技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種金屬化薄膜制作方法，屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為威脅人類生存的全球化問題，發(fā)展新能源是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路，中國(guó)應(yīng)該加快開發(fā)利用新能源的步伐，大力發(fā)展新能源，逐步實(shí)現(xiàn)從常規(guī)能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。
用新能源逐步取代傳統(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電將是今后電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，新能源發(fā)電主要包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電等方面。
城市軌道交通是指具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)的交通方式，包括地鐵、輕軌、磁懸浮、快軌、有軌電車、新交通系統(tǒng)等。因此，在城市軌道交通技術(shù)領(lǐng)域中綜合利用新能源也成為未來城市軌道交通的發(fā)展需求。
新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來源，新能源汽車包括混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車、氫發(fā)動(dòng)機(jī)汽車、其他新能源（如高效儲(chǔ)能器、二甲醚）汽車等各類別產(chǎn)品。
無論是新能源發(fā)電、新能源汽車還是城市軌道交通等領(lǐng)域，最終都是要電力設(shè)備來驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)換或?qū)崿F(xiàn)，在電力設(shè)備中，電容器作為儲(chǔ)能元件是其中的重要部件，尤其是在新能源作為非常規(guī)能源，在其綜合利用過程中，對(duì)傳統(tǒng)的電力設(shè)備尤其是電容器在體積、耐壓、耐溫、耐電流沖擊、可靠性、使用時(shí)間上有很高的要求，目前國(guó)際上以金屬化薄膜電容器最符合其要求，這方面最關(guān)鍵性的材料就是金屬化薄膜。
現(xiàn)有金屬化薄膜在自愈時(shí)容易發(fā)生多層介質(zhì)連續(xù)擊穿造成大面積灼傷的現(xiàn)象，為避免該情況的發(fā)生，通常設(shè)計(jì)若干規(guī)則排列的極板單元，每一個(gè)極板單元通過安全熔絲連接周圍的極板單元，其具有的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)任一極板單元發(fā)生擊穿時(shí)，即電容器薄膜兩極之間發(fā)生短路，從而放電并產(chǎn)生電弧，由于安全熔絲區(qū)域的載流量較小，因此會(huì)優(yōu)先于極板單元而發(fā)生熔斷，從而避免金屬化薄膜被擊穿；但是，當(dāng)安全熔絲熔斷后該區(qū)域仍存在疵點(diǎn)，一旦該區(qū)域電流或電壓達(dá)到一定程度，該疵點(diǎn)附件區(qū)域?qū)⒈粨舸懦龃罅康臒崃?，易?duì)絕緣薄膜造成機(jī)械性損傷，降低金屬化薄膜的使用壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種金屬化薄膜制作方法，具體技術(shù)方案如下：
一種金屬化薄膜制作方法，包括以下步驟：
步驟一、金屬絲的制作
將鋁錠、錫錠、鈉錠、鉀錠和金屬硅粉置入熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉成制成合金熔液，熔煉過程中需要通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣，當(dāng)合金熔液的溫度達(dá)到950℃±5℃時(shí)，再通過連鑄法和拉絲工藝制成金屬絲；
步驟二、真空鍍膜
