DE2616367A1 - Tantalpulver, verfahren zur herstellung desselben und daraus gebildete anoden - Google Patents

Tantalpulver, verfahren zur herstellung desselben und daraus gebildete anoden

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DE2616367A1 DE19762616367 DE2616367A DE2616367A1 DE 2616367 A1 DE2616367 A1 DE 2616367A1 DE 19762616367 DE19762616367 DE 19762616367 DE 2616367 A DE2616367 A DE 2616367A DE 2616367 A1 DE2616367 A1 DE 2616367A1
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Description

Fansteel, Inc., North Chicago, Illinois
Tantalpulver, Verfahren zur Herstellung desselben und daraus
gebildete Anoden
Die Erfindung bezieht sich auf Tantalpulver und daraus erzeugte Anoden und insbesondere auf Pulver, die für die Erzeugung von Anoden mit verbesserter elektrischer Kapazität geeignet sind und gemäß einer Ausführungsart verbesserte Fließeigenschaften haben.
Die Verwendung von Tantalpulvern für die Herstellung von Elektroden für Elektrolytkondensatoren ist bekannt. Bei der Herstellung solcher Elektroden wird Tantalpulver zu einem zusammenhängenden Preßkörper verdichtet und dann gesintert, wonach auf dem Sinterkörper ein dielektrischer Film erzeugt wird.
Bei solchen Kondensatoren wird eine möglichst hohe (auf 1 g bezogene) spezifische Kapazität (CV/g) gewünscht.
609885/0269
In der US-PS 3 418 106 wird ein wie Tantal zerquetschbares agglomeriertes Tantalpulver angegeben, das in Elektrodenform verarbeitet zu einer erhöhten spezifischen Kapazität führt· Das in dieser US-PS beschriebene agglomerierte Tantalpulver hat auch» verglichen mit älteren Pulvern,verbessern te Fließeigenschaften.
In der US-PS 3 825 802 werden Verbesserungen unterschiedlicher Eigenschaften von Tantalkondensatoren einschließlich der spezifischen Kapazität beschrieben, die durch Zugabe von gewissen "Dotierungsmitteln11 einschließlich von Phosphor erreicht werden sollen· Als Konzentrationsbereich für das Dotierungsmittel wird ein Bereich von 0,4? bis 2,71 At+% angegeben, was für Phosphor etwa 800 bis 4600 ppm entspricht und die Verbesserung der spezifischen Kapazität (für Stickstof f, der hier bevorzugt wird) reicht von etwa 2 % (am unteren Ende des Bereichs) bis etwa 6,3 % (am oberen Ende), wenn die Anode bei 19QO08C gesintert wird·
Es wurde nun überraschenderweise gefunden» daß deutlich geringere Phosphorgehalte zu verbesserten Produkten führen«
Gemäß der Erfindung wird ein Tantalpulver hergestellt, das für die Bildung von Kondensatoren mit verbesserter spezifischer Kapazität geeignet ist, indem zu einem Tantalpulver eine geringe Menge eines phosphorhaltigen Materials zugesetzt wird, die wesentlich geringer ist, als in der US-PS 3 825 802 angegeben und im Bereich von etwa 5 bis etwa 400 ppm (bezogen auf elementaren Phosphor) liegt· Bei der bevorzugten Ausftihrungsart der Erfindung wird die Zugabe des phosphorhaltigen Materials mit der Agglomeration von Tantalpulver gemäß der US-PS 3 418 106 kombiniert, Jedoch verbessert auch die Zugabe von phosphorhaltigem Material im Bereich von etwa 5 bis etwa 400 ppm (gerechnet als
B09885/026§
elementarer Phosphor) zu einem nicht-agglomerierten Pulver die spezifische Kapazität der aus solchem Pulver erzeugten Kondensatoren.
Gemäß der Erfindung ist es erforderlich, daß ein phosphorhaltiges Material zum Tantalpulver oder zu einem Tantalhydridpulver vor dessen Reduktion zum Tantal hinzugegeben wird. Wenn Phosphor im Tantalpulver als zufällige Verunreinigung anwesend ist, die entweder aus dem ursprünglichen Erz oder Rohmaterial stammt oder als Verunreinigung der bei der normalen Herstellung des Tantalpulvers angewandten Chemikalien (oder Materialien) eingeschleppt wird, werden die erfindungsgemäßen Ergebnisse nicht erzielt.
