由于近代无线电电子学的飞跃发展,要求元件制造向小型和超小型的方向发展。电解电容器便是适应这样的要求制造出来的。我国的无线电元件工业也制造出了各种类型、规格的电解电容器,在质量性能上都达到了很高的水平,例如友谊牌213—1和213—2型和西南厂的KЭ型就是这类电容器的典型代表。这种电容器在一般无线电电子设备中应用的范围很广,常见在扩音机、收音机和其他小型电子仪器中电源电路里,如一般使用的耐压较高的8、16或20微法滤波电容器,以及在低频电路里使用的耐压较低的25、30或50微法的旁路电容器都属于这一类。它的特点是电容量大而体积小。这种电容器的极板是由两条铝箔长条构成,在两条之间填有用电解液浸渍过的滤纸。作为正极片的一条铝箔带表面是经过化学腐蚀的,上面还形成有氧化物层薄膜作为介质。负极片的一条铝箔带不经腐蚀和氧化,只是用作和电解液接触的衬托。电容器的“负极”实际上就是浸在纸上的电解质。
电解电容器正极片上的氧化膜具有单向导电性,电容器只有在某一定的极性时才有电容。由于这种特性,所以铝箔电解电容器的制造,在结构上和工艺过程中,都和一般纸介或金属化纸介以及其他小型电容器有所不同。它的制造过程主要是化学和电化学的过程,可以分为这些部分:


(一)正极铝箔的洗净和腐蚀 铝箔腐蚀目的是在它的表面造成凹凸不平的蜂窝,来增大铝箔的有效面积。经过腐蚀后,这样的有效面积能增加2~10倍(图1)。在生产中用来表示这样增大的倍数,也就是腐蚀后单位面积电容量和未经腐蚀的光箔单位面积电容量之比,称为腐蚀系数。铝箔是由纯度很高的铝锭经过压延碾成一定厚度成卷而得。压延时箔的上面会沾有机器润滑的油质,同时经过自然氧化,还会生成一层氧化铝膜。这些都会影响腐蚀,必须先将铝箔表面加以清洁,解除这些有害物质对铝的附着力。这项洗净工作,在生产中是很重要的。洗净是将铝箔通过一定浓度和温度的氢氧化钠(NaOH)溶液来完成。然后经过自来水冲洗,把铝箔表面的污物洗掉。
腐蚀是将洗净后的铝箔送进盛有盐酸(HCl)的槽里进行。铝箔上原来生成的天然氧化铝膜厚薄是不均匀的,通过氢氧化钠溶液时不能全部洗掉,因此在盐酸腐蚀槽中就起着两种化学反应:
(1)A1\(_{2}\)O3+HCl→AlCl\(_{3}\)+3H2O
(2)2Al+6HCl→2AlCl\(_{3}\)+3H2
当盐酸溶液和未处理掉的天然氧化铝接触时,发生了第一种变化,生成三氯化铝并很快的脱落。这时立刻又起了第二种变化对铝箔面进行腐蚀。这样由于各处腐蚀的速度不一,铝箔上便出现凹凸不平的孔穴。在实际生产中。这项洗净和腐蚀工作是连续进行的(图2)。

(二)正极铝箔的赋能 经过腐蚀后的铝箔,表面上需要长成一层介质,这一化学过程叫做“赋能”(或叫形成)。方法是以铝箔为正极浸在电解硼酸溶液里,另外插入铝片作为负极。接通直流电源以后,“赋能过程”就开始了。这时硼酸溶液开始电解,硼酸根离子,由于带负电,被吸引到正极铝箔表面和带正电的铝箔中和,并和水化合放出氧气,而将铝箔氧化,成为一层紧密的具有介质作用的氧化铝膜。这层铝膜的厚度是以控制加在铝箔上的赋能电压而决定的,这种厚度是逐渐长厚的。它符合以下的计算公式:
6(厚度,厘米)=1.55×Uφ(赋能电压,伏)×10\(^{-}\)7
赋能时为使介质氧化铝膜迅速长成,可以经常保持一个电流密度(毫安/厘米),待赋能电压上升到一定值、电流降低到一定值时,“赋能过程”就完毕了。同时为了获得一定结构的介质氧化铝膜,赋能时还提高硼酸电解液的温度。从上面计算公式可以看出,介质氧化铝膜的厚度决定于赋能电压,并和它成正比例,那么介质氧化铝膜是非常紧密的,介质氧化铝膜又怎能继续加厚呢?这是由于硼酸根离子是非常小的,它能穿过介质氧化铝膜,达到铝的表面使形成的膜逐渐加厚,因此可以很容易地以控制赋能电压的大小来获得对氧化铝膜厚薄的要求。在现代化设备的电容器生产过程中,赋能是如图3方式连续多次进行的。一般是将腐蚀后切成一定宽度的铝卷,装上轴承,先通过一或两个硫酸电解液槽,因为硫酸赋能能获得多孔性的“预成膜”,为以后的“成膜”创造条件。经过自来水和蒸溜水冲洗,然后进入硼酸液槽,最后经蒸溜水冲洗,通过烘干管道,便成为赋能过的铝卷。

(三)卷绕 和一般小型纸介电容器一样,铝电解电容器也是经过卷绕达到缩小体积增大电容量的。卷绕时在两层滤纸上放一条负极箔,盖上两层纸,上面再放一条正极箔,卷绕到一定长度,剪断正极箔,并剪出一小长条,摺出卷包外面,作为铆接引线。再卷二三圈,剪断负极箔,同样留出作为负极的铆接引线(图4)。卷绕工作是在卷绕机上进行的。

(四)制电糊 电糊实际上是电解电容器的负极。它是由多种高纯度的化学原料按一定比例加温调制而成。对于电糊有下列几点主要的要求:①在保证闪火电压的基础上使电糊的比电阻尽量小;②电糊略带酸性,但使介质膜不致溶解为合格;③保证电糊纯洁,不含有害介质膜的杂质;④高低温性能良好。
(五)侵渍 浸渍是使电糊渗入隔层衬纸中去。这一工序是在低气压中进行的。电容器纸是多孔性的,容易吸潮,所以先将绕好的卷包置于真空罐中尽可能去气。在低气压下,衬纸里的水份沸点降低,很快地变成水蒸气随被抽走。这时再将电糊注入真空罐内,电糊很快地就渗透到衬纸的毛细孔中去,使电容器的性能改善提高。
(六)装配和封固 浸渍过的电容器要在很短时间内进行铆接引线、装壳和封固装配。封固剂一般使用沥青、火漆和环氧树脂。对于封固剂要求要有一定的物理和电气性能,例如在负温时不裂,高温时不溶解流动和绝缘电阻等。
(七)老练 封固后的电容器须要经过老练才能达到应有的质量要求。因为当将一定长度的正极铝箔卷成一定体积的电容器芯子时,正极铝箔形成的介质薄膜会有损伤,使铝箔表面露出了铝,失去介质作用。老练的作用是使损坏的氧化铝膜重新长好,所以也称作“二次形成”。它的原理是和赋能的过程一样的。老练时加在电容器的直流电压比较电容器的额定工作电压略高。
(八)检验 产品电解电容器的最后检验是经过一定电性能测试,它包括以下几个项目:①电容量,误差+50%,-20%;②损耗(tgδ)在15%以内;③漏电流的测试。电容器漏电流值按下式计算,小于按此方程式算出的值的合格。
I=KCU×10\(^{-}\)4+m
在这里I=允许漏电流值(毫安);K=测试常教,在室温时为1,在高温时为3;C=电容量(微法);U=工作电压(伏);m视电容量大小不同,当电容量小于5微法时m=0.2,电容置从8到50微法时m=0.1,超过50微法时m=0。(翟继盛)
