CN1108036A - 生产改进钽粉的方法和由此制作的高电容低漏电电级 - Google Patents

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Abstract

一种生产电容器级粉末、电极和由此制成具有低 漏电特性的电容器的方法。这种粉末是由第V-B 族基体材料与500～7000ppm氮量和700～ 3000ppm氧量反应而制备的。与由未掺杂的材料制 备的电极和制成的电容器相比，漏电在100伏或100 伏以上阳极氧化处理的电极降低至少28％。对于烧 结温度为1400～1800℃的比电荷可高达 25000μFV/g。

Description

本发明涉及一种选自能与氮和氧反应的周期表第V-B族的基体材料而生产电容器级粉末的方法，由该方法制得的粉末;以及由这种粉末制造并在100伏或100伏以上电压下阳极氧化处理的固体电极。在比电荷高达25000μFV/g范围内都可得到改进的漏电特性。
由电容器级粉末得到的电容器或电极，其性能特点以比电荷和漏电流表示。比电荷通常以μFV/g表示，它是电容器电容量的度量标准，并且一般与以烧结和阳极氧化处理颗粒状粉末的表面积成正比。漏电一般用单位nA/μFV或10-3μA/μFV表示，它是电容器保持比电荷好坏的标志。具有改进的漏电特性的电容器被认为具有较高的可靠性。
人们熟知，已制成的电容器的性能特性可受到用于制造该电容器的粉末的化学和物理特性的影响。含氧量高于300ppm（重量）的基体粉末在烧结与阳极氧化时常常会在介电膜中生成像裂纹的结晶体，这种裂纹可使电流通过介电膜，产生具有过量漏电和过早损坏的部分。对于阳极氧化处理电压为100伏或100伏以上的高可靠性电容器，这种裂纹生成的可能性增加。
曾作过各种努力通过少量的改性剂与基体材料粉末反应以改进所制成的电容器的性能特性。曾使用许多添加剂或“掺杂剂”，其中包括氮、硅、磷、硼、碳和硫。
US  4154609便是作出这种努力的一个例子，该专利公开了在1600℃烧结之前，往钽金属粉末中添加诸如氮化硼之类的无机润滑剂。公开的烧结温度范围为1550～1850℃。烧结和阳极氧化处理颗粒的电试验，得到平均漏电值的降低为0.15～0.26nA/μFV。这表明，与未掺杂的对照相比漏电降低达4～38%。平均比电荷值也可达到7050～7035μFV/g。
在US    4544403中，钽基材料掺杂一定量的至少两种选自于碳、硫和氮中的添加剂。以重量计可使用的量高达1632ppm组合掺杂剂。因热处理使粉末聚结，可破碎到粒度约-35目。烧结的阳极在阳极氧化处理电压为100伏时平均漏电值降低达24～28%。对于相同的阳极氧化处理电压，公开的平均比电荷值为9564～约20237μFV/g。对于阳极氧化处理电压为200伏来说，还公开了平均漏电降低约24～42%，比电荷为6004～19771μFV/g。
尽管漏电降低和比电荷增加是明显的，但没有指出用氮和氧掺杂对漏电的影响，或者这种掺杂对阳极氧化处理电压在100伏以上时电特性的影响。此外，对于阳极氧化处理电压在200伏以上来说，漏电降低的百分率是相当低的，由此认为所使用的掺杂剂的作用是改变介电物质，而不是减少形成期间的介电缺陷。
在日本公开特许53（1978）-49254中，公开了一种形成均匀氮化钽膜的方法。在一实施方案中，使钽粉末受到氨气和氮或氨与诸如氩之类的惰性气体的混合物的处理。另外一种方法是可以使钽粉末受到由NaCN、Na2CO3、BaCl2和KCl组成的盐浴的处理。然后将其粉末压成阳极并烧结。
在日本公开特许63（1988）-86509中，公开了一种降低漏电的方法。将压制成阳极并烧结的钽粉末受到在温度1100℃的氨气氛处理。反应的氧保持在3000ppm以下。然而，未公开在本发明所要求保护的关键范围内的用氧与氮两者掺杂的意义。
曾注意到，高可靠性使用的电容器漏电改进只是免强够格的。一般，这种稳定的电容器在电压200伏以上阳极氧化处理，并且在比电荷为5000～24000μFV/g，更好地为5000～15000μFV/g下使用。
