一种粉末混合物及其制造电解电容器的用途和方法技术

一种生产烧结粒料的方法，该粒料由难熔金属和难熔金属氮化物混合制成，发现比由难熔金属或难熔金属氮化物单独制成的那些有更高比例的内聚集孔隙，得到改善的电容器级粉末，阳极和由此制成电容器。当混合物是在５０－７５Ｗ／Ｗ％难熔金属氮化物范围时，粒料孔隙率和总侵入体积最大化。总粒料孔隙表面积相对独立于难熔金属氮化物的超过５０％浓度。由５０／５０或２５／７５Ｗ／Ｗ％难熔金属／难熔金属氮化物粉末混合物构成的基底将生产有更高的电容恢复率和较低的ＥＳＲ的固体电容器。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可用作薄膜电介质层的基底(substrate)的难熔金属粉末混合物，该层是在该基底材料上作为阳极薄膜所形成的，更具体地讲，涉及可用作供形成优质的湿式或固体电解电容器用的基底材料的钽和氮化钽粉末的或铌和氮化铌粉末的混合物。
技术介绍
氮用于改进以钽或铌作为基底材料的固体电解电容器的性能的应用是已知的。US专利5,948,447，1995年9月5日授权予H.Chang/Cabot Corp.，描述了钽或铌粉末基底的氮掺杂以减少漏电和期待在阳极氧化过程中达到限制晶体生长的有益效果。该专利进一步描述了利用氮在钽或铌中比氧具有更高溶解度通过限制氧的运动而减少漏电的功效，以及钽或铌基底的氮和氧含量的组合控制的协同效应。T.Tripp等/H.C.Starck，Inc.在专题论文集中描述了关于氮掺杂对钽基底影响的30年长期研究工作，主要是溅射钽或氮化钽的沉积层但也包括氮掺杂的粉末，并且描述了目前的工作，该工作证明氮在阻碍氧跨越金属(Ta或Nb)-阳极氧化物界面迁移的作用。另外，电容器制造商相信，大比例的内聚集孔隙是由高电容-电压(CV)粉末制造电容器所必须的。同时，开孔性有助于减少电容器等效串联电阻(ESR)。因此本专利技术的目的是提供适合在优质湿式或固体电解电容器中作为基底材料的改进的粉末混合物。本专利技术的再一目的是提供一种基底，它具有比单用难熔金属或金属氮化物粉末更大比例的内聚集孔隙。本专利技术的又一目的是提供一种由难熔金属和金属氮化物粉末混合物生产优质电解电容器的方法。本专利技术的再一目的是提供热力学稳定的的基底-阳极薄膜界面(interface)，使得该体系在热循环过程中不易发生钽-氧化钽体系劣化。专利技术概述本专利技术的以上列出的目标和其他目的以及本专利技术的优点可通过下面描述的本专利技术的实施方案来实现。本专利技术提供适合在优质电解电容器中作为基底材料的改进的粉末和制造它的方法。由钽和氮化钽粉末的掺混物制造的烧结粒料据发现比单独用钽或氮化钽制造的那些具有更高比例的内聚集孔隙。当Ta/TaN混合物介于50-75W/W％TaN范围时，粒料气孔率和总的侵入体积最大化。高于50％TaN时，总的粒料孔隙表面面积相对独立于TaN浓度。由50/50或25/75W/W％Ta/TaN混合物组成的基底将生产出具有更高电容恢复率(recovery)和更低ESR的固体电容器。对于铌和氮化铌粉末的混合物也发现类似的结果。本专利技术使用按各种已知方式衍生的钽或铌粉末并进行处理后具有极低的氧杂质含量，然后在排除难熔金属再氧化可能的反应器程序中引入氮。该程序具有多个以下定义的热处理和环境控制的阶段，以生成一种没有过量残留氮的氮化钽或氮化铌粉末化合物，并最终在惰性气氛和粉末脱气条件下冷却，结果在室温下仅仅形成有限的氧化物。本专利技术的其它目的、特征和优点将从本专利技术的优选实施方案的下列说明体现出来，其中包括该方法的实施和所获得产品的构型、组成和在试验条件下性能的非限制性例子。附图的简述附图说明图1是粒料烧结粒料孔隙大小分布与在1500℃的温度下烧结后粒料的体积增加关系的曲线图；图2是粒料烧结粒料孔隙大小分布与在1600℃的温度下烧结后粒料的体积增加关系的曲线图；图3是粒料烧结粒料孔隙大小分布与在1700℃的温度下烧结后粒料的体积增加关系的曲线图；图4是对于各种烧结温度而言，TaN浓度与总粒料孔隙面积的曲线图；图5是对于各种烧结温度而言，TaN浓度与总侵入体积的曲线图；图6是对于各种烧结温度而言，TaN浓度与粒料堆积密度(bulkdensity)的曲线图；图7是对于各种烧结温度而言，TaN浓度与粒料气孔率的曲线图；图8是对于各种烧结温度而言，TaN浓度对于总侵入体积与总孔隙面积的比率的曲线图9是烧结的粒料孔隙大小分布对于具有同样孔隙面积的粒料体积增加的曲线图；图10a是扫描电子显微照片，显示了在1550℃温度下烧结的100％