生产具有电介质的多孔导电载体材料的涂层的方法技术

本发明专利技术涉及生产具有电介质（１８）的多孔导电载体材料（１）的涂层，特别是用于电容器的所述涂层的方法。所述生产方法包括以下步骤：用包含电介质（１８）的前驱体化合物和至少一种溶剂（１２）且具有沸腾温度Ｔ↓［Ｓ］和交联温度Ｔ↓［Ｎ］的溶液（２）浸润载体材料（１），在低于溶液（２）沸腾温度Ｔ↓［Ｓ］且低于溶液（２）交联温度Ｔ↓［Ｎ］的干燥温度Ｔ↓［Ｔ］下干燥用溶液（２）浸润的载体材料（１），直到大于７５重量％的溶剂（１２）蒸发。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种涂覆具有电介质的多孔导电载体材料的方法及由此生 产的涂层作为电容器中电介质的用途。许多应用中的储能为可持续t艮工作的主题。电路和电子电路的逐渐 微型化导致需要越来越少或越来越小的元件以实现该存储。因此，对于电 容器需要越来越高的电容密度。根据电容器公式其中E-能量 C =电容 U=电压e =电介质的介电常数 f0=自由空间的电容率 A=电极表面积、 d=电极间多巨，高能量密度可以通过使用具有高介电常数的电介质以及通过大的电极表面 积和短的电极间距实现。另外希望使用具有高击穿电压的电介质以实现高 的工作电压。为了生产具有高电容密度的陶瓷电容器，需要具有高介电常数的陶瓷 材料薄层。例如具有钓钬矿结构的氧化物如钬酸钡BaTi03用作陶瓷材料。膜厚度小于ljwm的这类材料的超薄膜可特别有利地以溶液形式沉积。 该方法称为化学溶液沉积(CSD)或溶胶-凝胶沉积并且详细描述于例如R. Schwartz: "Chemical Solution Deposition of Ferroelectric Thin Films"， Materials Engineering 28， Chemical Processing of Ceramics,第2版2005， 第713-742页中。此时，生产所需成分，通常是金属盐或醇化物在溶剂如 醇、羧酸、乙二醇醚或水中的溶液。将这些溶液施加于合适的基材上，然4后热分解形成所需材料。为了分解，将所述膜例如进行两步热处理。首先在空气气氛中在250-400°C的温度下通过所谓的"热解"基本上除去有机组分。然后使溶 解的无机组分交联而形成无定形陶瓷前驱体材料。在第二步中，在 600-900°C下的所谓"煅烧，，或"结晶，，使剩下的含碳组分断裂并且将所 得金属氧化物烧结形成致密陶瓷。对于舍钬酸钡的材料，通常优选其中将膜直接加热到煅烧温度的一步 法。认为高加热速率有利于产生特别致密的膜。具有特别高电容密度的陶瓷电容器的生产例如描述于WO 2006/045520 Al中。这些电容器各自含有多孔导电载体，其内外表面上尽 可能多地施加有电介质和导电层。电介质从溶液中沉积至该多孔栽体上。为此，用含有溶解形式的电<^质前驱体化合物的溶液浸润该多孔载体，并 且随后将其热处理以煅烧该前驱体化合物形成氧化物。该热处理在500-1600。C下进行。图la-ld示意性地表示现有技术的热后处理。图la显示出栽体材料在用涂覆溶液浸润后的孔空间细节。在该步中表 示的多孔栽体材料1的孔16被含有电介质前驱体化合物和至少一种溶剂的 溶液2完全填满。图lb显示出图la在高于溶液沸腾温度Ts且高于溶液交联温度TN的 温度下热处理过程中的细节。例如，热处理在250-400°C的温度下进行("热 解")。在该热处理过程中，溶剂在高于沸腾温度Ts的温度(其取决于溶液 2的组成)下沸腾。所用溶液2的常规沸腾温度Ts为80-220°C。如果当前 将浸润多孔体快速加热至超过该温度，则发生剧烈沸腾，同时形成溶剂蒸 气气泡3，其置换出孔16中的溶液2。部分溶液2从多孔载体材料中排出 并导致材料8、 11在该载体材料1外部沉积(见图lc和ld)。涂覆中损失了该材料8、 11，这要求过量使用溶液2且需要频繁重复 涂覆工艺以达到所需涂层厚度。另外，在高于交联温度TN(其同样取决于溶液2的组成)时，溶解的无 机组分发生交联。该交联可导致三维网络结构的形成及由此导致溶液2的5凝胶化，或导致颗粒生长及由此导致固体沉淀。这些反应在文献中称为"溶胶-凝胶法"。如果在大部分挥发性组分蒸发之前超过该温度，则交联4可 在整个孔16的体积内发生，因为孔16仍主要填充有溶液2。