DE1109792B - Verfahren zur Herstellung von Elektroden fuer Elektrolytkondensatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Elektroden fuer ElektrolytkondensatorenInfo
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Description
- Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Elektrolytkondensatoren Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytkondensatorelektrode aus Tantal und/ oder Niob mit großer Oberfläche durch Sintern eines aus Tantaloxydteilchen und/oder Nioboxydteilchen und einem Reduktionsmittel bestehenden Gemisches, das, vorzugsweise um einen Kern aus gleichem Metall, zu einer Pastille gepreßt wird.
- Zur Herstellung von Tantal- und/oder Niobelektroden wird gewöhnlich von pulverförmigem Tantal- oder Niobmetall oder einem Gemisch derselben ausgegangen, von dem vorzugsweise um einen Metallkern herum Pastillen gepreßt werden, die anschließend im ganzen gesintert werden. Die gesinterte Elektrode wird darauf in einer Elektrolytlösung, z. B. Phosphorsäure oder einer Kochsalzlösung, anodisch oxydiert.
- Die so formierten Elektroden lassen sich als Anode in einem Elektrolytkondensator verwenden; es können auch zwei solcher Elektroden in einem bipolaren Elektrolytkondensator angewendet werden.
- Das Verfahren, bei dem von den Metallpulvern von Tantal oder Niob ausgegangen wird, hat den Nachteil, daß dieses Ausgangsmaterial verhältnismäßig teuer ist.
- Es ist auch bekannt, eine Elektrode mit poriger Struktur aus einem Ventilmetall dadurch herzustellen, daß eine porige Masse einer Verbindung eines Ventilmetalls »in situ« zu Metall reduziert wird. Dazu wird der porigen Masse der Verbindung vor dem Zusammenpressen ein Metall, z. B. Aluminium, beigemischt, das diese Reduktion hervorruft. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Pastille dann mit Fremdmetalloxyden verunreinigt wird, die schwierig zu entfernen sind.
- Es ist weiterhin bekannt, daß Nioboxyd in einer inerten Atmosphäre unter Bildung von Karbid (1) reagieren kann und daß dieses Karbid unter Vakuum oberhalb einer Temperatur von 1600° C mit Nioboxyd reagiert, wobei Metall gebildet wird (2). Die betreffenden Reaktionsgleichungen sind: Nb205+7C = 2NbC+5CO (1) 5NbC+Nb205 = 7Nb-t-5C0 (2) Nach der Erfindung wird von den obenerwähnten Reaktionen Gebrauch gemacht, welche für die Herstellung von Tantal auf ähnliche Weise stattfinden.
- Die Erfindung weist das Merkmal auf, daß bei dem Verfahren eingangs erwähnter Art als Reduktionsmittel Kohlenstoffteilchen verwendet werden und die gepreßte Pastille im Vakuum auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Oxyd in Metall übergeführt und das Ganze gesintert wird. Die Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel hat den Vorteil, daß neben dem Vertilmetall lediglich gasförmige Reaktionsprodukte gebildet werden, wodurch keine Verunreinigung durch Fremdmetall auftritt. Überdies ist die Entweichung von gasförmigen Reaktionsprodukten günstig für die Erzielung einer porigen Struktur.
- Da ein Überschuß an Kohlenstoff im Ausgangsgemisch einen hohen Ableitungsstrom eines mit einer solchen Elektrode hergestellten Elektrolytkondensators herbeiführt, wird ein Überschuß an Ta205 oder Nb205 im Ausgangsgemisch bevorzugt. Es hat sich ergeben, daß ein Überschuß an Oxyd bis etwa 20 Gewichtsprozent über dem stöehiometrischen Verhältnis nicht nachteilig ist.
- Dieses Verfahren, bei dem leichter zugängliches Ausgangsmaterial benutzt wird, bietet den Vorteil, daß keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.
- Nach dem Formieren erhält die Elektrode eine Oberfläche, die etwa ein Fünfzigfaches derjenigen eines formierten, nicht mit einer porösen Schicht versehenen Drahtes aus Niob oder Tantal ist. Dies wurde an Hand von vergleichenden Kapazitätsmessungen festgestellt.
- Die Erfindung wird an Hand einiger Beispiele näher erläutert.
- Beispiel Um einen Tantaldraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm wird ein Gemisch von Oxyd und feinverteiltem Kohlenstoff, z. B. Lampenschwarz, ohne den Zusatz eines Bindemittels über eine Länge von 5 mm zu einem Durchmesser von 11/2 mm gepreßt. Nach Entfernung der Form wird die Pastille mit einem Polystyrolhäutchen versehen. Die Erhitzung erfolgt innerhalb einer Heizspirale aus Tantaldraht. Man setzt das Ganze in eine Vakuumglocke und entlüftet bis etwa 5 - 10-5 mm Hg. Die Spirale wird auf etwa 1600' C erhitzt, wobei Gasentwicklung auftritt. Der Druck wird auf etwa 5 - 10-4 mm konstant gehalten unter gleichzeitiger Steigerung der Temperatur der Heizspirale. Wenn eine Temperatur von 2100 oder 2200' C erreicht ist, je nachdem von Nb-Oxyd oder Ta-Oxyd ausgegangen ist, wird diese Temperatur aufrechterhalten, bis die Reaktion völlig beendet und das entstandene Metall gesintert ist. Wenn die Endtemperatur länger aufrechterhalten bleibt, fällt die Kapazität ab, da das Erzeugnis mehr dichtsintert, aber die Abhängigkeit der Kapazität von der Frequenz nimmt gleichfalls ab.
