DE1100815B - Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren mit wenigstens einer auf einen Traeger aus Papier od. dgl. aufgedampften Zinkschicht - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren mit wenigstens einer auf einen Träger aus Papier od. dgl. aufgedampften Zinkschicht Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren mit wenigstens einer auf einen Träger aus Papier od. dgl. sehr dünn aufgedampften, im wesentlichen aus Zink bestehenden Metallschicht als Belegung. Bei derartigen Verfahren ist es bereits bekannt, zur Erzielung guter Haftfestigkeit und hoher Leitfähigkeit der aufgedampften Zinkschicht das Papier durch Aufdampfen sehr geringer Mengen eines hochsiedenden Metalls vorzubekeimen, das, wie z. B. Silber oder Kupfer, edler als Zink ist. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, statt eines edleren Metalls ein unedleres Metall als Zink zur Vorbekeimung zu verwenden.
• Es hat sich nun gezeigt, daß vor allem die edleren Metalle, wie Silber oder Kupfer, für die Vorbekeimung besonders günstig sind. Ihr Nachteil besteht jedoch darin, daß sie wesentlich zur Korrosion der aufgebrachten unedleren Zinkschicht beitragen; denn da das Papier immer irgendwelche Spuren von Feuchtigkeit enthält, ist es mehr oder weniger auch als Elektrolyt wirksam. Da nun diese Metalle edler als das Zink sind und zudem in so geringer Menge aufgedampft sind, daß sie die Oberfläche des Papiers nicht völlig bedecken, bilden sie mit den ihnen benachbarten Teilen der unedleren Metallschicht Korrosionselemente auf der dem Papier zugewandten Seite der Metallschicht und tragen somit zu einer fortlaufenden Korrosion des unedleren Metalls (Zink) bei. Erschwert wird die Lage noch dadurch, daß das Papier auf Grund seiner Fertigung immer Spuren von Metallen, wie Kupfer und Eisen, enthält, die ebenfalls edler als das Zink sind und daher auch zur Korrosion der relativ unedlen Hauptmetallschicht (Zinkschicht) beitragen können. Das Maß dieser Korrosion kann zwar ausreichend klein gehalten werden, wenn nach dem Bedampfen durch besondere Trockenhaltungsmaßnahmen od. dgl. dafür gesorgt wird, daß die elektrolytische Wirkung der Feuchtigkeit im Papier praktisch so klein bleibt, daß trotz des Vorhandenseins der genannten edleren Metalle die unedlere Hauptmetallschicht (Zinkschicht) nicht wesentlich angegriffen wird. Aber selbst wenn die Feuchtigkeit im Papier nach der Imprägnierung genügend klein oder wenigstens elektrolytisch nicht mehr so stark wirksam ist, weil das Wasser teilweise durch die verwendeten organischen Tränkmittel gebunden ist, bleibt immerhin noch der Zeitraum zwischen der Bedampfung des Papiers und dem Imprägnieren der fertiggewickelten Kondensatoren, währenddessen die Feuchtigkeit im Papier zu einer starken Korrosion der Zinkschicht unter dem Einfluß der genannten edleren Metalle geschützt werden muß. Die hierzu notwendigen Maßnahmen sind sehr aufwendig. Es erscheint deshalb günstiger, unedlere Metalle als das Hauptmetall als Vorbekeimungsmetalle zu verwenden, wie dies bereits vorgeschlagen wurde. Aber auch diese Maßnahme ist mit Nachteilen verknüpft, weil unedlere Metalle nicht die guten Vorbekeimungseigenschaften haben wie die edleren Metalle. Es kann dahingestellt bleiben, woran dies im einzelnen liegt. Sicher ist jedoch, daß die unedleren Metalle, wie z. B. Kalium und Natrium, leicht Hydroxyde bilden und gegebenenfalls auf Grund dieser Eigenschaften als Vorbekeimungsmetalle nicht oder nur wenig geeignet sind.
