DE1295854B

DE1295854B - Tantalfolie fuer Kondensatorwickel

Info

Publication number: DE1295854B
Application number: DEK56631A
Authority: DE
Inventors: Contant Claude Emerson
Original assignee: Kawecki Chemical Co
Current assignee: Kawecki Chemical Co
Priority date: 1964-07-20
Filing date: 1965-07-15
Publication date: 1969-05-22
Also published as: US3285716A; GB1046056A; BE667166A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Tantalfolie für Reststromverhalten als auch ein sehr günstiges Kondensatorwickel für Elektrolyt-Kondensatoren mit Temperatur-Kapazitäts-Verhältnis aufweisen,

geringer Temperaturabhängigkeit der Kapazität. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer erfin-

Derartige Tantalfolien werden mit einer geätzten dungsgemäßen Folie wird das durch Vermischen von Oberfläche versehen und zu einer Spirale auf ge- 5 pulverförmigem Molybdän mit Tantalpulver erhaltene wickelt, so daß sie auf Grund ihrer angeätzten Ober- Pulvergemisch durch einen Sinter- oder Schmelzfläche eine ausgedehnte Fläche für den Kontakt mit Vorgang in Barren verwandelt, und diese Barren einem Elektrolyten bieten, in den die verkapselten werden zu Folien verarbeitet.
Spiralen eingetaucht werden. Die Kapazität des er- Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorhaltenen Kondensators ist eine Funktion der Be- io gesehen, daß dem Tantalpulver hochreines Molybdänrührungsfläche zwischen der Folie und dem Elektro- pulver beigemischt wird.

lyten. Daher ist es wünschenswert, die Tantalfolie so Bei einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren tief wie möglich zu ätzen, jedoch ohne dabei die wird dem Tantalpulver ein aus molybdänhaltigem Folie zu perforieren. Die Narben in der Oberfläche, Tantalschrott durch Hydrieren des Schrotts, Pulveridie durch ein solches Ätzen erzeugt werden, sind 15 sieren des Hydrids und Dehydrieren des Hydridrelativ tief, jedoch eng. Diese Eigenschaft scheint pulvers gewonnenes molybdänhaltiges Tantalpulver dafür verantwortlich zu sein, daß die Kapazität von beigemischt.

Kondensatoren aus Tantalfolien bei tiefen Tempe- Durch die Verwendung hochreinen Molybdänraturen relativ gering im Verhältnis zur Kapazität bei pulvers wird vermieden, daß zusätzliche Verunreinihöheren Temperaturen ist. Das Ausmaß dieser Er- 20 gungen in das Tantal eingeführt werden, obwohl die scheinung wird normalerweise dadurch bestimmt, Menge an beigemischtem Molybdän relativ gering ist. daß die Kapazität der Folie bei 125° C mit der Aus Tantalschrott gewonnenes, Molybdän enthalten-Kapazität der Folie bei 25° C in einem herkömm- des Tantalpulver weist im allgemeinen keine wesentlichen Elektrolyten verglichen wird. Das Verhältnis liehen Mengen an anderen Verunreinigungen auf. dieser Kapazitäten ist im allgemeinen wesentlich 25 Das Molybdän kann auch aus anderen, gleichgrößer als 2:1. Nach der gegenwärtigen Theorie ist wertigen Quellen stammen. Das molybdänhaltige der Grund für diesen Kapazitätsunterschied bei Tantalpulver bzw. das hochreine Molybdänpulver wesentlich verschiedenen Temperaturen darin zu wird dann dem hochreinen Tantalpulver in einer suchen, daß sich die Oberflächenspannung des solchen Menge zugesetzt, daß der aus dem Pulver Elektrolyten mit der Temperatur ändert und sich der 30 gewonnene Tantalbarren, aus dem die Folie herge-Elektrolyt daher mit sinkender Temperatur aus den stellt wird, die gewünschte wirksame Menge an Vertiefungen der Ätznarben zurückzieht, so daß die Molybdän enthält.

Berührungsfläche zwischen der Folie und dem Die Menge an Molybdän, die erfindungsgemäß Elektrolyten verringert wird. Diese temperatur- dem hochreinen Tantal zugesetzt wird, liegt im abhängigen Kapazitätsschwankungen treten bei allen 35 Bereich von 35 bis 300 ppm (1 ppm = 1 · 10~⁴%). Arten von für Kondensatoren verwendeten Tantal- Innerhalb dieses Bereichs ergeben 100 bis 250 ppm folien auf. Da jedoch eine größere Reinheit des an fremdem Molybdän beim Tantal eine sehr beTantals zu größeren Kapazitäten führt, wirken sich friedigende Verbesserung des Kapazitätsverhältnisses, die temperaturabhängigen Kapazitätsschwankungen Die Menge an fremdem Molybdän, die bei der Ausbei Vorrichtungen mit hoher Kapazität, die unter 40 führung der Erfindung verwendet wird, umfaßt die in Verwendung von Tantal hoher Reinheit hergestellt dem hochreinen Tantal vorhandene Menge an sind, viel stärker aus. eigenen Molybdänverunreinigungen nicht und steht