Ebensowenig werden die Ergebnisse der Erfindung erhalten, wenn phosphorhaltige Materialien zum Tantalpulver hinzugesetzt werden, das in Anodenform gepreßt und gesintert ist, wie es in der US-PS 3 308 350 beschrieben wird. Jedoch werden die Ergebnisse der Erfindung erreicht, wenn ein phosphorhaltiges Material zu einem Tantalpulver hinzugegeben wird, das in Anodenform verpreßt, aber noch nicht gesintert ist.
Die zum Pulver gemäß der Erfindung hinzugesetzte Menge phosphorhaltigen Materials liegt, wie oben angegeben, bei etwa 5 bis etwa 400 ppm (gerechnet als elementarer Phosphor). Innerhalb dieses Bereichs wird im allgemeinen mit höheren Phosphorkonzentrationen eine stärkere Verbesserung der spezifischen Kapazitätswerte erreicht. Bei Phosphorkonzentrationen über etwa 400 ppm wird ein Plateau erreicht und keine weitere Verbesserung der spezifischen Kapazitätswerte erzielt. Im übrigen ergeben sich jedoch bei Phosphorzusätzen über etwa 400 ppm (als elementarer Phosphor gerechnet) nachteilige Wirkungen auf die "Grünfestigkeit11 (im ungebrannten Zustand) der aus dem Pulver gepreßten Anoden und ein nachtei-
609885/026§
liger Einfluß auf deren Sintereigenschaften.
Die bevorzugten phosphorhaltigen Materialien sind die anorganischen Phosphate wie Orthophosphate von Ammonium, Natrium,Kalium, Calcium, Barium und Blei, sekundäres Ammoniumphosphat , Ammoniumdihydrogenphosphat, sekundäres Natriumphosphat, Natriumdihydrogenphosphat und Kaliumdihydrogenphosphat. Zu weiteren geeigneten phosphorhaltigen Materialien gehören elementarer Phosphor, Metallphosphide, Phosphoroxide und -säuren sowie organische phosphorhaltige Materialien wie Alkylphosphate.
Phosphatmaterialien,die keine Metallkationen enthalten, wie sekundäres Ammoniumphosphat, Ammoniumdihydrogenpho sphat und Phosphorsäure sind besonders bevorzugt, da sie keine anderen Metalle in das Tantalpulver mit möglichen nachteiligen Wirkungen auf den Gleichspannungs - Leckstrom und die Durchschlagsspannungseigenschaften der daraus erzeugten Anoden einschleppen.
Wenn Calciumphosphat (Orthophosphat) als phosphorhaltiges Material verwendet und nach einer Agglomeration zugesetzt wird, ergibt sich ein zusätzlicher Vorteil in der Weise, daß die Fließeigenschaften des endgültigen Pulvers verbessert sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart werden sowohl die spezifische Kapazität als auch die Fließeigenschaften (von Tantalpulver) verbessert, indem eine (nach Agglomeration angewandte) Calciumorthophosphatmenge, die zur Steigerung der Freifließeigenschaften ausreicht (z.B. 20 bis 80 ppm),mit einer ausreichenden Menge eines phosphorhaltigen Materials ohne metallische Kationen zur Erzielung einer wesentlichen Steigerung der durch das Calciumorthophosphat erreichten Kapazitätsverbesserung kombiniert wird (z.B. bis zum maximalen
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Gesamtphosphorgehalt von etwa 400 ppm).
Das phosphorhaltige Material kann zum Tantalpulver im trockenen Zustand hinzugegeben werden, es wird jedoch vorzugsweise in Form einer Lösung (in einem wässrigen oder teilweise wässrigen Lösungsmittel) oder in Form einer Aufschlämmung zugesetzt. Das Material kann im gewünschten Mengenverhältnis zum Tantalpulver hinzugegeben werden oder es kann zunächst eine Vormischung bzw. ein Konzentrat gebildet werden, das wesentlich mehr Phosphor enthält,als im Endprodukt gewünscht wird und das Konzentrat dann zur Bildung der gewünschten endgültigen Zusammensetzung mit zusätzlichem Tantalpulver vermischt werden.
