<Desc/Clms Page number 1>
Procéda de fabrication d'une anode pour un condensateur électroylti- que.
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une anode pour un condensateur électrolytique par frittage de poudre comprimée d'un métal formant film ainsi qu'une anode obtenue par la mise en oeuvre de ce procédé et un condensateur muni d'une telle anode.
Afin d'obtenir un condensateur à capacité aussi grande que possible par unité de volume, on s'efforce de réaliser une anode à surface aussi grande que possible. Certains métaux formant film, tels que le Ta, Nb, Ti et Zr, ont permis d'obtenir ce résultat es- sentiellement en comprimant le métal pulvérulent en un corps anodiqu< et en frittant par la suite. Pour les anodes en aluminium on est partie en règle générale, de la feuille de métal à laquelle on a donné, par attaque chimique, une surface agrandie; la compression d'aluminium suivie de frittage est connue aussi.
<Desc/Clms Page number 2>
Il est également connu que, par addition d'un composé volatil à la température de frittage, à la poudre de métal à comprimer on peut encore obtenir une augmentation de la surface anodique par le fait que la porosité est augmentée. Il s'est cependant avéré que, d'une façon générale, l'addition d'un tel composé, par exemple une colle à base d'acrylate, n'assure pas une augmentation optimale de la surface. De plus, il s'est avéré que, par l'addition d'un tel composé, l'anode avait, après frittage, une plus basse capacité et son courant de fuite était plus intense. Il est possible que ce dernier fait soit provoqué par la formation de carbures de métal tous l'effet du carbone libéré par la décomposition du composé.
Selon l'invention, on obtient une anode pour un condensa- teur électrolytique à plus faible intensité du courant de fuite et/ ou à plus grande capacité.
A cet effet, la poudre métallique est comprimée avec de la naphtaline. Apres compression du mélange en un corps anodique, il suffit d'une faible augmentation de la température ou d'introduire le corps dans une enceinte dans laquelle règne le vide pour enlever la naphtaline du corps anodique et ce dernier acquiert alors une grande porosité. A la température du frittage, auquel on procède immédiatement après, il n'existe plus de trace du composé ajouté.
Le corps anodique ainsi obtenu peut être parachevé, de ma- nière connue, en un condensateur électrolytique après que le corps anodique a été muni, par oxydation anodique (formation), d'une coucha d'oxyde faisant office de diélectrique. Comme électrolyte d'incor- poration, on peut utiliser une solution d'électrolyte liquide ou pâteuse. On peut également utiliser à cet effet un composé semi- conducteur solide tel que le MnO2 obtenu par pyrolyse de nitrate de manganèse.
A cet effet, le corps anodique formé est humecté à plusieurs reprises par une solution de nitrate de manganèse puis chauffé et, au cours de ce chauffage, du Mn02 se forme par pyrolyse* Etant donné que la pyrolyse entraîne un endommageaient de la couche diélectrique, après un tel traitement, il faut chaque fois soumettre
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
le corps anodique à une pont-formation. Au cours 4e 'oe1le-01. la couche semi-conductrice est recouverte d'une couche conductrice de l'électricité, par exemple à l'aide d'une suspension de graphite,
EMI3.2
couche qui est recouverte d'une couche ='tal11 1\1'...,Ftl quoi l'en- semble est finalement incorpore dans un Moitié?.
EMI3.3
Suivant une autre forée de réalisation du prob4dê conforme à l'invention, le corps anodique compr1lDi est fritte dans le vide à une température tout juste inférieure au point de fusion du métal, c'est-à-dire, pour de l'aluminium, à une température comprise
EMI3.4
entre 650 et 659*0.
De préférence, la partie à fritter est sainte- nue, pendant un temps assez court, au point de fusion, afin que la pastille conserve son caractère poreux, L'avantage est que le vide permet de réaliser en une se'.le opération 1µ volatilisation du composé ajouta à la poudre métallique et le frittage** @
EMI3.5
L'invention est expliquée a l'aide de quequoi et0pl3st 1.