- In nachstehender Tabelle 1 sind einige Gemische verzeichnet, und die Tabelle 2 enthält die Einzelheiten der Herstellung und die damit erreichte Kapazität bei 50 Hz und 5 kHz, die entsprechenden Reihenwiderstände, einen Faktor, der die Abhängigkeit der Kapazität von der Frequenz angibt, und den Ableitungsstrom der formierten, zu einem Kondensator aufgebauten Elektrode. Der Formiervorgang dauerte 46 Stunden in 20 n-H" P04 mit einer Spannung von 8 Volt.
Tabelle 1 Ausgangsgemisch a Ta205 -I- Kohlenstoff in stöchiometrischem Verhältnis b Tat 05 -f- Kohlenstoff mit 20 Gewichtsprozent Überschuß an Ta205 c Tat 05 + Kohlenstoff mit 20 Gewichtsprozent Überschuß an Kohlenstoff d Nb205+ Kohlenstoff mit 10 Gewichtsprozent Überschuß an Nb205 e 45 Gewichtsprozent Nb205 ;- 55 Gewichts- prozent Ta205 '-, Kohlenstoff mit 100/, Überschuß an Oxyden Tabelle 2 Behandlun sdauer Kapazität (@F) Gemisch Sintertemperatur aufg bei R(@) bei GkHz Ableitungsstrom C Sintertemperatur 50 Hz i 5 kHz 50 Hz I 5 kHz G, Hz a 2200 3 Minuten 21,8 15,7 10,9 4,67 0,72 < 2 6 Minuten 17,8 13,5 11,8 4,61 0,76 < 2 12 Minuten 10,3 8,15 24,7 4,56 0,79 < 2 b 2200 10 Minuten 24,7 18,0 9,82 4,15 0,73 < 2 15 Minuten 17,2 13,6 11,7 , 3,84 0,79 < 2 c 2200 6 Minuten 21,5 16,7 7,6 4,12 0,78 4 bis 5 12 Minuten 14,1 12,2 8,06 4,30 0,87 4 bis 5 d 2100 2 Minuten 39,5 22,8 7,43 3,52 0,58 etwa 10 4 Minuten 22,0 17,0 12,5 3,10 0,77 etwa 10 e 2100 bis 2200 13 Minuten 7,61 1 6,34 28,5 4,30 j 0,83 2 bis 5 - Aus vergleichenden Kapazitätsmessungen ergab sich, daß die Oberfläche der formierten Elektrode ein Fünfzehn- bis Hundertfaches derjenigen einer formierten Tantalelektrode mit einer nicht porösen Oberfläche war.
- Es ist zweckmäßig, zwecks Erzielung einer besseren Reproduzierbarkeit des Kapazitätswertes, das Ausgangsmaterial vorzusintern. Die Temperatur ist gleich der des eigentlichen Sintervorgangs, aber der Druck wird auf etwa 0,1 mm Hg eingestellt. Die Endtemperatur von 2100' C wird etwa 5 Minuten aufrechterhalten, und nach Abkühlung wird das entstandene Reaktionsprodukt zum gewünschten Feinheitsgrad gemahlen.
- Dieses Pulver wird auf die beschriebene Weise zu einer Pastille gepreßt und gesintert.
Claims (3)
- PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrolytkondensatorelektrode aus Tantal und/oder Niob mit großer Oberfläche durch Sintern eines aus Tantaloxydteilchen und/oder Nioboxydteilchen und einem Reduktionsmittel bestehenden Gemisches, das, vorzugsweise um einen Kern aus gleichem Metall, zu einer Pastille gepreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel Kohlenstoffteilchen verwendet werden und die gepreßte Pastille im Vakuum auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Oxyd in Metall übergeführt und das Ganze gesintert wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsgemisch einen Überschuß bis zu 20 Gewichtsprozent Metalloxyd gegenüber dem stöchiometrischen Gemisch enthält, welches notwendig ist, um das Oxyd völlig zu Metall zu reduzieren, und daß nach der Reaktion die Endtemperatur lang genug aufrechterhalten wird, um den Überschuß an Oxyd völlig zu entfernen.
- 3. Elektrolytkondensator mit einer Elektrode, welche gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 295223; britische Patentschrift Nr. 511805; USA.-Patentschriften Nr. 2 299 228, 2 461410, 2800616.
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| US2299228A (en) * | 1938-01-12 | 1942-10-20 | Radio Patents Corp | Electric condenser |
| US2461410A (en) * | 1945-09-24 | 1949-02-08 | Magnavox Co | Porous electrode for electrolytic cells |
| CH295223A (de) * | 1942-10-15 | 1953-12-15 | Siemens Ag | Elektrolytischer Kondensator und Verfahren zu seiner Herstellung. |
| US2800616A (en) * | 1954-04-14 | 1957-07-23 | Gen Electric | Low voltage electrolytic capacitor |
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1959
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