Das Tantalpulver kann, wie oben angegeben,zum Zeitpunkt der Beifügung des phosphorhaltigen Materials agglomeriert oder nicht-agglomeriert sein und falls es nicht agglomeriert ist, kann es nachfolgend,je nach Wunsch,ggf. agglomeriert werden. Die erfindungsgemäße Verbesserung ist bei Tantalpulvern anwendbar, die auf unterschiedliche Weise erzeugt werden, wie bei natrium-reduzierten Tantalpulvern und Tantalpulvern, die von Schmelzbarren (im Elektronenstrahl oder Lichtbogen geschmolzen) erzeugt werden. Die Tantalpulver können nach Wunsch zum Zeitpunkt der Zugabe des phosphorhaltigen Materials in Hydridform vorliegen und durch eine nachfolgende Behandlung zur metallischen Form reduziert werden.
Die maximale Erhöhung der spezifischen Kapazität wird gemäß der Erfindung erhalten, wenn die aus den erfindungsgemäßen Pulvern gepreßten Tantalanoden bei relativ niedriger Temperatur (z.B. 16OO°C) gesintert werden. Geringere Zunahmen werden bei höheren Sintertemperaturen (z.B. 18000C) erreicht und noch geringere Steigerungen bei hohen Sintertemperaturen (wie z.B. 20000C).
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Beispiele 1 und 2
Ein agglomeriertes natrium-reduziertes Tantalpulver (bezeichnet als Beispiel 1) wurde als Vergleichsprobe verwendet.
Calciumorthophosphat wurde durch Zugabe von Orthophosphorsäure zu Calciumoxid gebildet und vor der Verwendung säurefrei gewaschen. Methanol und der gewaschene CaI-ciumorthophosphatniederschlag wurden zu einem agglomerierten natrium-reduzierten Tantalpulver unter Bildung einer Aufschlämmung hinzugegeben, die in Luft bei 90 bis 10O0C getrocknet wurde. Die getrocknete Mischung wurde dann 3 Minuten lang in einem V-Mantelmischer gerührt. Die Calciumorthophosphatmenge reichte für die Erzeugung einer Vormischung mit 800 bis 1000 ppm Orthophosphationen, P0^wl , entsprechend etwa 261 bis etwa 326 ppm elementaren Phosphors. Die Mischung wurde mit einem weiteren Anteil derselben Tantalpulveraenge (agglomeriert und natrium-reduziert) wie bei Beispiel 1 zur Erzeugung einer Endkonzentration von 115 ppm Orthophosphationen entsprechend 37,5 ppm elementaren Phosphors gemischt. Dieses phosphorhaltige Pulver wurde dann als Beispiel 2 bezeichnet.
Das Tantalkontrollpulver von Beispiel 1 zeigte einen Hall-Fluß von 46 Sekunden bei Messung nach dem "Standardprüfverfahren für die Fließgeschwindigkeit von Metallpulvern1· gemäß ASTM B 213-48 (wiederbestätigt 1965), wobei allerdings die Prüfeinheit für eine Vibration des Hall-Fließbechers modifiziert und der Becher mit einer Frequenz von 3600 Hz und einer Amplitude von 0,61 mm in Vibration versetzt wurde. Das phosphorhaltige Pulver gemäß Beispiel 2 zeigte einen Hall-Fluß von 27 Sekunden bei Messung unter den gleichen Bedingungen.
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Aus dem Kontrollpulver (Beispiel 1) und dem calciumorthophosphathaltigen Pulver (Beispiel 2) wurden 2 g Anoden durch Verpressen des Pulvers auf eine Dichte von 6,45 g/cm gebildet. Die Anoden wurden entweder 30 Minuten lang bei 1800°C oder 30 Minuten lang bei 20000C in einem Vakuumsinterofen mit kalter Wand (10""* Torr Absolutdruck) gesintert und dann auf ihre Dichte und spezifische Kapazität (CV/g) überprüft.