De la poudre de tantale, à haut degré de pureté (> 99, 85j( Ta), à grandeur moyenne des particules de 50 /Il$ ..t .'luÍ4. avec en poids a) 2% de naphtaline
EMI3.6
b) 3,9% de vernis d'acrylate c) 1 % de vernis d'acrylate
EMI3.7
et on en comprime,, autour de fils de tantale d'un diamètre de 0,5 ms, des pastilles d'un diamètre de 2,9 m et d'une longueur de 4,85 un.
Le poids de poudre par anode était de a60 mi. Les pastlllini furent frittée* pendant 30 minutes à une température de 190*cp if me pression inférieure 1. < 20 x 10*5 a au.
Elles furent ensuite tOI'l\4.. pendant heur,. d xui 0,0lj( soo jusqu'à une tension de 140 volts, puis riao'" pandani 5 minutes' dans de l'eau distillée et séehées A l'air.
Le Murant de fuite fut yàeourà après 1 minute sont l4G volts dans 0,01% UN03. La capacité tut assurée dans 6% R 3 par
<Desc/Clms Page number 4>
rapport à une cathode de platine noircie.
On releva les valeurs suivantes:
EMI4.1
<tb> capacité <SEP> Résistance <SEP> en <SEP> série <SEP> courant <SEP> de <SEP> fuite <SEP> CV
<tb>
<tb> Cé <SEP> (#F) <SEP> Rs(#) <SEP> 1 <SEP> (#A) <SEP> (#FV/G).)
<tb>
<tb> a <SEP> 5,4 <SEP> 7 <SEP> 4,2 <SEP> 2990
<tb>
<tb> b <SEP> 4s4 <SEP> 8 <SEP> 3,4 <SEP> 2390
<tb>
<tb> c <SEP> 4,4 <SEP> 8 <SEP> 3,4 <SEP> 2390
<tb>
La naphtaline assure donc, par rapport à la résine d'acrylats, une augmentation de capacité et donc une augmentation de surface de 25%. ta résistance en série et l'Intensité du courant de fuite se trouvaient au même niveau.
2. De la poudre d'aluminium, à degré de pureté de 99,99% Al, et à grandeur moyenne des particules de 20 # tut mélangée avec, en poids, 12% de naphtaline et on en comprima par pastille 40 g autour d'un fil d'aluminium d'une longueur de 30 mm et d'une section de . 0,5 mm sur une longueur de 4,4 mm et jusqu'à un diamètre de 2,8 mm.
Par pastille, on avait donc 0,88 x 40 mg m 36 mg de Al.
Les pastilles turent frittées pendant 1 heure à une températursde 650 -- 655*C sous une pression inférieure à 10 x 10-5 mm
Hg. Ensuite, les pastilles furent formées dans une solution conte- nant, en poids, 2,5% de biphtalate de potassium dans de l'eau dis- tillée, sous 21 volts, et furent ensuite rincées à fond dans de . l'eau. distillée. Les pastilles furent imprégnées, dans le vide, d'une solution de Mn(NO3)2 dans sa propre eau de cristallisation, chauffées pendant 3/4 min. à 450 C, soumises à une post-formation dans une solution de biphtalate de potassium et rinces dans l'eau.
Ces opérations furent effectuées au total quatre foi , après quoi les pastilles furent plongées à trois reprises dans lle suspension de graphite et chaque fois séchées. Enfin, les pactises furent unies d'une couche métallique et incorporées dans un ottier.
<Desc/Clms Page number 5>
dea condensateurs ainsi obtenue avaient un courant defuite de 7,9 .. sous 6,4 V, une capacité de 11,4 #F, un facteur de portes
EMI5.1
t8 8,4 et une impédance, à 100 kits, de 6,7 ohms. Le produit CV pa. gramme d'aluminium était de 6650 /",.V/c.
)'une manière pratiquement identique, on a réalisé des parti- cules en partant de poudre d'aluminium de même degré de pureté.