通過真空鍍膜機(jī)中的送絲機(jī)構(gòu)將金屬絲送入蒸發(fā)坩堝中，金屬絲在蒸發(fā)坩堝中從金屬熔液變?yōu)榻饘僬魵?，金屬蒸氣在鍍膜室中?duì)絕緣基膜進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)制成原料膜，原料膜經(jīng)過分切后即制成金屬化薄膜。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟一中鋁錠的質(zhì)量:錫錠的質(zhì)量:鈉錠的質(zhì)量:鉀錠的質(zhì)量: 金屬硅粉的質(zhì)量=(80~82):(31~33):(7.3~7.6):(3.5~3.7):(0.22~0.28)。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟二中蒸發(fā)坩堝的外部還設(shè)置有安裝槽，安裝槽中設(shè)置有超聲波發(fā)生器和絕緣油；在進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)時(shí)，超聲波發(fā)生器的頻率為30.8~31.6KHz。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述金屬絲中Na的重量百分比為a，5.98%≤a≤6%；所述金屬絲中K的重量百分比為b，2.87%≤b≤2.92%；2＜a/b＜2.1。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述金屬絲中Si的重量百分比為c，0.18%≤c≤0.22%，40＜(a+b)/c＜50。
作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟一中金屬硅粉的純度為99.9%以上，金屬硅粉的粒徑小于50μm。
本發(fā)明的有益效果：該金屬化薄膜的自愈能量低，發(fā)熱量小，自愈時(shí)間很短，自愈的靈敏性很高，對(duì)疵點(diǎn)隔離優(yōu)良，對(duì)疵點(diǎn)附近的絕緣介質(zhì)損傷小，即使該金屬化薄膜的金屬層不設(shè)計(jì)安全熔絲，當(dāng)絕緣介質(zhì)由于疵點(diǎn)導(dǎo)致其被擊穿時(shí)，該金屬化薄膜也能夠良好的自愈，避免發(fā)生多層絕緣介質(zhì)連續(xù)擊穿造成大面積灼傷的現(xiàn)象，該金屬化薄膜的使用壽命高，安全性好。當(dāng)該金屬化薄膜在85~100℃的高溫環(huán)境下使用時(shí)，由于該金屬化薄膜能夠快速自愈且發(fā)熱量低，高溫環(huán)境對(duì)該金屬化薄膜的影響小。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1
將80Kg的鋁錠、31Kg的錫錠、7.3Kg的鈉錠、3.5Kg的鉀錠和0.22Kg純度為99.9%且粒徑小于50μm的金屬硅粉置入熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉成制成合金熔液，熔煉過程中需要通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣，當(dāng)合金熔液的溫度達(dá)到950℃±5℃時(shí)，再通過連鑄法和拉絲工藝制成金屬絲；該金屬絲中Na的重量百分比（單個(gè)組分占總組分的質(zhì)量百分比）為a，a=5.98%，金屬絲中K的重量百分比為b，b=2.87%，a/b=2.09；金屬絲中Si的重量百分比為c，c=0.18%，(a+b)/c=49；該金屬絲的熔點(diǎn)為415~435℃。
通過真空鍍膜機(jī)中的送絲機(jī)構(gòu)將上述金屬絲送入蒸發(fā)坩堝中，金屬絲在蒸發(fā)坩堝中從金屬熔液變?yōu)榻饘僬魵?；其中，蒸發(fā)坩堝的外部還設(shè)置有安裝槽，安裝槽中設(shè)置有超聲波發(fā)生器和絕緣油；在進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)時(shí)，超聲波發(fā)生器的頻率為30.8KHz，在絕緣油的作用下，蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液處于振動(dòng)狀態(tài)；金屬蒸氣在鍍膜室中對(duì)絕緣基膜進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)制成原料膜，原料膜經(jīng)過分切后即制成金屬化薄膜。
實(shí)施例2
將81.3Kg的鋁錠、32.3Kg的錫錠、7.5Kg的鈉錠、3.6Kg的鉀錠和0.25Kg純度為99.9%且粒徑小于50μm的金屬硅粉置入熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉成制成合金熔液，熔煉過程中需要通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣，當(dāng)合金熔液的溫度達(dá)到950℃±5℃時(shí)，再通過連鑄法和拉絲工藝制成金屬絲；該金屬絲中Na的重量百分比為a，a=6%，金屬絲中K的重量百分比為b，b=2.88%，a/b=2.08；金屬絲中Si的重量百分比為c，c=0.2%，(a+b)/c=44.4；該金屬絲的熔點(diǎn)為413~431℃。
通過真空鍍膜機(jī)中的送絲機(jī)構(gòu)將上述金屬絲送入蒸發(fā)坩堝中，金屬絲在蒸發(fā)坩堝中從金屬熔液變?yōu)榻饘僬魵?；其中，蒸發(fā)坩堝的外部還設(shè)置有安裝槽，安裝槽中設(shè)置有超聲波發(fā)生器和絕緣油；在進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)時(shí)，超聲波發(fā)生器的頻率為31KHz，在絕緣油的作用下，蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液處于振動(dòng)狀態(tài)；金屬蒸氣在鍍膜室中對(duì)絕緣基膜進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)制成原料膜，原料膜經(jīng)過分切后即制成金屬化薄膜。
實(shí)施例3
將82Kg的鋁錠、33Kg的錫錠、7.6Kg的鈉錠、3.7Kg的鉀錠和0.28Kg純度為99.9%且粒徑小于50μm的金屬硅粉置入熔煉爐內(nèi)進(jìn)行熔煉成制成合金熔液，熔煉過程中需要通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣，當(dāng)合金熔液的溫度達(dá)到950℃±5℃時(shí)，再通過連鑄法和拉絲工藝制成金屬絲；該金屬絲中Na的重量百分比為a，a=6%，金屬絲中K的重量百分比為b，b=2.92%，a/b=2.05；金屬絲中Si的重量百分比為c，c=0.22%，(a+b)/c=40.4；該金屬絲的熔點(diǎn)為410~430℃。
通過真空鍍膜機(jī)中的送絲機(jī)構(gòu)將上述金屬絲送入蒸發(fā)坩堝中，金屬絲在蒸發(fā)坩堝中從金屬熔液變?yōu)榻饘僬魵?；其中，蒸發(fā)坩堝的外部還設(shè)置有安裝槽，安裝槽中設(shè)置有超聲波發(fā)生器和絕緣油；在進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)時(shí)，超聲波發(fā)生器的頻率為31.6KHz，在絕緣油的作用下，蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液處于振動(dòng)狀態(tài)；金屬蒸氣在鍍膜室中對(duì)絕緣基膜進(jìn)行真空蒸鍍作業(yè)制成原料膜，原料膜經(jīng)過分切后即制成金屬化薄膜。
在上述實(shí)施例中，在金屬絲的制作過程中，連鑄法即是合金熔液不斷地通過水冷結(jié)晶器，凝成硬殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝過程。坯料再通過拉絲工藝制成金屬絲。通過連鑄法和拉絲工藝制成的金屬絲，接頭少，避免因?yàn)楹附咏饘俳z導(dǎo)致金屬絲中的Na、K和Sn含量變化。