Ta粒料组成物的孔隙结构；图10b是扫描电子显微照片，显示了在1650℃温度下烧结的75/25％Ta/TaN粒料组成物的孔隙结构；图10c是扫描电子显微照片，显示了在1650℃温度下烧结的50/50％Ta/TaN粒料组成物的孔隙结构；图10d是扫描电子显微照片，显示了在1700℃温度下烧结的25/75％Ta/TaN粒料组成物的孔隙结构；图10e是扫描电子显微照片，显示了在1650℃温度下烧结的100％TaN粒料组成物的孔隙结构；图11是烧结的粒料孔隙大小分布对于具有同样电容的粒料的体积增加的曲线图；图12a是扫描电子显微照片，显示了在1550℃温度下烧结的100％Ta粒料组合物的孔隙结构；图12b是扫描电子显微照片，显示了在1660℃温度下烧结的75/25％Ta/TaN粒料组合物的孔隙结构；图12c是扫描电子显微照片，显示了在1645℃温度下烧结的50/50％Ta/TaN粒料组合物的孔隙结构；图12d是扫描电子显微照片，显示了在1675℃温度下烧结的25/75％Ta/TaN粒料组合物的孔隙结构；图12e是扫描电子显微照片，显示了在1650℃温度下烧结的100％TaN粒料组合物的孔隙结构；和图13是对于Nb/NbN体系在1600℃的温度下烧结的粒料而言，粒料的烧结粒料孔隙大小分布与体积增加的曲线图。优选的实施方案钽粉通过氟钽酸钾前体的常规钠还原和粉末浸滤和筛分来生产。该粉末在1320℃预烧结30分钟并使用镁除氧以在聚集过程中除去所引入的过剩氧。在除氧过程中，大约1千克粉末与0.75W/W％Mg掺混并放置在实验室管式炉中在有钽衬层的不锈钢盘子上。该炉管抽真空，用氩气回填并加热到1000℃。这一温度保持两个小时，然后让炉冷却过夜。所获得的粉末的性能总结在表I中。表I 根据与以上所述的钽粉同样的方法生产氮化钽(TaN)粉末，并增加以下附加步骤。在炉冷却过夜之后，粉末通过将炉温提高到680℃来进一步处理，该温度是用该管内并在粉末之上悬挂的热电偶来测量的。在炉管中的压力降低至610mmHg，系统用氮气回填，直至压力回到大气压(760mmHg)为止。随着与钽反应氮不断被消耗，加入附加的氮以维持近似大气压力。在该方法进行了二十分钟之后，该压力降低至460mmHg，然后用氮气提高到760mmHg。在这一点上，该温度是710℃。再次，通过氮气添加来维持该压力在大气压附近，同时温度在下一个25分钟内提高到850℃。该压力降低至250mmHg并用氮气重新提高到760mmHg。在使用氮气添加方法维持该管中接近大气压的同时，温度在50分钟的时间内提高至1030℃。该压力然后降低至接近0mmHg，体系用氮气填充至810mmHg。该体系在这一温度和压力下维持五小时。该炉被冷却至室温，该粉末采用高电容粉末钝化循环来钝化。该粉末用稀H2SO4溶液浸滤以除去MgO、Mg2N3和任何残留Mg。酸的残余部分通过用高纯度水漂洗被除去。该粉末在60℃下干燥。该粉末进行氮含量分析，证实是化合物TaN。五氧化二铌前体经镁还原生产铌粉末。1千克粉末与22克镁掺混，并放入铌箔衬里的不锈钢盘中。将该盘子和它的内容物放进实验室管式炉中。该管用氩气吹扫。炉的温度升高至950℃和该体系在这一温度下在氩气氛中维持2小时，以使该粉末脱除氧。让该炉冷却过夜，同时维持轻微的氩气流过该管。所获得的粉末的性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由难熔金属材料制造优质电解电容器的方法，包括：将该难熔金属材料与难熔金属氮化物材料混合而形成混合物，在能够烧结混合物的温度下由该混合物形成粒料，让烧结的粒料进行阳极氧化，和由阳极氧化的粒料形成电容器。

【技术特征摘要】
US 2000-10-24 09/695,5121.一种由难熔金属材料制造优质电解电容器的方法，包括将该难熔金属材料与难熔金属氮化物材料混合而形成混合物，在能够烧结混合物的温度下由该混合物形成粒料，让烧结的粒料进行阳极氧化，和由阳极氧化的粒料形成电容器。2.权利要求1的方法，其中，难熔金属浓度是基于混合物重量的大约5％-大约70％。3.权利要求1的方法，其中，难熔金属是选自Ta和Nb。4.权利要求3的方法，其中，难熔金属浓度是基于混合物重量的大约5％-大约70％。5.权利要求3的方法，其中，难熔金属浓度是基于混合物重量的大约25％-...

【专利技术属性】
技术研发人员：TB特里普，BL考克斯，
申请(专利权)人：HC施塔克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]