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, zu dieser Menge auch in keiner Beziehung. Es ist

eine Tantalfolie zu schaffen, die gegenüber einem sogar so, daß ein weniger reines Tantal mit einem

Elektrolyten über einen weiten Temperaturbereich 45 Gehalt an eigenem Molybdän, der innerhalb des hier

eine relativ stabile Kapazität aufweist. beanspruchten Bereichs des Molybdäns liegt, das für

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine die erfindungsgemäße Tantalfolie charakteristische Folie gelöst, die aus Tantal hoher Reinheit in niedrige Kapazitätsverhältnis eben gerade nicht bePulverform besteht, dem 0,0035 bis 0,03 % (35 bis sitzt. Dies liegt offensichtlich daran, daß die in einem 300 ppm), vorzugsweise 0,01 bis 0,025% (100 bis 50 solchen relativ unreinen Tantal vorhandenen anderen 250 ppm), fremdes pulverförmiges Molybdän züge- Verunreinigungen die vorteilhafte Wirkung des setzt wird, wobei das Tantal hoher Reinheit insge- Molybdäns maskieren oder stören, die bei der Zusamt nicht mehr als 0,04% (400 ppm) an eigenen gäbe von fremdem Molybdän zu hochreinem Tantal metallischen Verunreinigungen enthält und ferner in Erscheinung tritt.

unter den metallischen Verunreinigungen der Gehalt 55 Das Molybdän wird dem Tantal in Pulverform

an eigenem Niob weniger als 0,01% (< 100 ppm) zugesetzt. Hochreines Tantal wird im allgemeinen

und an eigenem Molybdän weniger als 0,001% zuerst in Pulverform hergestellt und dann durch die

(< 10 ppm) beträgt. Der besondere Vorteil einer in der Pulvermetallurgie übliche Technik zu Barren

derartigen Tantalfolie liegt darin, daß bei Elektrolyt- geformt, z. B. durch Sintern in einem Vakuumofen,

kondensatoren mit aus dieser Folie hergestelltem 60 durch Schmelzen mit Hilfe eines Elektronenstrahles

Wickel das Verhältnis der Kapazität bei 125° C zu od. dgl. Dementsprechend kann das Molybdän oder

der Kapazität bei 25° C nach dem Ätzen der Ober- das obenerwähnte molybdänhaltige Tantalpulver, das

fläche unter 2 liegt und daß dabei das Leckstrom- aus dem Tantalschrott gewonnen wurde, leicht in das

verhalten dem von Kondensatoren mit einem Wickel hochreine Tantal eingebracht werden, indem es in

aus einer Folie aus hochreinem Tantal entspricht. 65 Pulverform mit dem Tantalpulver sorgfältig ver-

Die Verwendung dieser Folie im Elektrolyfkonden- mischt wird und das erhaltene Pulvergemisch dann

satorenbau gibt die Möglichkeit, Elektrolytkonden- auf übliche Weise zur Überführung in Barrenform

satoren herzustellen, die sowohl ein sehr günstiges behandelt wird.

Zur Demonstrierung der Wirksamkeit der Zugabe von Molybdän für die Verbesserung der Kapazitätskonstanz über einen weiten Temperaturbereich wurde die Kapazität des geätzten Tantals nach einem herkömmlichen Prüfungsverfahren gemessen, bei dem ein aus einer Ammoniumpentaborat-Glykol-Lösung bestehender Elektrolyt für Tantalfolien-Kondensatoren verwendet wurde. Daher ist bei diesen Versuchen nicht so sehr der wirkliche Wert der gemessenen Kapazität von Bedeutung, da dieser Wert bei einem wirklichen Kondensator eine Funktion seines Aufbaues ist, sondern vielmehr das Verhältnis der bei verschiedenen Temperaturen gemessenen Kapazitäten, das die Kapazitätskonstanz der Tantalfolie bei verschiedenen Temperaturen zeigt. Die zwei für diese Versuche gewählten Temperaturen sind die für diesen Zweck weithin verwendeten Temperaturen von 125° C und 25° C. Die Kapazitäten bei diesen Temperaturen ergeben, wenn sie in dieser Reihenfolge verglichen werden, ein Verhältnis, das als ao »Kapazitätsverhältnis« bekannt und größer als 1 ist, da die Kapazität bei der tieferen Temperatur geringer ist als bei der höheren Temperatur.