因此，本发明的一个目的是在形成电压为100伏或100伏以上时降低固体电解质电容器的漏电，同时保持比电荷在5000μFV/g以上。
本发明的另一个目的是降低烧结时的收缩，因此保持表面积以及与此相关的高水平比电荷。
一种高可靠性固体电极电容器其比电荷为5000μFV/g或5000μFV/g以上，在形成电压100伏或100伏以上阳极氧化处理的、具有相近电容量的电极，其漏电改善至少为28%，研制出这种电容器在生产电容器级粉末和产品的技术领域里将是很大的进步。
所以，本发明包括由含有至少一种选自周期表第V-B族的金属的基体材料制作低漏电电容器的方法。其基体材料与一定量的氮和氧反应，其氮量要足以在该材料中形成以重量计至少500～7000ppm的氮而其氧量要足以形成以重量计至少700～3000ppm的氧。
电极制备是通过由氮化和氧化的粉末制成颗粒，再将该颗粒于温度1400～1800℃下烧结而进行的。然后将烧结的颗粒进行电压为100伏或100伏以上的阳极氧化处理，并制成电容器。由这些阳极氧化处理颗粒制得的电容器，其比电荷值提高，在约100伏或100伏以上电压阳极氧化处理时漏电量降低，与未掺杂的基体材料制作的电极相比，比电荷值最高达约25000μFV/g，漏电降低达28%或28%以上。
通过下面说明与非限制性附图将更容易理解本发明：
图1说明将钽基体材料与氧和氮分开反应相比，其钽基体材料与氧和氮一起反应的协同作用。说明在形成电压范围内漏电降低的百分数。
图1中下面曲线是根据在电压150伏和200伏进行阳极氧化处理的电极测定所得到的数据而绘制的，并按照下面讨论的实施例1和3，以及2和4绘制的。通过在约1400～1700℃烧结范围内实施例3和4所取的平均漏电值，再从对照实施例1和2的平均漏电值减去上述值而计算出漏电降低百分数。然后计算对照的平均漏电降低百分数。在100伏阳极氧化处理，其降低为约35%，在150伏为55%，200伏为60%，400伏超过80%。
图1中中间曲线是根据在100、150、200和400伏阳极氧化处理的电极绘制的。对比数据是根据实施例9和8、2和1、4和3、12和11，以及14和13所制得的电极而得到的数据。
图2和3说明在烧结温度为1400～1600℃范围内比电荷的改进。钽基体材料按照实施例1～4和8～10的方法分别掺杂氧和氮，并且作了比电荷试验将其结果与根据实施例1、3和8的步骤制得的对照样所得到的结果进行比较。在100伏阳极氧化处理时，与未用氮和氧掺杂所制得的阳极相比，比电荷增加达1000～1800μFV/g。阳极氧化处理电压达150伏时，比电荷提高约400～600μFV/g。
图4说明随着氮含量增加而漏电降低的情况。该阳极在1475℃和1525℃烧结，并于150伏阳极氧化处理。氮对漏电的影响程度于约7000ppm开始达到平衡。
根据本发明的一个实施方案，低漏电电容器的电容器粉末是由含有至少一种选自于周期表第V-B族的金属粉末的基体材料制成的。为简化起见，下面以钽金属作为参考，尽管本技术领域的技术人员都知道钽和铌的化学和物理性质是非常相似的，以至能代替两种金属中任何一种。
本发明方法中使用的基体材料一般是通过用金属钠化学还原氟化钾钽，接着用酸处理、用水洗涤和干燥而制得的。在这个阶段的干燥钽基体材料称之基体粒状粉末。在另一方法中，由钽锭制备基体材料，通过将其钽锭氢化，并将锭破碎到所要求粒度的粉末。该粉末进一步在真空中脱气以除去氢。得到的粉末称之基体屑。还可将基体颗粒和基体屑破碎成片状形态或片状粉末而再磨细，以便提高其表面积。为方便起见，基体材料在下面将定义包括上面提到的颗粒、屑和片状形态，还将包括纤维状粉末。
本发明一个实施方式中使用的基体材料，在真空或惰性气体环境条件下因热处理而使其聚结。使用的温度范围为1200～1600℃，优选为1400～1500℃。热处理过程可以重复进行，以便使其材料达到所要求的聚结度。本技术领域的技术人员都知道为达到所选定粉末所要求的聚结度所必需的热处理条件与加热时间。
在聚结之后，基体材料的粒度降低到小于40目。各种常用的用于减小粒度的方法本发明都可考虑，包括轧碎的使用。
