметр пор, от микрометров до нанометров, до пор размеров 0,5-1 нм.Varying these parameters, it is possible to widely vary the pore diameter, from micrometers to nanometers, to pores of sizes 0.5-1 nm.

Если в слое 4 преобладают микронные поры, то получается структура, которая кратно увеличивает емкость конденсаторов.If micron pores predominate in layer 4, a structure is obtained that multiplies the capacitance of the capacitors.

Преобладание наноразмерных пор в слое 4 обеспечивает повышение его электрохимической активности.The predominance of nanoscale pores in layer 4 provides an increase in its electrochemical activity.

Скорость роста слоя 4 пористого алюминия составляет 1,5 мкм/мин.The growth rate of layer 4 of porous aluminum is 1.5 μm / min.

Готовый многослойный анод, намотанный в рулон в модуле выгрузки, извлекают из установки для дальнейшего электрохимического оксидирования (формовки) на заданное рабочее напряжение, образуя на слое 4 оксидное покрытие 8.The finished multilayer anode, wound into a roll in the unloading module, is removed from the installation for further electrochemical oxidation (molding) at a given operating voltage, forming an oxide coating 8 on layer 4.

По описанной технологии были изготовлены образцы многослойного анода с различными подложками 2, характерные примеры которых приведены ниже. При этом нанесение подложки 2 на основу 1 через адгезионный слой 3 осуществлялось по патенту-аналогу.According to the described technology, samples of a multilayer anode with various substrates 2 were made, typical examples of which are given below. In this case, the deposition of the substrate 2 on the base 1 through the adhesive layer 3 was carried out according to the patent analogue.

Пример 1. На алюминиевой подложке 2, в частности толщиной 50 мкм, поверхность которой развита путем поверхностного электрохимического травления, с напыленным через наноструктурированный гетеропереход 5 объемнопористым слоем 4 алюминия толщиной до 3 мкм на каждую сторону, после формовки на рабочее напряжение 6,3 В получена удельная емкость анода до 150 мкф/кв. см.Example 1. On an aluminum substrate 2, in particular, with a thickness of 50 μm, the surface of which is developed by surface electrochemical etching, with a volume-pored layer of aluminum 4 up to 3 μm thick on each side sprayed through a nanostructured heterojunction 5, after molding to an operating voltage of 6.3 V, specific anode capacity up to 150 microfarads / sq. cm.

Пример 2. На алюминиевой подложке 2 толщиной 100 мкм, поверхность которой развита путем туннельного электрохимического травления, с напыленным через наноструктурированный композитный гетеропереход 5 объемнопоритым слоем 4 алюминия толщиной 5 мкм на каждую сторону, после формовки на рабочее напряжение 30 В получена удельная емкость анода до 60 мкф/кв. см.Example 2. On an aluminum substrate 2 with a thickness of 100 μm, the surface of which is developed by tunneling electrochemical etching, sprayed through a nanostructured composite heterojunction 5 with a pore layer of 4 aluminum with a thickness of 5 μm on each side, after molding to an operating voltage of 30 V, the specific anode capacity of up to 60 μf / sq. cm.

Пример 3. На алюминиевой подложке 2, которая посредством адгезионного алмазоподобного слоя 3 укреплена на несущей полимерной основе из полиэтилентерефталата толщиной 20 мкм, имеющей фрактальную структуру поверхности, с напыленным объемнопористым слоем 4 алюминия толщиной до 20 мкм на каждую сторону посредством адгезионного барьерного гетероперехода 5, после формовки на рабочее напряжение 600 В получили удельную емкость до 1 мкф/кв. см.Example 3. On an aluminum substrate 2, which, by means of an adhesive diamond-like layer 3, is fixed on a polymer-based carrier of polyethylene terephthalate with a thickness of 20 μm, having a fractal surface structure, with a sprayed volume-pore layer of aluminum 4 up to 20 μm thick on each side by means of an adhesive barrier heterojunction 5, after moldings for an operating voltage of 600 V received a specific capacitance of up to 1 μf / sq. cm.

Предложенный многослойный анод изготавливается по квазиединой технологической схеме, при поэтапном изменении режимов и параметров вакуумных процессов ионной обработки поверхности и плазменного напыления вентильного металла при ассистировании ионов нейтрального и химически активного газов.The proposed multilayer anode is manufactured according to a quasi-uniform technological scheme, with a gradual change in the modes and parameters of the vacuum processes of ion surface treatment and plasma deposition of the valve metal during the assisting of neutral and chemically active gas ions.

Полезная модель позволяет получить известными технологическими приемами качественно новую взаимосвязь структурных составляющих многослойного анода для электролитических конденсаторов, универсально пригодной для функционирования как с жидким, так и с твердым электролитами.The useful model allows to obtain a qualitatively new interconnection of structural components of a multilayer anode for electrolytic capacitors using well-known technological methods, which is universally suitable for functioning with both liquid and solid electrolytes.

Предложенный анод характеризуется улучшением показателей назначения, в частности значительным повышением удельной электрической емкости.The proposed anode is characterized by an improvement in the destination, in particular, a significant increase in the specific electric capacity.

Барьерные свойства наноструктурированного гетероперехода, в котором практически исключены механические напряжения, обеспечивают стабильность электротехнических характеристик анода в течение всего, заметно более продолжительного, времени эксплуатации в составе электролитического конденсатора.The barrier properties of the nanostructured heterojunction, in which mechanical stresses are practically eliminated, ensure the stability of the electrical characteristics of the anode over the entire, significantly longer, operating time in the electrolytic capacitor.

Технология получения многослойного анода с объемнопористым конформным слоем напиленного вентильного металла на развитой поверхности токоведущей подложки, адгезионно связанной через нанокомпозитный барьер с несущей основой из разных материалов, отработана и пригодна для промышленного использования.The technology for producing a multilayer anode with a volume-pore conformal layer of sawn valve metal on a developed surface of a current-carrying substrate, adhesively bonded through a nanocomposite barrier with a carrier base of different materials, has been developed and is suitable for industrial use.

Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого полезная модель не следует явным образом для специалиста по электротехнике, показал, что она не известна, а с учетом возможности практического серийного изготовления многослойного анода по рулонной технологии, можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.A comparative analysis of the proposed technical solution with identified analogues of the prior art, from which the utility model does not follow explicitly for a specialist in electrical engineering, showed that it is not known, and taking into account the possibility of practical serial production of a multilayer anode using a roll technology, we can conclude that patentability criteria.

Claims

A multilayer anode for an electrolytic capacitor containing a conductive foil substrate made of deposited metal, having a developed surface on which a porous valve metal, mainly aluminum, with an oxide coating is placed, the substrate being connected to the film base through a nanocomposite barrier layer, which is a differentiated mixture of materials to be joined , when the content of the base material in it decreases to zero as the thickness of the layer increases, where the surface is formed practically by the metal substrates deposited in a vacuum from a vapor phase by ion-plasma technology, or which is made diamond-like from an amorphous carbon sp3 hybridized state of amorphous carbon atoms, compatible with a polymer base, characterized in that the valve metal is formed as a conformal layer of reactive aluminum having an adjustable bulk porosity in the range from micro- to nanometers, adhesive bonded in a quasi-uniform technological process with a developed surface of a current-carrying metal substrate along redstvom nanostructured heterojunction composed of geometrically closed between a substrate metal nanoparticles and valve metal sprayed stimulated with ions of an inert and chemically active diffusion gas.