DE1464417B2

DE1464417B2 - Verfahren zur Herstellung eines Kerämikkondensators

Info

Publication number: DE1464417B2
Application number: DE19631464417
Authority: DE
Inventors: Antonio R. Franklinville; Cronin John Bolivar; N.Y. Rodriguez (V.St.A.)
Original assignee: Aerovox Corp., New Bedford, Mass. (V.StA.)
Priority date: 1962-09-06
Filing date: 1963-07-03
Publication date: 1972-09-14
Also published as: GB995177A; DE1464417A1; US3235939A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators einer im Vergleich zu seiner Kapazität sehr geringen Größe, bei dem zuerst dünne, zusammenhängende, biegsame Blätter aus ungebranntem, ein Kunststoffbindemittel enthaltendem Keramikmaterial durch Gießen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet werden, bei dem dann die Seiten dieser Blätter mit Belägen aus einem schwer schmelzbaren, bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht-oxydierenden Metall versehen und die dadurch erhaltenen metallisierten Blätter in die gewünschte Form gebracht und in der Weise aufeinandergestapelt werden, daß sie sich nicht decken und abwechselnd an verschiedenen Kanten freigelegt werden können, auf die dann zur Herstellung von Parallelverbindungen ein elektrisch leitendes Material aufgebracht und zur Herstellung des fertigen Kondensators Anschlußdrähte angelötet werden. Ein derartiges Verfahren ist aus der französischen Patentschrift 1 298 082 bekannt.

Aus der französischen Patentschrift 1153 302 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem die übereinander gestapelten metallisierten Blätter vor dem Brennen gepreßt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators mit im Vergleich zu seiner Größe großen Kapazität herzustellen, das wirtschaftlich und betriebssicher ist.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe beiden obengenannten Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators einer im Vergleich zu seiner Kapazität sehr geringen Größe dadurch gelöst werden kann, daß die einzelnen Blätter ausgestanzt und im Stanzmatrizenhohlraum gestapelt werden, daß der Stapel im Stanzmatrizenhohlraum selbst unter Druck gesetzt wird, ohne daß die Teile aus der Matrize herausgenommen werden, während gleichzeitig eine Verschiebung des Stapels verhindert wird, und daß dann der Stapel bei einer Garbrandtemperatur zwischen 1150 und 1430° C zum Herausbrennen des Bindemittels und zum Aushärten der Blätter gebrannt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Stapel im Stanzmatrizenhohlraum vor dem Brennen einem Druck von etwa 1406 bis etwa 2812 kg/cm² ausgesetzt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Kondensatoren, die einen geringen Raumbedarf haben, wirtschaftlich, Betriebssicher und unempfindlich sind und bei denen sehr dünne Teile verwendet werden können, ohne daß die Gefahr eines Bruches des Materials besteht. Die dabei erhaltenen Keramikkondensatoren sind im Vergleich zu ihrer Kapazität extrem klein.

Die Kondensatoren können wie folgt hergestellt werden: ■/■?

Zuerst werden dünne, biegsame Blätter jaus einer Keramik-Zusammensetzung, die ein Kunststoffbindemittel enthält, bandartig aus einem Brei gegossen, der frei von Blasen und Luftlöchern ist. Alle durch Luft oder andere Gase verursachten Blasen und Löcher müssen vor dem Gießen aus dem Brei entfernt werden. Dann werden die dünnen, biegsamen, bandförmigen Keramikblätter auf beiden Seiten mit Belägen aus einem schwer schmelzbaren Metall, das bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht oxydiert, beispielsweise durch Bestreichen, versehen. Das Aufbringen der Beläge wiederholt sich in räumlichen Abständen auf den Bändern, so daß die mit Belägen versehenen Blätter aus dem Band zu einem Stapel oder einzeln in einer Mehrfachmatrize ausgestanzt werden können.