由未经过聚结热处理的粉末制备电极也是在本发明的范围之内。
本发明人曾发现，通过一定范围量的氮与氧和基体材料反应，由已处理的粉末生产电容器证明漏电特性得到改善。当本发明考虑使用约500～7000ppm（以重量计）氮和约700～3000ppm（以重量计）氧时，1400～4500ppm氮和1100～2900ppm氧则是优选的。在阳极氧化处理电压高于200伏时，1400～2600ppm氮和950～2900ppm氧是优选的。若氮与氧的量低于或高于上述值时，则不能达到所要求的漏电降低量，以及所要求比电荷的增加量。
本发明还考虑到，可以在工艺过程中不同地方加入氮和氧于基体材料中。例如，在将粉末压制成颗粒之后，但在对其颗粒进行阳极氧化处理之前的任何加热循环都可以加入掺杂剂。在下面讨论的实施例中，最好在聚结后加入气态氮。在另一实施方式中，在加氮之后或加氮同时将氧加到基体材料中。
氮与钽金属反应和扩散到钽金属里所要求的温度取决于所采用的物理状态和化合物，氮气与钽金属在400℃以上发生有效反应。
在另一实施方式中，使用氨气时，发生有效反应所需要的温度在300℃以上。
尽管在环境条件下由于与空气的表面反应，在每个加热循环之后本发明基体材料中的氧都增加，但可用诸如对氧的亲合力高于钽的活性元素或化合物之类的控制方法进行去氧化作用而除去氧。在本技术领域中已知各种控制方法，包括使用吸气剂。将诸如镁和/或钙之类的优选金属在温度约600℃至1000℃之间加到被掺杂的基体物料中，同时经受真空或惰性气体环境。在吸气剂的熔点或其熔点以上的温度是优选的。一旦脱氧，然后立即将钽粉末冷却，用酸从其粉末浸出镁和氧化镁，用水洗涤并干燥。
在另一实施方式中，在脱氧循环中将氮加到基体材料中。在下面详细讨论的实施例6和7中，约1850～2550ppm氮以氮化镁形式与基体材料反应。在接着的反应中，氮化镁的氮为钽中的氧交换，其交换情况如下：
TaOx+Y（Mg3N2）……→TaN2+X（MgO）
本技术领域技术人员知道，X、Y和Z的值取决于在钽基体材料中氧和氮的量。根据实施例6和7，在其粉末纯化除去氧化镁后仍有约2050～2900ppm氧（以重量计）。阳极氧化处理电压为150～200伏时，漏电降低达75～84%，而比电荷为9800～15300μFV/g。按同样步骤所要求量的氧和氮与基体金属反应。
若使用至少化学计算量的镁，采用本技术领域技术人员熟知的适宜温度和停留时间，则可以完全除去钽金属晶格中的氧。钽在与氧环境（如空气）接触时很快生成氧化钽表面层。因此，在这种情况下钽金属粉末中氧含量与其表面积成正比。
在另一实施方式中，还可通过在浸出过程中使用不同量的氢氟酸（HF）控制氧含量。HF溶解钽表面氧化物，因而降低钽表面积及其相关的氧含量。在另一个实施方式中，通过在酸和水浸出之后，在空气中干燥时改变时间和温度可以调节氧含量。
将BET小于0.6m2/g，优选为0.25～0.55m2/g的氮化与氧化钽材料，压制成颗粒，烧结并按照下面同样方法评价漏电特性。这些方法一般都熟知并引用于US 4441927和4722756中，现在转让予本受让人Cabot公司。
用于进行物理、化学和电子分析的其它方法，在本技术领域是熟知的。
然后，通过在烧结阳极表面形成五氧化二钽介电层而将电极制成电容器。由于钽金属与磷酸阳极接触的阳极氧化作用而形成五氧化物层。本技术领域里已知的其它稀酸溶液都可使用，其中包括硫酸、硝酸溶液。
在干燥后，将电极浸在硝酸锰溶液中，然后将浸渍电极加热到足以将硝酸锰分解成二氧化锰的温度。二氧化锰构成紧邻五氧化二钽层的均匀层。二氧化锰层作为阴极。在将引线端子连到电极以构成产品电容器之前，在靠近二氧化锰层涂一层石墨。
当不希望受任何特定理论的限制时，则认为一定量氮和氧与基体材料反应的协同作用导致形成比较稳定的五氧化二钽介电层。一般地，所要求的钽氧化物介电层是无定形的。在阳极氧化处理过程中，因诸如Fe、Cr、Ni、Zr和C之类杂质的存在，可以形成结晶的五氧化二钽。适量的无定形钽氧化物或氮化物是需要的，以便在阳极氧化处理过程中在杂质位点附近的结晶钽氧化物生长减至最小。这在高形成电压（如100伏或100伏以上）是特别重要的，因为在高电压产生的电场促进晶体生长。晶体结构具有较高的导电性，因此造成高漏电。