Cette poudre fut mélangée avec, en poids, 6% de résine d'acrylate et on en comprima chaque fois 28 mg autour d'un fil d'aluminium
EMI5.2
jusou'à un diamètre de 2,8 mm sur une longueur de 3 2 em. Chaque pastille contenait donc 28 x 0094 a 2695 mg d'aluminium. Des con. dn:atears réalisés, pour le reste, de la même manière présentaient un courant de fuite non Intérieur à 9205 tuA, une capacité de 8,7 fur, un angle de pertes (tg ) de 3,3% et une impédance à 100 kHz de 1,2 ohm. Le produit CV par gramme d'aluminium était
EMI5.3
de 6900 yUF.V/g.
3. On mélange de l'aluminium, à degré de pureté de 99999% Al et à grandeur moyenne des particules de 20 #, avec, en poids, 12% de naphtaline et de ce mélange on comprime par pastille 40 gram- mea autour d'un fil d'aluminium d'une longueur de 30 mm et d'un dia- mètre de 0,5 mm sur une longueur de 4,4 mm et jusqu'à un diamètre de 2,8 mm. Le degré de compression, c'est-à-dire le pourcentage
EMI5.4
de la densité apparente du corps comprimé à la densité de l'alum1n1# compact fêtait de 49$* Les pastilles furent frittées pendant une heu- re à l'une des températures suivantes: 655*C, 650*Cl 625*C, 6000C et 500 C sous une pression inférieure à 10 x lfl' mm Hg. à chaque température on a fritte 20 pastilles.
Ensuite, les pastilles fu- rent formées dans une solution contenant, en poids, 2,5% de biphta- late de potassium dans l'eau distillée sous 21 volts pendant un temps tel que l'on obtint le courant de formation d'intensité la
EMI5.5
plus basse possible, puis elles furent rincées dans l'eau désioniséé.
Les pastilles turent imprégnées dans le vide d'une solution de
<Desc/Clms Page number 6>
Mn(NO3)2 dans sa propre eau cristalline et ensuite on Mesura, dans la même solution, la capacité et le facteur de pertes (go 6).
Pour les pastilles frittées à 655*Ce on releva une capacité de 16,3 # 0,6 #F et un facteur de pertes de 26,7# 1,3%,pour les pastilles frittées à 650 C, ces valeurs étaient respectivement de 16,2 t 0,7 #F et 25,4 t 1,3%. Pour les pastilles frittées à 625 C, on a trouvé les valeurs de 17,8# 1,2 #F et 27,6 t 1,2%.
Onze des vingt pastilles frittées à 600 C avaient une capaci- té inférieure à 0,2 #F et un facteur de pertes tg# d'unevaleur sl élevée qu'il était pratiquement impossible de la mesurer, Les neuf autres pastilles avaient une capacité de 17,5 # 1,3 #F et un facteur de pertes tg# de 25,9 t 1,4%. Les vingt pastilles frittées à 500*C s'effritèrent toutes du fil à leur sortie du four de frit- tage et ne furent donc pas formées, ni imprégnées, ni mesurées.
<Desc / Clms Page number 1>
Process of manufacturing an anode for an electroyltic capacitor.
The invention relates to a method of manufacturing an anode for an electrolytic capacitor by sintering compressed powder of a metal forming a film as well as an anode obtained by carrying out this method and a capacitor provided with such an anode. .
In order to obtain a capacitor with as large a capacity as possible per unit volume, efforts are made to produce an anode with as large an area as possible. Certain film-forming metals, such as Ta, Nb, Ti, and Zr, have accomplished this essentially by compressing the powdered metal into an anodic body and subsequently sintering. For aluminum anodes, as a general rule, the metal sheet has been given, by chemical attack, an enlarged surface; aluminum compression followed by sintering is also known.
<Desc / Clms Page number 2>
It is also known that, by adding a volatile compound at the sintering temperature, to the metal powder to be compressed, it is still possible to obtain an increase in the anode surface due to the fact that the porosity is increased. However, it has been found that, in general, the addition of such a compound, for example an acrylate-based glue, does not ensure an optimum increase in the surface area. In addition, it was found that, by the addition of such a compound, the anode had, after sintering, a lower capacity and its leakage current was more intense. It is possible that the latter fact is caused by the formation of metal carbides all the effect of the carbon released by the decomposition of the compound.
According to the invention, an anode is obtained for an electrolytic capacitor with a lower intensity of the leakage current and / or with a higher capacity.
For this purpose, the metal powder is compressed with mothballs. After compressing the mixture into an anode body, it suffices to a slight increase in temperature or to introduce the body into an enclosure in which there is a vacuum to remove the mothballs from the anode body and the latter then acquires a high porosity. At the sintering temperature, which is carried out immediately afterwards, there is no longer any trace of the compound added.
The anode body thus obtained can be finished, in a known manner, into an electrolytic capacitor after the anode body has been provided, by anodic oxidation (formation), with an oxide coating acting as a dielectric. As the incorporating electrolyte, a liquid or pasty electrolyte solution can be used. A solid semiconductor compound such as MnO2 obtained by pyrolysis of manganese nitrate can also be used for this purpose.
For this purpose, the anode body formed is wetted several times with a solution of manganese nitrate and then heated and, during this heating, MnO 2 is formed by pyrolysis * Since pyrolysis causes damage to the dielectric layer, after such treatment, it is necessary each time to submit
<Desc / Clms Page number 3>
EMI3.1
the anode body to a bridge-formation. During 4th 'oe1le-01. the semiconductor layer is covered with an electrically conductive layer, for example using a graphite suspension,
EMI3.2
layer which is covered with a layer = 'tal11 1 \ 1' ..., Ftl which the whole is finally incorporated in a Half ?.
EMI3.3
According to another drilled embodiment of the prob4dê according to the invention, the anode body compr1lDi is sintered in vacuum at a temperature just below the melting point of the metal, that is to say, for aluminum, at a temperature included
EMI3.4
between 650 and 659 * 0.
Preferably, the part to be sintered is holy, for a fairly short time, at the melting point, so that the pellet retains its porous character. The advantage is that the vacuum makes it possible to carry out the 1µ operation in a single step. volatilization of the compound added to the metal powder and sintering ** @
EMI3.5
The invention is explained with the help of quequoi et0pl3st 1.
Tantalum powder, high degree of purity (> 99.85j (Ta), average particle size of 50 / Il $ ..t .'luÍ4. With by weight a) 2% naphthalene
EMI3.6
b) 3.9% acrylate varnish c) 1% acrylate varnish
EMI3.7
and compressed, around tantalum wires with a diameter of 0.5 ms, pellets with a diameter of 2.9 m and a length of 4.85 m.
The weight of powder per anode was 60 mi. The pastilles were sintered * for 30 minutes at a temperature of 190 * cp if the pressure was lower 1. <20 x 10 * 5 a au.
They were then tOI'l \ 4 .. for hours ,. d xui 0,0lj (soo up to a voltage of 140 volts, then riao '"pandani 5 minutes' in distilled water and air dry.
The leakage murant was yàeourà after 1 minute are l4G volts in 0.01% UN03. The capacity is ensured in 6% R 3 by
<Desc / Clms Page number 4>
compared to a blackened platinum cathode.
The following values were noted:
EMI4.1
<tb> capacitance <SEP> Resistance <SEP> in <SEP> series <SEP> current <SEP> of <SEP> leakage <SEP> CV
<tb>
<tb> Cé <SEP> (#F) <SEP> Rs (#) <SEP> 1 <SEP> (#A) <SEP> (# FV / G).)
<tb>
<tb> a <SEP> 5.4 <SEP> 7 <SEP> 4.2 <SEP> 2990
<tb>
<tb> b <SEP> 4s4 <SEP> 8 <SEP> 3,4 <SEP> 2390
<tb>
<tb> c <SEP> 4.4 <SEP> 8 <SEP> 3.4 <SEP> 2390
<tb>
Naphthalene therefore provides, compared with acrylate resin, an increase in capacity and therefore an increase in surface area of 25%. your series resistance and the intensity of the leakage current were at the same level.
2. Aluminum powder, with a degree of purity of 99.99% Al, and with an average size of particles of 20 # tut mixed with, by weight, 12% of naphthalene and 40 g of it were compressed into around 40 g. 'an aluminum wire with a length of 30 mm and a section of. 0.5mm over a length of 4.4mm and up to a diameter of 2.8mm.
Per pellet, we therefore had 0.88 x 40 mg m 36 mg of Al.
The pellets were sintered for 1 hour at a temperature of 650 - 655 * C under pressure less than 10 x 10-5 mm
Hg. Next, the pellets were formed in a solution containing, by weight, 2.5% potassium biphthalate in distilled water, at 21 volts, and were then rinsed thoroughly in Hg. the water. distilled. The pellets were impregnated, in vacuum, with a solution of Mn (NO3) 2 in its own water of crystallization, heated for 3/4 min. at 450 C, post-formed in a solution of potassium biphthalate and rinsed in water.
These operations were carried out in total four times, after which the pellets were dipped three times in the graphite suspension and each time dried. Finally, the pactises were united with a metallic layer and incorporated in an ottier.
<Desc / Clms Page number 5>
The capacitors thus obtained had a leakage current of 7.9 .. at 6.4 V, a capacity of 11.4 #F, a gates factor
EMI5.1
t8 8.4 and an impedance, at 100 kits, of 6.7 ohms. The product CV pa. gram of aluminum was 6650 /",.V/c.
In a practically identical manner, particles were made starting from aluminum powder of the same degree of purity.
This powder was mixed with, by weight, 6% acrylate resin and each time 28 mg were compressed around an aluminum wire.
EMI5.2
up to a diameter of 2.8 mm over a length of 3 2 em. Each pellet therefore contained 28 x 0094 to 2695 mg of aluminum. Assholes. dn: atears carried out, for the rest, in the same way had a non-internal leakage current at 9205 tuA, a capacitance of 8.7 fur, a loss angle (tg) of 3.3% and an impedance at 100 kHz 1.2 ohm. The CV product per gram of aluminum was
EMI5.3
of 6900 yUF.V / g.
3. Aluminum, with a degree of purity of 99999% Al and an average size of particles of 20 #, is mixed with, by weight, 12% of naphthalene and of this mixture 40 grams are compressed per pellet around d. aluminum wire with a length of 30 mm and a diameter of 0.5 mm by a length of 4.4 mm and up to a diameter of 2.8 mm. The degree of compression, i.e. the percentage
EMI5.4
from the bulk density of the compressed body to the density of alum1n1 # compact celebrated $ 49 * The pellets were sintered for one hour at one of the following temperatures: 655 * C, 650 * Cl 625 * C, 6000C and 500 ° C. under a pressure of less than 10 x 1 µm Hg. 20 pellets were sintered at each temperature.
Then the pellets were formed in a solution containing, by weight, 2.5% potassium biphthalate in distilled water at 21 volts for such time as to obtain the intensity forming current. the
EMI5.5
lowest possible, then they were rinsed in deionized water.
The pellets were impregnated in a vacuum with a solution of
<Desc / Clms Page number 6>
Mn (NO3) 2 in its own crystalline water and then we measure, in the same solution, the capacity and the loss factor (go 6).
For the pellets sintered at 655 * Ce, a capacity of 16.3 # 0.6 #F and a loss factor of 26.7 # 1.3% was noted, for the pellets sintered at 650 C, these values were respectively 16.2 t 0.7 #F and 25.4 t 1.3%. For the pellets sintered at 625 ° C, the values of 17.8 # 1.2 #F and 27.6 t 1.2% were found.
Eleven of the twenty pellets sintered at 600 C had a capacity of less than 0.2 #F and a loss factor tg # of a high sl value that it was practically impossible to measure. The other nine pellets had a capacity of 17.5 # 1.3 #F and a loss factor tg # of 25.9 t 1.4%. The twenty pellets sintered at 500 ° C all crumbled from the wire as they left the frying oven and were therefore not formed, impregnated, or measured.