Blätter, die vorher deckend aufeinander angeordnet wurden, können ebenfalls in einer Mehrfachmatrize ausgestanzt werden. Das metallische Belagmaterial besteht vorzugsweise aus fein verteilten Partikeln von Palladium, Platin oder einem anderen Metall, das nicht oxydiert werden kann. S

Wird nur ein einziges Band ausgestanzt, so wechseln zwei Belagmuster in ihrer Form längs des Bandes so ab, daß sie sich auf jedem ausgeschnittenen Blatt nur in jeder zweiten Stellung wiederholen. Werden zwei Bänder gleichzeitig ausgestanzt, so tragen die aufeinanderliegenden Ober- und Unterseiten der beiden Bänder abwechselnd die übereinstimmenden Muster. Auf den sich berührenden Seiten werden die gleichen Muster aufeinandergelegt, so daß hier die Beläge die doppelte Dicke haben.

Dann werden die metallisierten Blätter nach dem Trocknen an den entsprechenden Stellen rings um den Belag in einer Matrize der erwünschten Größe und Form ausgestanzt; es werden so viele Blätter ausgestanzt wie zur Erzielung der gewünschten Kapazität

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durch Parallelschalten der Elemente erforderlich sind. Jeder zweite Belag weist eine freiliegende Kante oder auch einen freigelegten Teil an der gleichen Schnittkante auf, welche der Schnittkante abgewendet ist, an der die dazwischenliegenden Beläge freiliegen. Jede Gruppe von sich berührenden Seiten bildet so einen Kondensatorbelag.

Nachdem die erforderliche Anzahl von Blättern in einer Matrize zu einem Stapel gestanzt ist, wird mit dem (den) Stempel(n), ohne das die Teile aus der Matrize herausgenommen werden, auf die gestapelten Teile in der Matrize ein Druck von ungefähr 1406 bis 2812 kg/cm² ausgeübt.

Die Blätter werden dadurch mit ihren Belägen zu einem festen einstückigen Aufbau zusammengepreßt, der nach dem Brennen äußerst unempfindlich ist.

Das Ganze wird schließlich aus der Matrize ausgeworfen und dann zum Fertigstellen der Parallelverbindungen durch Bestreichen oder anderweitiges Bedecken mit Metallteilchen an den entsprechenden Kanten bzw. Flächen metallisiert. Es kann das gleiche Metall verwendet werden, das auf die Seiten der Blätter für die Beläge aufgebracht wurde.

Es kann zwar die Metallisierung an den Kanten vor dem Brennen weggelassen werden und Silber nach dem Brennen sowohl für die Parallelverbindungen als auch für die Anschlußdrähte verwendet werden; jedoch ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wünschenswert, vor dem Brennen zu metallisieren und dadurch Verbindungen von größerer Betriebssicherheit zu bekommen.

Die Teile werden dann bei der Garbrandtemperatur gebrannt, die sich mit der genauen Zusammensetzung ändert und im Bereich zwischen 1150 bis 1430° C liegt. Sodann werden die gebrannten Stücke an den Enden der Elektroden versilbert und die Anschlußdrähte wie üblich angelötet. Zuletzt wird die Einheit mit einem schützenden, isolierenden Überzug versehen.

Die Form des Kondensators kann quadratisch, rechteckig oder rund sein und die Blätter können mit oder ohne Rand ausgeführt werden. Es können auch andere unregelmäßige Formen hergestellt werden, welche an die Einheit angepaßt sind, in der der Kondensator verwendet werden soll. Diese Formen können auch seitliche Einschnitte zum Unterbringen von Paßteilen aufweisen. Durch das Pressen in der Stanzmatrize ist eine genügende Festigkeit der verschieden geformten Kondensatoren gewährleistet.