由于粉末中氧含量过高（例如3500ppm以上），在压制、烧结和冷却后氧易于生成结晶钽氧化物。在阳极氧化处理之前生成的钽氧化物晶体像杂质一样起作用，在绕结时该杂质可作为钽氧化物晶体形成的位点。因此，在粉末中有最佳的氧浓度。最佳量一般为700～3000ppm，这部分取决于有效表面积和烧结与形成条件。
在烧结与阳极氧化处理钽金属过程中，氮的行为和影响与氧相似，除了在给定温度下氮在钽中的溶解度高约二倍于氧以外。因此，粉末中较高的氮含量可导致电容器的漏电较低。此外，在正常的电容器应用温度（室温至100℃）下，呈氮化钽的氮，由于在钽基体中具有较高密度和较低移动性，因此易于限制氧相对于介电层的移动。这可以防止生成低价氧化物，这种氧化物的漏电高于无定形的五氧化二钽层。
在正常温度范围里，钽氧化物比钽金属更耐烧结。钽粉末中较高氧含量在烧结时保持表面积，并导致电容量较高。将氮加到钽粉末中有类似的影响，即烧结时保持表面积，并且比电荷增加。
虽然氮和氧分别掺杂有优点，本发明人发现，一定范围的氧和氮与钽基体材料反应导致协同效应，这种效应改进了漏电特性，并将已制成的电容器的比电荷提高到只添加任一种掺杂剂所不能达到的水平。
参看下面表1～3的数据和图1，如果1400～4400ppm氮和1100～2900ppm（按重量计）氧与钽基体材料反应，则在阳极氧化处理电压为100伏至200伏时漏电改进高于30%，比电荷也达到约9400～24100μFV/g。漏电降低百分数是根据烧结温度为约1400℃至1700℃时比较平均漏电值而计算出来的。特别是，比较了阳极氧化处理电压为100伏和150伏的对照例8与实施例9和10，对照例1与实施例2，200伏的对照例3与实施例4～7。
对于阳极氧化处理电压为150～400伏，漏电改进可达到36%以上，而比电荷为约5100～18000μFV/g。1400～4450ppm（重量）氮和950～2900ppm（重量）氧与钽基体材料反应。根据在150伏阳极氧化处理时比较对照例8与实施例9和10而以上面讨论的方式计算漏电降低百分数。将在400伏阳极氧化处理的对照例11和13与实施例12和14进行比较。
在另一实施方式中，约1400～2600ppm（重量）氮与950～2900ppm（重量）氧与钽基体材料反应。在阳极氧化处理水平为约200～400伏时，漏电降低达到约52～99%，比电荷为5500～13200μFV/g。按照上面讨论的方法，计算出200伏和400伏阳极氧化处理水平时电极漏电降低百分数。
提供下述实施例以便进一步理解本发明，并证明对制造电容器级粉末的以往方法的改进。本技术领域的技术人员将认识到，这些实施例是用于说明目的，不是用于限制本发明的范围。
实施例1
500多磅基体粒状粉末在1500℃真空下热处理，并破碎到-40目（在下面的实施例中称之HTA）。然后将60磅HTA粉末与0.9磅镁混合。其混合物置于甑中，并与空气隔离。密封的甑用真空泵抽真空，加热达到900℃保持3小时，再冷却到室温。从甑中取出的粉末用硝酸浸出，并用水洗涤以除去残留的镁和氧化镁，然后在100℃空气干燥6小时。这种粉末继续在180℃干燥8小时。
这种粉末样品用BET法测量其表面积，用下面讨论的方法测量氧和氮，其结果列于表1。
电容量、漏电的测量方法
（A）颗粒制备
不用粘结剂用工业制粒机压制粉末。一般，用粉末重量16mg至100mg，直径为1.25mm至2.5mm，压制的密度是5和7g/cc。
（B）真空烧结
已密实的颗粒在温度为1400～1800℃下于低于10-3乇（0.00133帕斯卡）高真空中烧结30分钟（1800秒）。
（C）阳极氧化处理
在90+/-2℃的形成浴中于100～400伏直流电（DC）对已烧结的颗粒进行阳极氧化处理。电解质是0.1%磷酸。
阳极氧化处理速度控制在每分钟1伏。在达到所要要求的阳极氧化处理电压（优选的是100、150、200或400伏）后，将阳极于该电压下保持三小时，然后洗涤并干燥该阳极。