Die Tabelle zeigt die Konstanz der Kapazität bei verschiedenen Temperaturen, ausgedrückt als »Kapazitätsverhältnis«, die mit der erfindungsgemäßen Tantalfolie im Vergleich zu einer bisher üblichen Folie aus hochreinem Material erzielt wird. In der Tabelle ist die Probe A eine Folie aus Tantal hoher Reinheit, welches weniger als 100 ppm Niob und etwa 5 ppm Molybdän als eigene Verunreinigungen enthält, was durch Analyse eines gesinterten Barrens vor der Verarbeitung des Materials zur Folie bestimmt wurde. Die Proben B und C wurden aus demselben hochreinen Tantalpulver hergestellt, welchem vor der Verarbeitung zu Barren eine ausreichende Menge an fremdem Molybdän in Form eines hochreinen Pulvers zugesetzt wurde, um den durch Analyse bestimmbaren Molybdängehalt der Barren auf 37,5 bzw. 250 ppm zu erhöhen.

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Probe	Molybdängehalt	Kapazitätsverhältnis
A*) B C	5 ppm 37,5 ppm 250 ppm	2,07 1,42 1,10

*) Gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung.

In welchem Ausmaß in relativ unreinem Tantal vorhandene andere Verunreinigungen die vorteilhafte Wirkung des Molybdäns auf das Temperatur-Kapazitäts-Verhältnis vermindern, zeigt eine Probe, deren eigener Molybdängehalt 100 ppm betrug und deren Kapazitätsverhältnis dabei 1,4 war. Daneben enthielt das Material dieser Probe etwa 500 ppm Niob. Die Verunreinigungen verminderten also die Auswirkung des Molybdängehaltes, so daß für ein Temperatur-Kapazitäts-Verhältnis von 1,4 nicht mehr ein Molybdängehalt von etwa 37 ppm, sondern ein dreimal so hoher Molybdängehalt von 100 ppm erforderlich ist. Außerdem bewirkt der Gehalt an Niob ein beträchtliches Ansteigen des Leckstromes. Ein geringer Leckstrom ist jedoch gerade ein wesentlicher Vorteil von Elektrolytkondensatoren mit einem Wickel aus hochreinem Tantal.

Die Wirkung der Molybdänzugabe ist außerdem in der F i g. 1 graphisch dargestellt, die eine Kurve von durch Versuche bestimmten Werten zeigt. Die Kurve stellt das Kapazitätsverhältnis einer 0,025 mm dicken Folie, die mit einer alkoholischen Lösung eines Halogenids geätzt wurde, den Werten der Molybdänanalyse gegenüber, die mit den 5 ppm an eigenem Molybdän des obenerwähnten hochreinen Tantals beginnt. Aus dieser graphischen Darstellung ist leicht zu ersehen, daß das Kapazitätsverhältnis deutlich näher bei 1 als bei 2 liegt, wenn die zugegebene Menge an fremdem Molybdän etwa 35 ppm ausmacht, und daß sich das Kapazitätsverhältnis einem minimalen Bereich von ungefähr 1,1 bis 1,05 nähert, wenn die Zugaben ungefähr 100 bis 250 ppm Molybdän betragen.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Tantalfolie als Werkstoff zur Herstellung eines in den Elektrolyten eingetauchten Kondensatorwickels eines Elektrolytkondensators. In der F ig. 2 ist ein solcher Elektrolytkondensator im Querschnitt dargestellt. Der Wickel 1, der in einen mit einem Elektrolyten 2 angefüllten Becher 3 eingesetzt ist, besteht aus der erfindungsgemäßen Tantalfolie. Als Anschlüsse dienen die Folie und der Becher des Kondensators.

Claims

Patentansprüche:

1. Tantalfolie für Kondensatorwickel für Elektrolytkondensatoren mit geringer Temperaturabhängigkeit der Kapazität, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Tantal hoher Reinheit in Pulverform besteht, dem 0,0035 bis 0,03%, vorzugsweise 0,01 bis 0,025%, fremdes pulverförmiges Molybdän zugesetzt sind, wobei das Tantal hoher Reinheit insgesamt nicht mehr als 0,04% an eigenen metallischen Verunreinigungen enthält und ferner unter den metallischen Verunreinigungen die Gehalte an eigenem Niob weniger als 0,01% und an eigenem Molybdän weniger als 0,001 % betragen.

2. Verfahren zur Herstellung einer Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Vermischen von pulverförmigem Molybdän mit Tantalpulver erhaltene Pulvergemisch durch einen Sinter- oder Schmelzvorgang in Barren verwandelt wird und diese Barren zu Folien verarbeitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tantalpulver hochreines Molybdänpulver beigemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tantalpulver ein aus molybdänhaltigem Tantalschrott durch Hydrieren des Schrotts, Pulverisieren des Hydrids und Dehydrieren des Hydridpulvers gewonnenes molybdänhaltiges Tantalpulver beigemischt wird.

5. Verwendung einer Tantalfolie der im Anspruch 1 genannten Zusammensetzung als Werkstoff zur Herstellung eines in den Elektrolyten eingetauchten Kondensatorwickels eines Elektrolytkondensators.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen