基于神经网络的铝电解电容器高压阳极箔腐蚀工艺研究

摘要

高压高比容铝电解电容器是实现电子线路小型化的关键，其电容量的提高主要采用铝箔腐蚀扩面的方法来实现，但由于铝箔腐蚀扩面时工艺复杂、影响因素多，电容量的进一步提高受到限制。本论文通过对铝箔腐蚀发孔和扩孔工艺进行研究，优化腐蚀工艺参数，提高蚀孔的密度和均匀性，获得高腐蚀扩面率的高压阳极箔。
　　本研究采用正交试验、神经网络技术、扫描电子显微镜(SEM)和极化曲线分析腐蚀工艺如腐蚀温度、腐蚀液成分、电流密度、腐蚀时间等对铝箔腐蚀性能的影响规律，获得最佳腐蚀工艺参数。同时着重分析盐酸、硫酸浓度及配比等对铝箔发孔的作用机理。具体内容如下：首先，基于先前实验数据设计铝箔腐蚀工艺正交试验，初步选择工艺参数的优化范围。腐蚀发孔工艺参数范围分别为盐酸浓度0.8～1.2mol/l，硫酸浓度2.5～3.5mol/l，电流密度0.25～0.35 A/cm2，腐蚀时间50～70s，腐蚀温度73～79℃;腐蚀扩孔工艺为硝酸浓度1.8～2.2mol/l,时间11～13min，腐蚀液温度74～78℃。其次，选取影响发孔的关键因素盐酸浓度、硫酸浓度、电流密度、腐蚀时间、温度为决策变量，以铝箔腐蚀比容及折弯强度为优化目标，建立BP神经网络铝箔腐蚀工艺预测模型，并采用改进BP算法和遗传算法对数学模型进行优化，提高模型的训练速度及预测精度。研究结果表明采用GA-BP混合算法建立的预测模型可获得准确的拟合数据，能够有效地对腐蚀工艺参数进行预测。最后，利用预测模型模拟各因素不同水平下的比容及折弯强度值，获得因素最优组合方案为:盐酸1.0mol/l，硫酸2.9mol/l,电流密度0.34A/cm2，时间63s，温度75℃。同时仿真分析铝箔发孔的主要因素，包括电流密度、温度、腐蚀时间、盐酸浓度和硫酸浓度及相互作用，并结合扫描电镜、极化曲线分析阳极箔腐蚀孔形态、数量及腐蚀电位情况，分析其影响规律。铝箔在HCl-H2SO4混合酸中腐蚀时存在交互作用，在特定配比下，蚀孔的引发与抑制达到平衡，铝箔腐蚀扩面后实际比表面积最大。