Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.27.06 – технологія, обладнання та виробництво електронної техніки. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2006.
В дисертаційній роботі розроблено нові математичні та структурну моделі поверхневої мікроструктури алюмінієвої конденсаторної фольги для розрахунку її питомої ємності. Розроблена структурна модель враховує геометричні розміри комірок оксиду алюмінію, які задають розміри пор, утворених в процесі травлення, та дозволяє прогнозувати цей процес.
Розроблену нову технологію імпульсного травлення анодної фольги, яка дозволяє отримати значення питомої ємності не менше, ніж 170 мкФ/см2 при напрузі формування 10 В. Встановлено, що процес травлення необхідно проводити на вертикальній ділянці ванни, використовуючи ультразвукову очистку пор від продуктів травлення та короткочасну подачу імпульсу іншої полярності для більш рівномірного витравлювання, забезпечуючи рівномірність утворення пор та досягнення ними заданого розміру.
Удосконалено схему заміщення алюмінієвого електролітичного конденсатора, яка враховує не лише активну, але й реактивну складову електропровідності електролітів.
Показано, що для збільшення питомої ємності фольги необхідно модифікувати її поверхневу мікроструктуру шляхом багатоступеневого формування анодної фольги з добавкою іонів легуючих металів (титану, вольфраму) до формувального електроліту та відпалу, що дозволило підвищити діелектричну проникність оксидного шару від 25 до 40 в залежності від кількості ступенів формування.
Розроблено нову математичну модель поверхневої мікроструктури алюмінієвої конденсаторної фольги, яка враховує діаметри та щільність розташування поверхневих пор. Встановлено, що для опису реальної поверхні алюмінієвої фольги необхідно використовувати структурну модель, яка враховує геометричні розміри комірок оксиду алюмінію, які є основою для пор травлення та впливають на їх діаметр.
Для розроблених моделей поверхневої мікроструктури алюмінієвої конденсаторної фольги виявлені величини граничних питомих ємностей. Нечіткість екстремуму граничних ємностей пояснює можливість отримувати фольгу багатьма методами. При порівнянні величин питомої ємності, розрахованими за розробленими моделями з кращими зразками закордонних фірм, показано, що традиційні технології модифікації поверхневої мікроструктури практично не мають резерву розвитку питомої ємності фольги. Для досягнення максимальної питомої ємності необхідно враховувати виявлені закономірності в запропонованій моделі. Проведений аналіз технологій отримання пористої фольги та обчислених значень показує, що доцільно виготовляти фольгу з алюмінію з наскрізними порами.
Удосконалено схему заміщення алюмінієвого електролітичного конденсатора, яка враховує не лише активну, але й реактивну складову електропровідності електролітів. Встановлено, що робочі електроліти на базі розчинника етиленгліколю мають активний опір 40-1600 Омсм, а реактивний опір, як показують розрахунки, лежить в межах від 2 до 200 Омсм.
З метою визначення впливу на питому ємність різних факторів електрохімічної обробки при імпульсному режимі травлення, досліджено технологічні процеси травлення фольги. Визначені режими травлення на імпульсному струмі в розчинах хлориду натрію (температура розчину 85 – 90С, густина струму – 2,25±0,25 А/см2, концентрація хлориду натрію – 180 – 220 г/л, час травлення – 63 – 67 с, частота травлення для низьковольтної фольги – 123±1 Гц, щілинність струму – 11,5±0,5), при яких отримано фольгу, конкурентноздатну на світовому ринку. Виявлено зв’язок розмірів пор та їх кількості з режимами травлення.
Досліджено динаміку травлення фольги при проходженні нею ванни травлення в існуючих машинах травлення. Відповідно отриманим даним розроблено нову конструкцію ванни травлення, яка передбачає травлення фольги на обмеженій ділянці ванни для того, щоб отримувати конкурентноздатну анодну фольгу на першій стадії модифікації.
Встановлено, що на сучасному етапі розвитку техніки, найбільш перспективним шляхом подальшого збільшення питомої ємності фольги і, відповідно, ємності конденсаторів є збільшення діелектричної проникності оксидного шару за рахунок:
добавки іонів інших металів (титану, вольфраму) в процесі формування;
зміни складу матеріалу фольги: використання сплавів алюмінію з іншими металами, оксиди яких мають вищу діелектричну проникність.
7. Удосконалено багатоступеневу машину формування, що має модульний принцип побудови, в яку додатково введені модулі відпалу на кожній ступені, що дозволило підвищити питому ємність фольги на 20-40% внаслідок зникнення гідроксильних груп та утворення стабільнішого з’єднання алюмінію з киснем.
Публікації автора:
Гордієнко Г.Ф., Гавронський В.Є. Дослідження граничних значень величин питомої ємності конденсаторів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2001. – № 2. – С. 16 – 23.
Гордієнко Г.Ф., Гавронський В.Є. Дослідження математичної моделі алюмінієвих електролітичних конденсаторів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2001. – № 4. – С. 92 – 94.
Гордієнко Г.Ф., Гавронський В.Є. Дослідження моделей утворення ємності алюмінієвої фольги при тунельному травленні // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – 2002. – № 1. – С. 26 – 29.
Гавронський В.Є. Проблеми покращення об’ємно – масових показників конденсаторів // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2003.-№ 1. – С. 206 – 209.
Гавронський В.Є. Дослідження впливу параметрів електрохімічної обробки на питому ємність фольги при імпульсному режимі травлення // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2004. – № 1. – С. 164 – 168.
Гавронський В.Є. Про перспективні схеми машин травлення та формовки алюмінієвої фольги для електролітичних конденсаторів // Вісник Технологічного університету Поділля. – 2004. – № 2. – С. 184 – 190.
Гордієнко Г.Ф., Гавронський В.Є. Актуальність, стан і перспективи розвитку вакуумних технологій при виробництві електролітичних конденсаторів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах: Збірник наукових праць. – Хмельницький: Технологічний університет Поділля, 2002, том 1. – С. 175 – 179.
Гавронський В.Є., Гордієнко Г.Ф. Дослідження моделі абсорбції і її вплив на ємність конденсаторів // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2003. – № 6. С. 165 – 169.
Пат. 56058 А Україна, МКІ H01G9/00. Спосіб травлення фольги для конденсаторів і ванна для його здійснення: Пат. 56058 А Україна, МКІ H01G9/00/. Гордієнко Г.Ф., Гавронський В.Є. – № 2002097610; Заявл. 23.09.2003; Опубл. 15.04.2004, бюл. № 4. – 2 с.