（D）试验条件
在阳极氧化处理、洗涤与干燥后，首先测试该阳极的漏电情况。使用10%磷酸试验溶液，将阳极浸入试验溶液直到阳极顶端，加的电压为最终形成电压的70%（即若在100伏阳极氧化处理为70伏），时间为10秒至2分钟，此后测量漏电量。
在漏电量测定后，使用1611B型通用无线电电容测试桥（Gener-al  Radio  Capacitance  Test  Bridge）测量阳极的比电荷。
氧与氮的分布
用Leco TC-30 O2和N2分析仪分析氧和氮，该分析仪是惰性气体熔合技术。
BET表面积
用Numinco  Orr表面积孔体积分析仪（由Numec公司生产）测量钽的总表面积。用这种方法得到的BET（Braunauer-Emmet-Teller）表面积包括外表面积和因存在孔的所有的内表面积。
表1
实例1    实例2    实例3    实例4    实例5    实例6    实例7
氧,ppm    2150    2095    1360    1105    2220    2095    2860
氮,ppm  45    1510    55    1665    1440    1860    2540
BET,m2/g 0.35 0.34 0.35 0.34 0.36
电容量
150V    阳极氧化处理
1550C    烧结    13700    14080    12950    13660    15380  15020  15290
1600C    烧结    11900    12295    11435    11665    13700  13130  13590
1650C    烧结    10460    11120    10940    11240
200V    阳极氧化处理
1550C    烧结    11700    12016    11215    11860    13190  12650  13050
1600C    烧结    10200    10740    9970    10542    12020    11530  11880
1650C    烧结    9490    10410    9850    10130
漏电
150V    阳极氧化处理
1550C    烧结    0.60    0.38    1.23    0.68    0.48    0.50    0.41
1600C    烧结    0.37    0.26    1.01    0.52    0.31    0.37    0.23
1650C    烧结    0.21    0.24    0.24    0.19
200V    阳极氧化处理
1550C    烧结    3.43    1.92    7.74    3.89    2.23    2.20    1.85
1600C    烧结    1.95    1.09    5.56    2.56    1.32    1.49    0.77
1650C    烧结    0.66    0.74    0.71    0.58
实施例2
由实施例1中同一批量的55磅热处理颗粒粉末（HTA），采用实施例1中所述的相同方法进行脱氧处理，只是除了在冷却过程中于400℃温度下将一定量氮通入甑中之外。在加完后，将甑和粉末继续冷却。
按照实施例1的方法，浸取、干燥与测试该粉末。
实施例3
对实施例1的基体粉末于1500℃热处理和脱氧处理。
实施例4
对实施例1的基体粉末按照实施例2的方法进行热处理、脱氧和与氮反应。采用实施例3所使用的酸浸取、水洗涤和干燥的方法。
实施例5
120磅基体颗粒粉末于1500℃热处理，并破碎到平均粒度为-40目。然后将粉末与1.8磅镁混合并密封于甑中。再用机械泵将甑抽真空并加热到实施例1中所述的反应温度。在反应后，当粉末冷却到500℃时将1500ppm（重量）氮气引入到粉末甑中，然后将粉末和甑冷却到室温。已冷却的粉末用实施例1中使用的相同方法进行酸浸取、水洗涤与干燥。