Das Prüfverfahren umfaßte eine anodische Behandlung der gesinterten Anoden in 0,01 %iger wässriger Phosphorsäure bei einer Stromdichte von 35 mA/g bis zum Erreichen von 200 V. Die bei 18000C gesinterten Anoden wurden 2 Stunden lang bei 200 V gehalten. Die bei 20000C gesinterten Anoden wurden bis 270 V formiert, wobei jedoch die Stromdichte bei 12 mA/g lag und die Anoden 1 Stunde lang bei 270 V.gehalten wurden.
Die formierten Anoden wurden in entionisiertem Wasser gewaschen und dann in sauberer Luft bei 1050C getrocknet. Sie wurden dann 30 Minuten lang in 10 #ige Phosphorsäure getaucht. Die Kapazität wurde an der in 10 %±ge Phosphorsäure getauchtea Anode mit einer Kapazitätsmeßbrücke von General Radio Typ 1611B unter Anwendung eines Wechselstromsignals von 0,5 V und einer Gleichspannung von 3 V gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengefaßt.
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TABELLE I
CD
co co OO cn
CO
Bei
spiel
Bemerkungen gesintert bei 18000C gesintert bei 20000C
1
2
Kontrollprobe
Ca3(PO4),,
Zusatz entsprechend
37,5 ppm P
Kapazität CV/g-
Sinter- [u-Farad- Verbes-
dichte Volt/gl serung
fe/cm3J (CV/g) M
Kapazität CV/g-
Sinter- |ju-Farad*- Verbes-
dichte, Volt/gl serung
fe/cm3j (cv/gr W K
7,31 4783
7,08 5036 5,3
8,58 3488
8,34 3550 1,8
CD
to CO
CD CO CT)
Diese Ergebnisse zeigen, daß der Zusatz von Calciumorthophosphat zu agglomeriertem natrium-reduzierten Tantalpulver die Fließeigenschaften des Pulvers verbessert und zu einer Verbesserung der spezifischen Kapazität führt.
Beispiele 5 bis 9
Eine Reihe von anorganischen Phosphaten wurden als Zusätze für agglomeriertes natrium-reduziertes Tantalpulver verwendet, und zwar wurden folgende Verbindungen angewandt:
*Ca,(PO^)2 Calciumorthophosphat
*Ba,(PO^)2 Bariumorthophosphat
sekundäres Ammoniumphosphat
^ Ammoniumdihydrogenphosphat
·12H2O Natriumdihydrogenpho sphat-hydrat
*12H2O sekundäres Natriumphosphathydrat
2^ Kaliumdihydrogenphosphat
* praktisch wasserunlöslich
Die Calcium- und Bariumverbindungen wurden im Laboratorium nach Standardverfahren durch Umsetzung eines Alkalimetallphosphate mit einem löslichen Metallhalogenid oder -acetat hergestellt. Der gebildete Niederschlag wurde reaktantenfrei gewaschen und entweder als Aufschlämmung oder als trockenes Pulver verwendet. Die anderen Phosphate waren im Handel erhältlich.
Für den Zusatz von Phosphor zum Tantalpulver wurde das jeweilige Phosphat mit einer 30 %igen Wasser-Methanollösung gemischt oder gelöst. Eine ausreichende Menge phosphathaltiger Flüssigkeit wurde zum Tantalpulver unter Erzeugung eines dicken Schlamms hinzugegeben. Der Schlamm wurde bei 900C getrock-
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net und dann in einem Doppelmantelmischer sorgfältig homogenisiert. Für die Calcium- und Bariumsalze wurde zunächst eine Vormischung mit 1000 ppm Zusatz hergestellt, die dann zur Erzielung von Endkonzentrationen von 30 bis 50 ppm PO4 111-Ionen (entsprechend etwa 10 bis etwa 16 ppm elementarem Phosphor) mit weiterem Tantalpulver vermischt wurde. Die anderen Phosphate wurden direkt in gewünschter Konzentration zugemischt.