• Eingehende Überlegungen haben nun gezeigt, daß die guten Vorbekeimungseigenschaften der edleren Metalle bei dem Bedampfungsvorgang erhalten bleiben können und trotzdem die Korrosion der Zinkschicht wesentlich gemildert werden kann, wenn gemäß der Erfindung entweder zusätzlich zu dem Aufdampfen sehr geringer Mengen des hochsiedenden edleren Vorbekeimungsmetalls das Papier mit einer ebenfalls sehr geringen Menge eines insbesondere zweiwertigen Metalls vorbekeimt wird, das unedler ist als Zink. Zusätzlich hierzu kann auch noch das Papier z. B. mit Lack vorbehandelt sein, wie das bereits in dem deutschen Patent 893 380 angegeben ist. Die Atommenge des gemäß der Erfindung aufgedampften unedleren Metalls ist zweckmäßig mindestens ebenso groß wie die des aufgedampften edleren :Metalls. Insbesondere empfiehlt es sich, die Menge des aufgedampften unedleren Metalls wesentlich größer zu machen als die des aufgedampften edleren Metalls, weil Papier - wie oben dargelegt - wegen seiner Herstellung auch noch weitere edlere Metalle, wie Blei, Kupfer und Eisen, enthält, die nach dem Aufdampfen der Zinkschicht ebenfalls Korrosionselemente bildend wirken können und somit die Haltbarkeit der Zinkschicht gefährden. Dampft man also zusätzlich zu dem zur Vorbekeimung dienenden edleren Metall, z. B. Silber, noch Magnesium als unedleres Metall auf, und zwar in ausreichender Menge, bezogen auf die aufgedampfte edlere Metallmenge und auf diejenigen Metallverunreinigungen des Papiers, die ebenfalls edler sind als das' Zink, so werden sich in dem daran anschließenden elektrolytischen Vorgang die edleren Metalle im Papier auf dem aufgedampften Magnesium niederschlagen und infolge des sehr stark negativen elektrochemischen Potentials dieses unedleren Metalls elektrisch neutralisiert, indem sie nach ihrem Niederschlag auf der dem Papier zugewandten Seite des aufgedampften Magnesiums ein elektrisch negativeres Potential erhalten als das Zink.
• Wie schon oben erwähnt, haben die unedlen Metalle, vor allem die einwertigen, eine starke Neigung zur Hydroxydbildung, was für die Durchführung des Verfahrens und für die beabsichtigte Wirkung nachteilig ist. Aus diesem Grunde wird ferner vorgeschlagen, zweiwertige unedlere Metalle als Zink, also vor allem Calcium bzw. Magnesium, insbesondere gleichzeitig mit dem edleren Vorbekeimungsmetall aufzudampfen, weil die Neigung dieser zweiwertigen Metalle zur Hydroxydbildung wesentlich geringer ist als die der einwertigen. Zugleich oder an Stelle dieser Maßnahme empfiehlt es sich jedoch, um auch der Auswirkung der bei diesen Metallen noch vorhandenen Neigung zur Hydroxydbildung vorzubeugen, diese Metalle gleichzeitig in Mischung mit dem edleren Metall aufzudampfen, vorzugsweise in Form einer Legierung zwischen dem edleren und unedleren Metall. Sehr geeignet hierfür sind z. B. Silber-Magnesium-Mischungen. Besonders vorzuziehen sind dabei diejenigen Mischungen bzw. Legierungen oder Mischkristalle, in denen das Magnesium mit über 50 Atomprozent enthalten ist, weil, wie oben dargelegt, das überschüssige Magnesium auch noch die im Papier vorhandenen edleren Verunreinigungen, wie Kupfer oder Eisen, elektrochemisch unschädlich machen soll. So kann z. B. zur Bekeimung eine aus etwa 3 Teilen Magnesium und 1 Teil Silber bestehende Metallmischung aufgedampft werden, wie sie z. B. als hexagonale y-Phase (AgMg3) in einem Bereich von etwa 20.5 bis 25 Atomprozent Ag existiert.