实施例6
将由实施例1所述批量得到的300克热处理粉末与3.2克氮化镁和2.2克镁混合。把已混合的粉末放到钽金属盘中，再放到甑中，并脱氧处理。然后根据实施例1中所述方法浸取已脱氧处理的粉末并干燥。
实施例7
将由实施例1所述批量得到的300克热处理粉末与5.4克氮化镁和0.6克镁混合。把已混合的粉末放到钽金属盘中，它再放到甑中，并脱氧处理。取出粉末，采用实施例1中所述相同方法进行浸取与干燥。
实施例8
将具有平均粒度为约1μ的高表面积粉末于1400℃热处理，并粉碎到-40目。将约5磅热处理的粉末与30克镁混合。把混合的粉末放入钽盘中，再将它密封在甑中。用机械泵对已密封的甑抽真空，加热高达950℃保持3小时，然后冷却到室温，再从甑中取出粉末，按照上面所述方法浸取、洗涤与干燥，以除去残留的镁和氧化镁。
实施例9
按照实施例8方法，对实施例8中所用的相同高表面积粉末进行热处理，脱氧、浸取以及干燥。在甑中装入约5磅已干燥的钽基体材料，并加热到温度为500℃。在冷却过程中将约3.5克氮气通入甑中。
实施例10
按照实施例8中所述方法对同样高表面积粉末进行热处理、脱氧、浸取和干燥。
将约5磅已干燥钽基体材料装入甑中，并加热到500℃。在冷却过程中将约13克氮气通入甑中。
实施例8～10的结果列于下表2中。
表2
实例8    实例9    实例10
氧,ppm    2440    1922    1900
氮,ppm    85    2572    4365
BET,m2/g 0.53 0.44 0.44
电容量
100V    阳极氧化处理
1425C    烧结    23090    24100    23950
1475C    烧结    21285    22255    22265
1525C    烧结    17651    19381    19510
150V    阳极氧化处理
1425C    烧结    B.D.    17930    17510
1475C    烧结    16160    17835    17790
1525C    烧结    14195    15745    15985
漏电
100V    阳极氧化处理
1425C    烧结    1.28    0.53    0.90
1475C    烧结    0.50    0.33    0.33
1525C    烧结    0.29    0.22    0.22
150V    阳极氧化处理
1425C    烧结    B.D.    6.08    5.85
1475C    烧结    7.07    2.84    2.16
1525C    烧结    3.61    1.28    0.77
注：“B.D.”定义为在达到阳极氧化处理电压为150伏之前阳极介电的失效点或击穿点。在这种条件下不能测量电容量与漏电。
实施例11
用机械方法在2小时内将粉屑研磨成片状粉末，已研磨的片用酸浸取、水洗涤以除去表面杂质，接着干燥。然后将已干燥的片氢化处理并研磨成更小的片。已研磨的粉末再热处理两次。第一个热处理步骤是在真空感应（Ⅵ）炉中真空下于1375℃进行热处理30分钟。再将粉末破碎，筛分至小于-40目，然后在Ⅵ炉中于1475℃真空下又热处理30分钟，两次热处理的粉末再经破碎并筛分到-40目。
然后，采用实施例1中所述方法对热处理片状粉末脱氧处理、酸浸取、水洗涤和干燥。
将约16mg钽基体材料样品压制成密度为7.0g/ml的颗粒，并在1700℃烧结达30分钟，再在400伏对其颗粒进行阳极氧化处理，测定在70%阳极氧化处理电压（即280V）处的比电荷与漏电。实施例11～14的结果列于下表3。
实施例12
采用实施例11的方法，对实施例11中所述的两次热处理粉末进行脱氧处理、氮化处理、酸浸取、水洗涤、干燥并测试。
实施例13
除了已干燥的粉末在185℃进行第二次干燥达6小时外，其它均采用实施例11中使用的相同方法对二次热处理的粉末（实施例11中所述的）脱氧处理。