Verschiedene Zwischenstadien eines mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Kondensators sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

F i g. 1 eine schematische Oberansicht, welche die Oberseite eines der Blätter oder Bänder zeigt, die einen mit Rändern versehenen Stapel ergeben;

F i g. 2 eine schematische Unteransicht des Blattes oder Bandes,

F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie 3-3 von F i g. 1 und 2, der die in der Stanzmatrize aufeinandergeschichteten Blätter zeigt,

Fig.4 schematisch eine perspektivische Oberansicht der gestapelten Blätter nach dem Zusammenpressen und dem Entfernen aus der Matrize,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Querschnitts nach Linie 5-5 von F i g. 4,

F i g. 6 eine perspektivische Oberansicht des vollständigen Keramikkondensators mit den Anschlußdrähten.

In den F i g. 1 bis 6 sind Zwischenstadien bei der Herstellung eines Mehrschichtkondensators dargestellt. Ein dünnes Blatt 16, welches ohne Blasen, Luftlöcher od. dgl. hergestellt wurde, ist in F i g. 1 in Oberansicht und in F i g. 2 in Unteransicht zu sehen. Gemäß F i g. 1 und 2 ist das Blatt 16 auf der Oberseite mit einer Metallisierung 10 und auf der Unterseite mit einer Metallisierung 11 versehen einschließlich einander entgegengesetzter Lappen 12 und 13, welche für

ίο Parallelanschlüsse vorgesehen sind.

Das Muster ist auf den sich berührenden Flächen gleich und jeweils auf der Gegenseite umgekehrt.

Eine Stanzlinie 14 ist in F i g. 1 und 2 gestrichelt gezeichnet. Die Beläge, die gemäß F i g. 1 auf der Oberseite aus einem Quadrat 10 mit dem vorstehenden Lappen 12 und gemäß F i g. 2 auf der Unterseite aus einem Quadrat 11 mit dem vorstehenden Lappen 13 bestehen, werden z. B. durch Metallisieren mit Palladium hergestellt.

Nachdem das Metall auf jedem Blatt oder auf einem durchgehenden Band jeweils auf beiden Seiten so aufgebracht wurde, wie es die Beläge 10 bis 12 auf der Oberseite sowie 11 bis 13 auf der Unterseite zeigen, wird der Belag bei Zimmertemperatur oder in einem Ofen bei ungefähr 60 bis 80° getrocknet.

Das Keramikband, das aus einer fortlaufenden Reihe von Blättern 16, gemäß den F i g. 1 und 2, besteht, wird auf die Oberseite 17 einer Matrize 18 gelegt. Der obere Stempel 19 stanzt nun nacheinander Einheiten entlang der Stanzlinie 14 aus und schichtet dadurch in einem Hohlraum 22 der Matrize einen Stapel 20 gegen den unteren Stempel 21. Die Lappen 12 und 13 stehen abwechselnd vorwärts und rückwärts nach den entgegengesetzten Seiten des Hohlraums 22 vor und werden bündig mit der Seite des Stapels abgeschnitten.

In dem Stapel (siehe Fig. 3), der geformt, gepreßt und dann aus der Matrize herausgenommen wurde, ist nun eine Reihe von Lappen vorhanden, welche den Lappen 12 und 13 entsprechen, und deren Enden an entgegengesetzten Seiten vorstehen, wie bei 23 und 24 zu sehen ist.

In der Matrize 18 werden die Blätter oder Bänder entweder einzeln oder zu mehreren ausgestanzt, wobei gemäß F i g. 1 und 2 seitlich Ränder 28 stehen gelassen werden.

Die Zahl der Blätter, die im Stapel gleichzeitig gestanzt werden soll, hängt von der Stärke des einzelnen Blattes ab. /

Der in F i g. 4 und 5 dargestellte endgültige Stapel wurde unter einem Druck von etwa 1406 bis^</2812 kg/cm² in der Matrize 18 zusammengepreßt und die Blätter sind im endgültigen Aufbau gemäß F i g. 4, 5 und 6 jeweils 0,076 mm stark, wobei die verschiedenen Blätter gemäß F i g. 1 und 2 im wesentlichen ein Ganzes bilden.

