DD244926B1 - TWO-SIDED PRESSING METHOD FOR THE PRODUCTION OF SINTER ANODES FOR FIXED ELECTROLYTE CAPACITORS - Google Patents
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Description
Folgende Technologie wurde bisher in diesem speziellen Anwendungsfali benutzt:The following technology has been used in this particular application case:
Der Anodendraht wird mittig in die Stirnfläche des quaderförmigen Anodenkörpers eingepreßt (DE 2361197) und liegt damit in der Achse des kleinsten Körperträgheitsmomentes. Nach dem Füllen der Preßform setzt der Oberstempel auf die Matrize auf, wobei gleichzeitig der Anodendraht durch ein Loch im Oberstempel in das geschüttete Pulver eintaucht. Es folgt ein Verdichten des Pulvers von unten, indem die Matrize mitsamt dem Oberstempel gegen den Unterstem pel fährt. Anschließend wird mit dem Oberstempel nachverdichtet, der Draht über dem Oberstempel abgeschnitten und der Preßling durch den Unterstempel ausgestoßen.The anode wire is pressed centrally into the end face of the cuboid anode body (DE 2361197) and thus lies in the axis of the smallest body moment of inertia. After filling the mold, the upper punch sets on the die, at the same time the anode wire is inserted through a hole in the upper punch in the poured powder. This is followed by compacting the powder from below, with the die, together with the upper punch, moving against the lower punch. Subsequently, the upper punch is re-compressed, the wire is cut off above the upper punch and the compact is ejected through the lower punch.
Der Preßvorgang vollzieht sich in Richtung der größten Körperausdehnung. Entsprechend dem gewählten Preßprinzip beträgt die notwendige Füllhöhe ein Vielfaches der Körperlänge (nämlich: Körperlänge x Verdichtungsfaktor). Der Querschnitt der Matrize entspricht dem kleinsten Anodenquerschnitt (Stirnfläche). Daraus erwachsen folgende Mängel:The pressing process takes place in the direction of the largest body expansion. According to the selected pressing principle, the necessary filling height is a multiple of the body length (namely: body length x compression factor). The cross section of the die corresponds to the smallest anode cross section (end face). This results in the following defects:
— ungünstiges Formfüllverhalten des Pulvers, verbunden mit starker Streuung der Einwaage bei bestimmten Anodenformen- unfavorable mold filling behavior of the powder, combined with a strong dispersion of the weight in certain anode forms
— völlige Unmöglichkeit der Matrizenfüllung bei sehr kleinen Körperquerschnitten und großen Körperlängen- complete impossibility of Matrizenfüllung in very small body cross-sections and long body lengths
— große Preßwege und damit großer Einfluß der inneren Pulverreibung sowie der Wandreibung auf die Preßlingsstruktur (Ortsabhängigkeit der Preßdichte)- Large pressing paths and thus large influence of the internal powder friction and the wall friction on the Preßlingsstruktur (location dependence of Preßdichte)
— unterschiedliche Sinteraktivitäten auf Grund der o.e. unterschiedlichen Preßdichten, was im Extremfall zu Verformungen während des Sinterns führt.- different sintering activities due to the o.e. different Preßdichten, resulting in extreme cases to deformation during sintering.
Diese technologischen Mängel haben funktioneile Mängel bei den fertigen Festelektrolytkondensatoren zur Folge, wie:These technological defects result in functional defects in the finished solid electrolytic capacitors, such as:
— hohe Kapazitätstoleranz muß vorgegeben werden- high capacity tolerance must be specified
— geringe Volumeneffektivität der Nennladung- low volume efficiency of the rated charge
— hoher Verlustfaktor- high loss factor
— Ausschuß auf Grund Nichteinhaltung der Abmessungstoleranzen nach dem Sintern.- Committee due to non-compliance with dimensional tolerances after sintering.
Theoretische Betrachtungen zur Druck- und damit zur Dichteverteilung von Metallpulverpreßlingen ergaben, daß diese um so gleichmäßiger sind, je näher das Verhältnis von Höhe zum Durchmesser des Preßlings bei senkrechter Füll- und Preßrichtung an Null kommt (Eisenkolb, Fortschritte der Pulvermetallurgie, Band I, Berlin 1963, S.297...308).Theoretical considerations to the pressure and thus the density distribution of metal powder compacts showed that they are the more uniform, the closer the ratio of height to diameter of the compact in the vertical filling and pressing direction comes to zero (Eisenkolb, progress of powder metallurgy, Volume I, Berlin 1963, p.297 ... 308).