实施例14
除了已干燥的粉末在185℃进行第二次干燥达6小时外，其它均采用实施例12中所述方法对实施例11中所述的二次加热处理的粉末脱氧处理和氮化处理。
表3
实例11    实例12    实例13    实例14
氧,ppm    979    976    1151    1333
氮,ppm    109    1852    140    1906
BET,m2/g 0.27 0.29 0.27 0.29
电容量
(μF-V/g)
400V    阳极氧化处理
1700C    烧结    5207    5533    5186    5622
漏电
(nA/μF-V)
400V    阳极氧化处理
1700C    烧结    0.98    0.34    25.09    0.34

Claims (38)

1、一种由含有至少一种选自第V-B族金属粉末的基体材料制造低漏电电容器的方法，该方法包括：
一定量的氮与所述基体材料反应，而氮量要足以在所述材料中形成至少500～7000ppm(重量)的氮含量，
一定量的氧与所述基体材料反应，而氧量要足以在所述材料中形成至少700～3000ppm(重量)的氧含量，
由所述基体材料制成颗粒，并在温度1400～1800℃烧结所述颗粒，
使所述烧结的颗粒进行电压为100伏或100伏以上的阳极氧化处理，
由所述阳极氧化处理的颗粒制成电容器，并检测到比电荷高达约25000μFV/g，改善了漏电特性。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述基体材料至少含有钽金属粉末。
3、根据权利要求2所述的方法，其中所述基体材料包含球状、屑、纤维和片状粉末。
4、根据权利要求3所述的方法，其中所述基体材料在温度约1200～1500℃下聚结。
5、根据权利要求4所述的方法，其中所述基体材料在温度约1400～1500℃下聚结。
6、根据权利要求4所述的方法，其中将所述的已聚结材料的粒度减小到粒度为-40目的粉末。
7、根据权利要求3所述的方法，其中所述氮量是以氮气反应的。
8、根据权利要求3所述的方法，其中所述氮量是以氮气反应的。
9、根据权利要求3所述的方法，其中所述氮量是以氮化镁反应的。
10、根据权利要求3所述的方法，其中所述氮量和氧在同一步聚中加入的。
11、根据权利要求3所述的方法，其中所述基体材料中所述氧量是通过控制方法限定的。
12、根据权利要求11所述的方法，其中所述控制方法包括将一定量氢氟酸加到所述基体材料中。
13、根据权利要求11所述的方法，其中所述控制方法包括一种对氧的亲合力高于钽的吸气剂。
14、根据权利要求13所述的方法，其中所述的吸气剂是镁。
15、根据权利要求1所述的方法，其中所述漏电与由所述基体材料制成的电容器相比降低28%以上。
16、根据权利要求1所述的方法，其中所述反应的氮量是1400～4400ppm（重量）氮，所述氧量是1100～2900ppm。
17、根据权利要求16所述的方法，其中所述漏电在阳极氧化处理电压100～200伏时降低30%以上，所述比电荷为约9400～24100μFV/g。
18、根据权利要求1所述的方法，其中所述反应的氮量是1400～4400ppm（重量）氮，所述氧量是950～2900ppm（重量）氧。
19、根据权利要求18所述的方法，其中所述漏电在阳极氧化处理电压为150～400伏时降低36%以上，所述比电荷为约5100～18000μFV/g。
20、根据权利要求1所述的方法，其中所述反应的氮量是1400～2600ppm（重量）氮，所述氧量是950～2900ppm（重量）氧。
21、根据权利要求20所述的方法，其中所述漏电在阳极氧化处理电压为200～400伏时降低到约52～99%，所述比电荷为5500～13200μFV/g。
22、一种由含有至少是钽金属粉末的基体材料生产的低漏电电容器的方法，该方法包括：
使所述材料受到温度约1200～1600℃处理，并形成所述材料的聚结物，