Das ganze Stück gemäß F i g. 4 wird bei einer Temperatur von etwa 1150 bis 1430° C gebrannt, so daß ein harter, starrer Dielektrikumblock mit dazwischenliegenden, abwechselnden Elektroden 10 bis 12 und 11 bis 13 entsteht.

Ein auf den Seitenflächen 26 des gebrannten Blocks aufgebrachtes Metallisierungsband 25 kann aus Silber bestehen. Anschlußdrähte 27 werden z. B. durch eine Lötung 29 an das Metallisierungsband 25 angelötet.

Der Druck auf die ungebrannte Keramik erzeugt einen sehr engen Kontakt zwischen den Blättern, wodurch ein kompakter, einstückiger Aufbau von großer

Festigkeit und Unempfindlichkeit nach dem Brennen erreicht wird; dadurch ergibt sich eine hohe Dichte und eine extrem hohe Kapazität je Volumeneinheit.

Auf Grund der durch den hohen Druck erreichten hohen Dichte kann der Teil leicht verglast werden und seine Porosität kommt nahe an Null heran, was sehr wesentlich zur Bildung eines betriebssicheren Keramikdielektrikums ist.

Der hohe Druck preßt außerdem die Teile hauptsächlich auf der Fläche, auf der das Belagmuster aufgebracht ist, dünner, als sie in ihrer Originalstärke vor dem Zusammenpressen waren. Die Stärke eines Teils wird mindestens um die Stärke des Belags verringert, welcher in das Dielektrikum einsinkt, wodurch hinwiederum die Kapazität steigt.

Kleine Unvollkommenheiten in den Blättern, z. B. kleine Blasen oder Löcher, werden durch den verdichtenden Druck beseitigt.

Das fehlerfreie Blatt trägt stark zur Betriebssicherheit des Kondensators bei.

Dieses Verfahren ermöglicht es, die Kondensatoren mit unregelmässigen Formen zu bauen, z. B. für die ίο Modulbauweise Kondensatoren mit ganz bestimmten Auskerbungen auf den Seiten herzustellen. Dies wird allein dadurch ermöglicht, daß beim Stanzen und berm darauffolgenden Zusammenpressen die besondere Form zuverlässig wiedergegeben wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Keramikkondensators einer im Vergleich zu seiner Kapazitat sehr geringen Größe, bei dem zuerst dünne, zusammenhängende, biegsame Blätter aus ungebranntem, ein Kunststoffbindemittel enthaltendem Keramikmaterial durch Gießen aus einem luftblasenfreien Brei geformt und dann getrocknet werden, bei dem dann die Seiten dieser Blätter mit Belägen aus einem schwer schmelzbaren, bei der Brenntemperatur der Keramikzusammensetzung nicht oxydierenden Metall versehen und die dadurch erhaltenen metallisierten Blätter in die gewünschte Form gebracht und in der Weise aufeinandergestapelt werden, daß sie sich nicht decken und abwechselnd an verschiedenen Kanten freigelegt werden können, auf die dann zur Herstellung von Parallelverbindungen ein elektrisch leitendes Material aufgebracht und zur Herstellung des fertigen Kondensators Anschlußdrähte angelötet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Blätter ausgestanzt und im Stanzmatrizenhohlraum gestapelt werden, daß der Stapel im Stanzmatrizenhohlraum selbst unter Druck gesetzt wird, ohne daß die Teile aus der Matrize herausgenommen werden, während gleichzeitig eine Verschiebung des Stapels verhindert wird, und daß dann der Stapel bei einer Garbrandtemperatür zwischen 1150 und 1430° C zum Herausbrennen des Bindemittels und zum Aushärten der Blätter gebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel im Stanzmatrizenhohlraum vor dem Brennen einem Druck von etwa 1406 bis etwa 2812 kg/cm² ausgesetzt wird.