Der Anschlußdraht müßte bei dieser Technologie in waagerechter, seitlicher Lage mit eingepreßt werden, was infolge der Preßverdichtung eine ungenaue Lage desselben zur Symmetrieachse zur Folge hätte, ganz abgesehen von der in den einschlägigen Standards nicht vorgesehenen „Tablettenform".The lead wire would have to be pressed with this technology in a horizontal, lateral position, which as a result of the press compaction an inaccurate position of the same to the axis of symmetry would result, quite apart from the not provided in the relevant standards "tablet shape".
Als Kompromiß, aber zugleich in Gestalt eines Vorurteils, daß gleichmäßige Dichteverteilung anders nicht erreichbar sei, ist die Forderung bekannt, bei Metallpulverpreßlingen Höhe und Durchmesser konstruktiv etwa gleich zu machen (Goetzel, Treatise on powder Metallurgy, vol. 1, New York 1949, S.334). Dadurch käme man zwar näher an die Außenabmessungen nach den o.e.As a compromise, but at the same time in the form of a prejudice that uniform density distribution is not otherwise achievable, the demand is known to make about the same height and diameter in Metallpulverpreßlingen structurally equal (Goetzel, Treatise on powder Metallurgy, vol. 1, New York 1949, p .334). This would indeed be closer to the outer dimensions according to the o.e.
Standards heran, erreicht sie aber nicht.Standards, but does not reach them.
Bekannt ist weiterhin, eine gleichmäßigere Preßdichte durch zweiseitiges Pressen, wenn auch in unvorteilhafter Weise senkrecht in Richtung der größten Preßlingsabmessungen, zu erzielen (Schatt, Pulvermetallurgie Sinter- und Verbundwerkstoffe, Berlin 1979, S. 116).It is also known to achieve a more uniform press density by two-sided pressing, albeit unfavorably perpendicular to the largest Preßlingsabmessungen (Schatt, powder metallurgy sintered and composite materials, Berlin 1979, p 116).
Dem Fachmann ist schließlich bekannt, die elektrischen Eigenschaften von Festelektrolytkondensatoren außer über die Korngröße auch über die Kornform des zu pressenden und zu sinternden Ventilmetallpulvers zu beeinflussen (DE 3227077).Finally, it is known to the person skilled in the art to influence the electrical properties of solid electrolytic capacitors in addition to the grain size and also via the grain shape of the valve metal powder to be pressed and sintered (DE 3227077).
Ziel der Erfindung ist ein ökonomisch günstiges, technologisch leicht beherrschbares Preßverfahren zur Herstellung von Sinteranoden für Festelektrolytkondensatoren.The aim of the invention is an economically favorable, technologically easily controllable pressing process for the production of sintered anodes for solid electrolytic capacitors.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim zweiseitigen Pressen länglicher prismatischer Preßlinge für Sinteranoden von Festelektrolytkondensatoren Preß- und Füllrichtung so zu variieren, daß ohne Verzicht auf die langgestreckte prismatische Form eine gleichmäßige Porosität erhalten wird.The invention is based on the object when two-sided pressing elongated prismatic compacts for sintered anodes of solid electrolytic compressors and filling direction to vary so that a uniform porosity is obtained without sacrificing the elongated prismatic shape.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe beim zweiseitigen Fressen de/ Sinteranoden aus einem Ventilmetallpulver mit blättchenförmiger Kornform durch senkrechtes Füllen der Preßform ·η Längsrichtung und waagerechtes Pressen in Querrichtung des prismatischen Körpers gelöst.According to the invention, this object is achieved in the case of two-sided seizing / sintering anodes from a valve metal powder having a platelet-shaped granular shape by vertical filling of the preform · η longitudinal direction and horizontal pressing in the transverse direction of the prismatic body.