使一定量的氮与所述已聚结的材料反应，其氮量要足以在所述材料中形成1400～4400ppm（重量）的氮含量，
使一定量的氧与所述已聚结的材料反应，其氧量要足以在所述材料中形成至少700至3000ppm（重量）的氧含量，
使一定量的还原性金属与所述已反应的材料中的氧反应，并形成一定量的金属氧化物，
将所述材料中所述金属氧化物的量控制在约950ppm至2900ppm（重量）的氧含量，
由所述已反应的材料制成颗粒，并在温度约1400～1800℃烧结所述的颗粒，使所述已烧结的颗粒受到150～400伏电压的阳极氧化处理，
由所述已阳极氧化处理的颗粒制成电容器，它具有比电荷为约5100～18000μFV/g，与由所述基体材料制成的电容器相比，它的漏电降低36%以上。
23、根据权利要求22所述的方法，其中所述的氮量是以氮气反应的。
24、根据权利要求22所述的方法，其中所述的氮量是以氮化镁反应的。
25、根据权利要求22所述的方法，其中所述的氮量是以氨气反应的。
26、根据权利要求22所述的方法，其中所述还原金属是镁。
27、根据权利要求22所述的方法，其中所述反应的氮量是1400～2600ppm（重量）的氮，所述氧量是950～2900ppm（重量）的氧。
28、根据权利要求27所述的方法，其中所述漏电在阳极氧化处理电压为200～400伏时降低52～99%，所述比电荷为约5500～13200μFV/g。
29、一种由含有至少是钽金属粉末的基体材料制造低漏电电容器的方法，该方法包括：
使所述材料经受温度为约1400～1500℃的处理，并且生成所述基体材料的聚结物，
将所述聚结物减小到-40目的粉末，
让一定量氮化镁和一定量镁金属与所述粉末反应，并且在所述粉末中生成1850～2550ppm（重量）的氮量，
使所述镁金属与所述粉末中的氧反应以形成氧化镁组分，
将所述氧化物除去以使在所述粉末中有约2050～2900ppm（重量）的氧含量，
由所述已脱氧处理的粉末制成颗粒，并在温度约1550℃至1650℃下烧结所述颗粒，
使所述已烧结的颗粒经受电压为150～200伏的阳极氧化处理，
由所述的阳极氧化处理的颗粒制成电极，它具有比电荷为约9800～15300μFV/g，漏电与由所述基体材料制成的电容器相比降低约75～84%。
30、一种用于生产具有高比电荷和低漏电的固体电容器的钽粉末，其中包括：
BET低于约0.6m2/g，
平均聚结颗粒的粒度为-40目，
氮量为约500～7000ppm（重量）的氮，
氧量为约700～3000ppm（重量）的氧。
31、根据权利要求30所述的粉末，其中所述粉末的BET值为约0.25～0.55m2/g。
32、一种根据权利要求30的方法，其中所述反应氮量是1400～4400ppm（重量）的氮，所述氧量是950～2900ppm（重量）的氧。
33、一种由权利要求32的粉末生产的电容器，其中所述漏电在阳极氧化处理电压为150～400伏时降低36%以上，所述比电荷为5100～18000μFV/g。
34、一种具有低漏电特性的电容器，其中包括：
一种由钽基体材料生产、压制成颗粒并在温度1400～1800℃下烧结成的已烧结阳极，
所述基体材料含有500～7000ppm（重量）氮和700～3000ppm（重量）氧，
在所述已烧结的阳极表面生成的阳极的五氧化二钽层，
与所述五氧化二钽邻接的二氧化锰层，
位于邻接所述二氧化锰层的石墨层，
与所述石墨层电接触的外壳，以及
固定在所述外壳的导电接点。
35、根据权利要求31所述的电容器，其中所述钽基体材料选自球状、屑、纤维和片状粉末。
36、根据权利要求31所述的电容器，其中所述反应氮量是1400～2600ppm（重量）的氮，和所述氧量是950～2900ppm（重量）的氧。
37、根据权利要求33所述的电容器，其中所述漏电的降低在阳极氧化处理电压为200～400伏时高于约52～99%。
38、根据权利要求34所述的电容器，其电容器的比电荷对烧结温度1400～1700℃时为5500～13200μFV/g。
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