• Das Verfahren der Bedampfung des Papiers mit einer dünnen Zinkschicht spielt sich dann also etwa in folgender Weise ab: Zunächst wird das Papier bis auf einen geringen Feuchtigkeitsgehalt ausgetrocknet. Dieser Austrocknungsvorgang ist bekanntlich mit einer gleichzeitigen Zersetzung der Zellulosefaser des Papiers verbunden; jedoch kann durch die Verwendung des edleren Vorbekeimungsmetalls das Maß dieser Austrocknung so gering gewählt werden, daß wesentliche Schädigungen der Zellulosefaser unterbleiben. Unmittelbar danach, d. h. ohne starke Feuchtigkeitsaufnahme nach der Trocknung, erfolgt dann die Bedampfung des Papiers mit den Vorbekeimungsmetallen und dem Zink, wobei vorteilhafterweise das edlere und das unedlere Metall gleichzeitig aus einem gemeinsamen Verdampfungsgefäß in entsprechend gewünschtem Mischungsverhältnis verdampft werden. Kurz danach gleitet das Papierband an dem Verdampfungsbehälter vorbei, aus dem das Zink verdampft wird, so daß das Zink sich nunmehr an den Stellen ankristallisieren kann, an denen das Vorbekeimungsmetall sich niedergeschlagen hat. Die Menge des Vorbekeimungsmetalls ist dabei, wie an sich bekannt, so gering; daß sie praktisch nicht einmal entfernt ausreicht, eine monatomare Schicht auf der ganzen Oberfläche des Papiers zu bilden. Während der Bedampfung wird gleichzeitig das Papier in an sich bekannter Weise zweckmäßig auf der Rückseite kühl gehalten, um auch auf diese Weise die Bildung des Hydroxyds des aufgedampften unedleren Metalls zu verhindern oder zu verlangsamen, damit vor der Bildung des Hydroxyds das Magnesium seine elektrochemische Wirkung ausgeübt und auch die aus edlerem- Metall bestehenden Verunreinigungen des Papiers ausgefällt hat.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 dargestellt und in der folgenden Beschreibung dieser Figuren erläutert.
• In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen sogenannten Einlagenwickelkondensator gezeichnet. Die strichpunktierte Linie stellt die Wickelachse dieses Kondensators dar, der aus den beiden Papierbändern 1 und 2 in an sich bekannter Weise durch Aufwickeln gebildet ist. Die Metallbelegungen 1' bzw. 2' dieser Papierbänder sind einseitig auf diese Bänder aufgebracht und, zvie aus der Fig. 1 ersichtlich, in an sich bekannter Weise so gegeneinander versetzt, daß die Metallbelegungen 1' des Papierbandes 1 auf der einen Seite des Wickels (in Fig. 1 links) und die Metallbelegungen 2' des anderen Papierbandes auf der anderen Seite des Wickels (in Fig. 1 rechts) der an sich bekannten Stirnkontaktierung durch aufgespritzte Metallschichten 3, 4 zugängig sind. Bei Einlagenkondensatoren, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind und die dadurch gekennzeichnet sind, daß in ihnen nur metallisierte Bänder verwendet sind, d. h. keine nichtmetallisierten Bänder zwischen den metallisierten Bändern liegen, kommen somit beide Seiten der Bänder 1 bzw. 2 mit den Metallbelegungen in Berührung. Aus diesem Grunde empfiehlt es sich, bei Einlagenkondensatoren die beiden Seiten der beiden Bänder 1 und 2 mit einer in Fig. 1 durch Strichelung dargestellten Lackschicht zu versehen, die gegebenenfalls so dünn sein kann, daß sie keine glatte Oberfläche auf dem Papier bildet, sondern gewissermaßen nur die Unebenheiten der Papieroberfläche etwas ausfüllt. Die Aufbringung einer derart dünnen Schicht, bei der also die einzelnen Fasern des Papiers noch teilweise durch die Lackschicht hindurchragen und die Oberfläche des lackierten Papiers noch verhältnismäßig rauh geblieben ist, bietet vor allem den Vorteil, daß sie den Zutritt der Feuchtigkeit aus dem Papier zu den aufgedampften Metallschischten wenigstens erschwert und dadurch zusätzlich eine Korrosion der Zinkschichten verringert. Als Material für die Lackschicht kommen vor allem dem Papier verwandte Kunststoffe, also auf Zellulosebasis aufgebaute Kunststoffe, in Frage, da sie geeignet sind, die Feuchtigkeit des Papiers in hohem Maße zu binden, so daß sie nicht mehr elektrolytisch die Korrosion der aufgedampften Zinkschichten herbeiführen kann.