Die Füllung mit blättchenförmigem Pulver ergibt zunächst in Querrichtung langgestreckte Poreii. Beim Fressen in dieser Querrichtung werden die Poren in Quer- und Längsrichtung etwa gleich groß, wobei eine Überkompensation im Sinne in Längsrichtung !anggestreckter Poren nicht unbedingt schadet. Deren Vorspannung löst sich beim Sintern partiell und ergibt gleichmäßig runde Poren. Die weiteren Betrachtungen zeigen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung:The filling with flaky powder first results in elongated pores in the transverse direction. When eating in this transverse direction, the pores in the transverse and longitudinal direction become approximately the same size, wherein overcompensation in the sense of longitudinally angulated pores does not necessarily harm. Their bias partially dissolves during sintering and gives evenly round pores. The further considerations show advantages of the solution according to the invention:
Die Körper werden senkrecht zum Anodendraht so gepreßt, daß dieser in der Ebene der Preßneutralen liegt und mechanisch nicht bewegt wird.The bodies are pressed perpendicular to the anode wire so that it lies in the plane of the press neutral and is not moved mechanically.
Als weitere Vorteile sind zu nennen:Other advantages include:
1. Erzielung eines optimalen Formfüllverhaltens, bezogen auf die Geometrie des Preßlings unter Realisierung eines kleinstmögüchen Verdichtungsweges (Verbesserung der Kapazitätstoleranz, Verbesserung der Volumeneffektivität der Nennladung, Verbesserung der Abmessungstoleranzen).1. Achieving an optimal mold filling behavior, based on the geometry of the compact under realization of a smallest possible compression path (improvement of the capacitance tolerance, improvement of the volume efficiency of the nominal charge, improvement of the dimensional tolerances).
2. Erhöhung der Festigkeit zwischen Anodendraht und Pulverpreßling durch senkrechtes Aufpressen des Pulvers auf die DrahtoberfJäche, wodurch dieser wesentlich besser mit dem Anodenkörper versintert (geringere notwendige Eintauchtiefe des Drahtes und somit Materialeinsparung dieses wertvollen Halbzeuges, Verbesserung des Verlustfaktors des fertigen Kondensators).2. Increasing the strength between anode wire and Pulverpreßling by vertically pressing the powder on the DrahtoberfJäche, whereby this significantly better sintered with the anode body (lower necessary immersion depth of the wire and thus saving material of this valuable semi-finished product, improving the loss factor of the finished capacitor).
3. Preßbarkeit von Körpern mit extrem kleinen Breiten- und Dickenabmessungen (Optimierung der Volumina, bezogen auf die notwendige Nennladung, weitere Miniaturisierung von Festelektrolytkondensatoren in Chip-Ausführung für die Hybridmikroelektronik).3. Pressability of bodies with extremely small width and thickness dimensions (optimization of the volumes, based on the required nominal charge, further miniaturization of solid electrolytic capacitors in chip design for hybrid microelectronics).
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment:
Gepreßt wird in Richtung der Dickenabmessungen der Anode. Folgende Arbeitsgänge werden nacheinander ausgeführt:Pressing is in the direction of the thickness dimensions of the anode. The following operations are carried out in succession:
1. Füllen bei geöffneten Seitenstempeln.1. Fill with open side stamps.
2. Abdecken der Füllform und Einbringen des Anodendrahtes durch eine axiale Bohrung.2. Covering the filling mold and introducing the anode wire through an axial bore.
3. Symmetrisches Verdichten des Pulvers durch horizontale Bewegung der Seitenstempel gegeneinander.3. Symmetrical compression of the powder by horizontal movement of the side punch against each other.
4. Abschneiden des Drahtes über dem Oberstempel.4. Cut off the wire above the upper punch.
5. Ausstoßen der Anode durch Unterstempel.5. Eject the anode with a lower punch.
Die Preßform hat dabei einen Querschnitt von 0,75 χ 3,7 mm2 und eine Füllhöhe von 4,1 mm. Gefüllt wird mit einem Tantalpulver mit den ungefähren Teilchenabmessungen Зцт Dicke und 40 цт laterale Ausdehnung. Die Volumenkapazität der in bekannter Weise fertiggesinterten Anoden erreicht gleichmäßig hohe Werte, die im Mittel 5% über denjenigen liegen, die nach dem Stand der Technik gefertigt wurden.The mold has a cross section of 0.75 χ 3.7 mm 2 and a filling height of 4.1 mm. It is filled with a tantalum powder with the approximate particle dimensions ЗЗt thickness and 40 цt lateral expansion. The volume capacity of the anodes finished in a known manner reaches uniformly high values, which on average are 5% higher than those produced according to the prior art.
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