2 g Anoden wurden mit einer Dichte von 6,45 g/cm3 aus Tantalpulver der gleichen Menge an agglomeriertem natrium-reduzierten Tantalpulver gepreßt und als Beispiel 3 bezeichnet. Ähnliche Anoden wurden aus den Pulvern mit unterschiedlichen Phosphatzusätzen gepreßt und als Beispiele 4 bis 9 bezeichnet. Anoden der Beispiele 3 bis 9 wurden im Vakuum entweder 30 Minuten lang bei 18000C oder 30 Minuten lang bei 20000C gesintert und unter Anwendung der für die Beispiele 1 und 2 beschriebenen Sinterpraxis und Prüfbedingungen auf ihre spezifische Kapazität getestet. Der Gleichspannungs Leckstrom (DCL) wurde ebenfalls im Rahmen der elektrischen Prüfungen ermittelt. Nach dem Formieren, Spülen und Trocknen wurden die Anoden zunächst bezüglich des Leckstroms (DCL) getestet. Verwendet wurde eine phosphorsaure Lösung. Die Testbedingungen waren wie folgt:
Anoden-Formier- Test-Elektrolytspannung konzentration
200 V 10,096 H3PO4 140 V
270 V 0,0196 H3PO4 240 V
Die Anoden wurden bis zum oberen Ende in die Testlösung getaucht und es wurde 2 Minuten lang die geeignete Spannung angelegt, wonach der Leckstrom gemessen wurde.
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Nach Beendigung der Leckstrommessungen wurden die bis 200 Y formierten Anoden in einem Trog mit 10 #iger Phosphorsäure angeordnet und 30 bis 45 Hinuten darin belassen.
Die bis 270 V formierten Anoden wurden 3 bis 5 Minuten lang in fließendem destillierten Wasser gewaschen und 45 Hinuten lang bei 105 ± 5°C in Luft getrocknet. Sie wurden dann 30 bis 45 Hinuten lang in 10 %ige Phosphorsäure getaucht. Die Kapazität wurde nach der in Beispiel 1 und 2 beschriebenen Verfahrensweise gemessen.
Die Prüfergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt. -Die Werte zeigen, daß die Zugabe von geringen Hengen P0^wt -Ionen enthaltenden Verbindungen (entsprechend 10 bis 16 ppm elementarem Phosphor) zu agglomeriertem natrium-reduzierten Tantalpulver zu einer Verbesserung der Kapazität von 30 Minuten bei 180O0C gesinterten Anoden um etwa 5 bis 7 % und von 30 Minuten bei 20000C gesinterten Anoden um etwa 1 bis 4 % führt. Dieser Kapazitätsgewinn wurde erzielt unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung von akzeptablen Leckstromwerten.
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TABELLE II
Einfluß von anorganischen Phosphatzusätzen zu agglomeriertem natrium-reduzierten Tantalpulver auf die Eigenschaften von daraus gebildeten Anoden
Bei
spiel
zugesetzte
Verbindung
Zusatzmenge (ppm) gesintert bei 4904
5218
18000C gesintert bei Kapa
zität.
2000°c
3
4
keine
(Kontrollprobe)
Ca3(PO4J2
PO4"' P Kapa-
DGL zität
LJoA/uFV] jjiFV/g]
5193 CV/g-
Verbes-
serung
DCL
[UA/uFV]
3405
3545
CV/g-
Verbes-
serung
VJl Ba3(P04)2 49 16 24
22
5203 6,4 77
100
3517 -a
6 (NH4J2HPO4 37 12 34 5168 5,9 77 3458 3,3
7 (NH4)H2PO4 37 12 34 5199 6,1 92 3512 1,6
8 NaH2PO4'12H2O 40 13 33 5069 5,4 105 3470 3,1
9 Na2HPO4*12H2O 34 11 25 6,0 65 3449 1,9
31 10 23 5,2 113 1,3
CD GO CD
Beispiele 10 bis 18
Tantalpulver wurde ausgehend von einem im Elektronenstrahl erschmolzenen hochreinen Tantalblock durch Verspröden des Blocks in der Wärme in einer Wasserstoffatmosphäre und anschließendes Zerquetschen und Pulverisieren des resultierenden spröden Blocks unter Erzielung von Tantalhydridpulver erzeugt. Dieses Tantalhydridpulver wurde in ein agglomeriertes Tantalpulver (nachfolgend als "agglomeriertes EB-Pulver" bezeichnet) umgewandelt, indem das Tantalhydridpulver im Vakuum auf 13900C erhitzt und der schwach gesinterte Sinterkuchen unter Bildung von agglomeriertem Tantalpulver mit < 0,25 mm pulverisiert wurde. Dieses agglomerierte EB-Pulver wurde als Kontrollprobe verwendet und als Beispiel 10 bezeichnet.