• In Fig. 2 sind vier Papierlagen dargestellt, die in gewickeltem Zustand in bekannter Weise einen Mehrlagenkondensator bilden, weil zwischen den beiden die gegenpoligen Belegungen 1' bzw. 2' tragenden Papierbändern 1, 2 noch sogenannte Beilauffolien 5 aus Papier liegen, die mit keiner Belegung des Kondensators bedampft sind, sondern lediglich den Abstand zwischen den Belegungen 1', 2' erhöhen. Da die Feuchtigkeit dieser Beilaufpapierfolien ebenfalls infolge der in ihrem Papier enthaltenen Verunreinigungen an edleren Metallen, wie Kupfer und Eisen, zusammenwirkend mit der Feuchtigkeit des Papiers die ihnen anliegenden dünnen Metallschichten 1', 2' zu korrodieren vermag, sind gemäß der Erfindung auch diese Beilaufpapiere 5 wenigstens an den in Fig. 2 gestrichelt gezeichneten Flächen mit der genannten feuchtigkeitsbindenden Lackschicht versehen. Das Aufwickeln dieser Papierfolien zu einem Wickelkondensator geschieht dann in üblicher Weise, wobei ebenfalls wieder die seitlich gegeneinander aufgedampften Belegungen 1', 2' in der in Fig. 1 bereits dargestellten Weise nach dem Aufwickeln durch Aufspritzen von 1Lontaktierungsschichten 3, 4 stirnkontaktiert sind.
• In Fig. 3 ist schließlich ein kleiner Ausschnitt metallisierten Papiers stark vergrößert dargestellt. Das auf seiner ganzen dargestellten Fläche metallisierte Papier ist unter der durch die Schraffierung angedeuteten Metallschicht mit zwei Metallen vorbekeimt; das edlere, in geringerer Menge aufgedampfte Metall ist durch die ausgefüllten Punkte dargestellt, das unedlere dagegen durch die kleinen offenen Kreise. Die Fläche, die das unedlere Metall einnimmt, ist dabei so groß gewählt, daß bei der nach der Bedampfung einsetzenden elektrolytischen Wanderung das edlere Vorbekeimungsmetall sich auf dem unedleren Vorbekeimungsmetall niederschlägt und dort elektrisch neutralisiert wird. Diese Neutralisierung ist dadurch bedingt, daß das sehr hohe Fermi-Niveau des unedleren Metalls das Potential des sich auf der dem Papier zugewandten Seite der unedleren Metallkeime niederschlagenden edleren Metalls stark anhebt, insbesondere bis über das Potential des Hauptmetalls.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von Kondensatoren mit wenigstens einer auf einer Trägerfolie aus Papier od. dgl. sehr dünn aufgedampften, im wesentlichen aus Zink bestehenden Hauptmetallschicht als Belegung, bei dem das Papier durch Aufdampfen sehr geringer Mengen eines hochsiedenden Metalls, das edler ist als das Hauptmetall. vorbekeimt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier zusätzlich mit einer ebenfalls sehr geringen Menge eines Metalls vorbekeimt wird, das unedler ist als Zink.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Papier aufgedampfte Atommenge des unedleren Metalls mindestens etwa gleich groß ist wie die Menge des aufgedampften edleren Metalls.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Atommenge des aufgedampften unedleren Metalls wesentlich größer ist als die des aufgedampften edleren Metalls.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung, insbesondere eine Legierung, des edleren Metalls mit dem unedleren Metall aufgedampft wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als edleres Metall Kupfer oder Silber und als unedleres Metall Magnesium aufgedampft wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung solcher Keimmetalle, daß das Potential des edleren Metalls, das sich nach der Bedampfung auf dem unedleren Metall niederschlägt, angehoben wird, insbesondere bis über das Potential des Hauptmetalls.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens diejenigen Oberflächen der Papierbänder, die mit der Hauptmetallschicht bedampft werden oder mit ihr in Berührung stehen, vor der Metallbedampfung mit einer gegebenenfalls sehr dünnen Lackschicht versehen werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 733 726, 764 514; schweizerische Patentschrift Nr. 320 556; Buch von L. Holland, » Vacuum Deposition of Thin Films«, 1956, S. 257 bis 259.