超聲波發(fā)生器產(chǎn)生頻率為30.8~31.6KHz的超聲波在絕緣油的傳遞下使得蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液處于振動(dòng)狀態(tài)，蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液不但能產(chǎn)生氣泡，氣泡將隨著超聲振動(dòng)而逐漸生長(zhǎng)和增大，然后又突然破滅和分裂，分裂后的氣泡又連續(xù)生長(zhǎng)和破滅；這些氣泡急速崩潰時(shí)在氣泡內(nèi)產(chǎn)生了高溫高壓，且因氣泡周圍的液體高速?zèng)_入氣泡而在氣泡附近的液體中產(chǎn)生了強(qiáng)烈的局部激波，從而產(chǎn)生了超聲的粉碎、“混合攪拌”作用，并且在超聲波的掃頻作用下，金屬熔液形成回流，使得未蒸發(fā)的金屬熔液以及臨界狀態(tài)的金屬熔液各組分混合均勻，避免熔沸點(diǎn)較低的Na、K和Sn提前蒸發(fā)，同時(shí)避免蒸發(fā)坩堝的底部沉積大量的Al，保證蒸鍍后形成的金屬層中的各成分含量與金屬絲的各成分含量相等。絕緣油采用合成絕緣油，絕緣油作為超聲波傳遞的介質(zhì)，并且絕緣油不影響蒸發(fā)坩堝的使用，避免蒸發(fā)坩堝發(fā)生短路。超聲波發(fā)生器的輸出功率根據(jù)蒸發(fā)坩堝的面積來算，超聲波發(fā)生器的輸出功率保持在0.3~0.5W每平方厘米。超聲波發(fā)生器的輸出功率選擇偏小，則影響蒸發(fā)坩堝中金屬熔液的振動(dòng)程度，造成鍍膜時(shí)間偏長(zhǎng)，影響生成效率，超聲波發(fā)生器的輸出功率選擇偏大，蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液振動(dòng)劇烈，加速Na、K和Sn的流失，影響鍍膜質(zhì)量。蒸發(fā)坩堝中的金屬熔液蒸發(fā)后在絕緣介質(zhì)上沉積形成金屬層即為原料膜，金屬層的成分與金屬絲相同。
所述金屬絲中由于添加了低熔沸點(diǎn)的Na、K和Sn，尤其是Sn的含量相對(duì)較高，使得金屬絲的熔點(diǎn)相對(duì)于純鋁絲來說顯著降低；該金屬絲是混合物，故沒有確定的熔點(diǎn)值，但有一個(gè)熔點(diǎn)范圍為410~435℃，相對(duì)于純鋁的熔點(diǎn)為660℃來說，該金屬絲熔點(diǎn)低，由此可知，金屬絲熔化、氣化時(shí)所需的能量相對(duì)于純鋁絲來說顯著降低。Na和K易氧化，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)氣避免Na和K氧化。Na和K的總含量不能過低，否則會(huì)影響到后續(xù)的低能量自愈；Na和K的總含量較高則會(huì)使得金屬絲的機(jī)械性能變差，金屬絲變軟；Na和K按照2~2.1的比例不但能進(jìn)一步促使金屬絲的熔點(diǎn)降低，而且還能其形成鈉鉀合金，影響金屬絲成型。通過加入微量的Si，可解決由于加了Na和K導(dǎo)致其機(jī)械性能降低的缺陷，使得金屬絲具有優(yōu)越的耐磨性能；但是，Si不易蒸發(fā)且Si是半導(dǎo)體，其含量不能過高影響后續(xù)金屬化薄膜自愈；因此必須根據(jù)Na和K的總含量來確定Si的加入量。
利用該金屬絲蒸鍍制成的金屬層，當(dāng)金屬層存在疵點(diǎn)時(shí)，該金屬層放電自愈的過程是：電流通過金屬層時(shí)，由于疵點(diǎn)呈現(xiàn)半導(dǎo)體性或絕緣性，離疵點(diǎn)越近的區(qū)域，其電流密度越大，在金屬化電極離疵點(diǎn)很近的區(qū)域中，電流密度急劇上升到其焦?fàn)枱崮軐⒃搮^(qū)金屬化層的熔化，引起電極間在此處飛弧，電弧很快蒸發(fā)和拋散掉該處熔融金屬，形成無金屬層的絕緣隔離區(qū)，電弧熄滅，實(shí)現(xiàn)自愈。其中，在熔融金屬蒸發(fā)過程中，由于Na和K的熔沸點(diǎn)很低，其次是Sn，最后是Al，熔融金屬中的范德華力呈梯次被破壞，不但Na、K和Sn先蒸發(fā)，使得該區(qū)域形成高阻區(qū)，進(jìn)一步促進(jìn)Al蒸發(fā)，蒸發(fā)所需的能量進(jìn)一步降低，并且，高阻區(qū)是環(huán)繞著疵點(diǎn)形成的，因此高阻區(qū)面積較小；該過程中蒸發(fā)時(shí)間短即自愈時(shí)間很短，自愈的靈敏性很高，對(duì)疵點(diǎn)隔離優(yōu)良，對(duì)疵點(diǎn)附近的絕緣介質(zhì)損傷小，并且由于金屬層是由金屬絲蒸鍍形成的，相對(duì)于純鋁金屬層來說，該金屬層自愈能量較小，能夠避免發(fā)生多層絕緣介質(zhì)連續(xù)擊穿造成大面積灼傷的現(xiàn)象。
由于金屬層的成分中添加了微量的Si，使得金屬層具有優(yōu)越的耐磨性能，在分切和后續(xù)裝配過程中不易被劃傷，保證該金屬化薄膜能夠良好的自愈。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。