这导致所得 陶瓷前驱体材料的不希望的非均匀分布并导致材料在孔16内部固化5(见 图lc)。图lc显示出才艮据图la和lb在热处理(热解)后的细节。在大部分孔空 间16中发生交联而形成陶瓷前驱体材料5。该陶瓷前驱体材料5含有不同 尺寸的孔6。 一些陶瓷前驱体材料5在多孔载体材料外部为沉积物8的形 式。图ld显示出根据图la、lb和lc在最后热处理("煅烧")如在600-900。C 下热处理之后的细节，在该温度下进行涂覆方法。孔16的壁包括未涂覆区 域7。陶瓷膜9仅不完全地覆盖孔壁。这导致在电容器中的预期使用过程 中短路并由此导致技术元件的故障。 一些陶瓷材料作为颗粒10保留在孔 16内部。在作为电容器的应用中损失了该颗粒状材料IO，这要求过量使用 涂覆材料且需要频繁重复涂覆工艺以达到所需涂层厚度。本专利技术的目的为避免现有技术的缺点，特别是提供一种生产具有电介 质的多孔导电载体材料的连续和低缺陷涂层的方法。该涂层应尽可能达到载体材料的整个内外表面，但避免堵塞或不必要 地填充所述孔。该方法应经济并且特别是适合于生产可在具有高电容密度 的电容器中使用的涂层。还有一个目的是提供一种涂覆方法，其因在孔内外沉积陶瓷材料而减少涂覆溶液的过量使用并且通过更均匀地涂覆孔壁而减少技术元件中的短 路风险。本专利技术该目的通过一种涂覆具有电介质的多孔导电载体材料的方法实 现，所述方法具有以下步骤 用包含电介质前驱体化合物和至少一种溶剂且具有沸腾温度Ts和交联温度TN的溶液浸润载体材料，及 在低于溶液的沸腾温度Ts且低于交联温度TN的干燥温度TT下干燥用该 溶液浸润的载体材料，直到大于75重量％的溶剂蒸发。已发现现有技术的缺点可通过首先处理用涂覆溶液浸润的多孔载体材料并在既低于沸腾温度Ts又低于交联温度TN的温度下干燥而避免。 本专利技术方法包括多孔导电载体材料的浸润。使用导电载体材料另外提供的优点是因载体预先存在导电性而无需为 了金属化额外涂覆载体。因此该方法更简单且更经济，电容器更坚固且更 不易产生缺陷。合适的载体材料优选具有0.01-10m2/g，特别优选0.1-5m2/g的比表面 (BET表面)。这类栽体材料可例如由比表面(BET表面)为0.01-10m"g的粉末通过在 1-100千巴下压缩或热压缩和/或在500-1600。C，优选700-1300°C的温度下 烧结而生产。压缩或烧结有利地在由空气、惰性气体(例如氩气或氮气)或 氢气或其混合物组成的气氛中在0.001-10巴的气压下进行。有利地需要密度为理论值的30-50%以确保电容器在预期应用中具有足够 的力学稳定性以及随后在电介质涂覆中具有足够的孔比例。为了生产载体材料，可以使用所有金属粉末或金属合金，其具有优选 为至少900。C，特别优选高于1200。C的足够高的熔点且在随后加工过程中 不介入与陶资电介质的任何反应。该载体材料有利地含有至少一种金属，优选Ni、 Cu、 Pd、 Ag、 Cr、 Mo、 W、 Mn或Co和/或至少一种以此为基础的金属合金。该栽体有利地完全由导电材料组成。根据另 一有利变型，该载体由至少一种粉末形式的非金属材料组成， 其包覆有如上所述的至少一种上述金属或至少一种金属合金。优选被包覆 的非金属材料，以使在该非金属材料和电介质之间不发生导致电容器性能 受损的反应。这类非金属材料例如可以为Ah03或石墨。然而，Si02、 Ti02、 Zr02、 SiC、 SbN4或BN也合适。因其热稳定性而防止了孔分数由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涂覆具有电介质（１８）的多孔导电载体材料（１）的方法，具有以下步骤：　.用含有电介质（１８）的前驱体化合物和至少一种溶剂（１２）且具有沸腾温度Ｔ↓［Ｓ］和交联温度Ｔ↓［Ｎ］的溶液（２）浸润载体材料（１），及　.在低于溶液（２ ）沸腾温度Ｔ↓［Ｓ］且低于溶液（２）交联温度Ｔ↓［Ｎ］的干燥温度Ｔ↓［Ｔ］下干燥用溶液（２）浸润的载体材料（１），直到大于７５重量％的溶剂（１２）蒸发。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：F托马斯，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]