Die folgenden Reihen von anorganischen Phosphaten wurden als Zusätze zu agglomeriertem EB-Pulver von derselben Menge wie die Kontrollprobe von Beispiel 10 verwendet:
*Ca»(P0^)2 Calciumorthophosphat
*Ba,(PO^)2 Bariumorthophosphat
(NH^J2HPO^ sekundäres Ammoniumphosphat
(NH^)HgPO^ Ammoniumdihydrogenphosphat
-12H2O Natriumdihydrogenphosphat-hydrat
·12HgO sekundäres Natriumphosphat-hydrat
Kaliumdihydrogenphosphat
^^g Bleiorthophosphat
* praktisch wasserunlöslich
Die Calcium-, Barium- und Bleiverbindungen wurden im Laboratorium nach Standardverfahren durch Umsetzung eines Alkalimetallphosphats mit einem löslichen Hetallhalogenid oder -acetat hergestellt. Der gebildete Niederschlag wurde reaktantenfrei gewaschen und entweder als Aufschlämmung oder
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trockenes Pulver verwendet. Die anderen Phosphate waren im Handel erhältlich.
Pur den Phosphorzusatz zum Tantalpulver wurde das entsprechende Phosphat mit einer 30#igen Wasser-Methanollösung entweder gemischt oder gelöst. Eine ausreichende Menge der phosphathaltigen Flüssigkeit wurde unter Bildung eines dicken Schlamms zum Tantalpulver hinzugegeben. Der Schlamm wurde bei 900G getrocknet und dann in einem Doppelmantelmischer sorgfältig homogenisiert. Für das Calcium- bzw. Bariumphosphat wurde zunächst eine Vormischung mit 1000 ppm Zusatz hergestellt, die dann mit weiterem Tantalpulver zur Erzielung von Endkonzentrationen von 30 bis 50 ppm P0^nl -Ionen (entsprechend etwa 10 bis etwa 16 ppm elementaren Phosphors) gemischt wurde. Die anderen Verbindungen wurden direkt für die gewünschte Konzentration zugemischt.
2 g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/car wurden aus dem Tantalpulver derselben Menge agglomerierten EB-PuIvers, dem jedoch kein Phosphor zugesetzt worden war, gepreßt und als Beispiel 10 bezeichnet. Ähnliche Anoden wurden aus den Pulvern mit den unterschiedlichen Phosphatzusätzen gepreßt und als Beispiele 11 bis 18 bezeichnet. Anoden der Beispiele 10 bis 18 wurden im Vakuum entweder 30 Minuten lang bei 18000C oder 30 Minuten lang bei 20000C gesintert und bezüglich der spezifischen Kapazität überprüft, wobei die Sinterpraxis und Testbedingungen angewandt wurden, die in Beispiel 1 und 2 beschrieben sind; ferner wurde der DCL-Wert wie in den Beispielen 3 bis 9 beschrieben ermittelt.
Jeweils 6 Anoden aus den einzelnen Pulvern der Beispiele 10 bis 18 wurden 30 Minuten lang bei 20000C gesintert und für die Bestimmung der Durchschlags spannung (BDV) verwendet. Der Durchschlagsspannungstest erfolgte durch Elektroformieren in einer gerührten 0,1#igen Η,ΡΟ^-Lösung bei 90 ± 20C unter
6 09885/0269
Erhöhung der Formlerspannung mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 4 V/min bis zum Durchbruch des Dielektrikums. Als Durchschlagspunkt wurde der Punkt bezeichnet, an dem der Formierstrom der Anode um 100 mA gegenüber dem bei 100 V fließenden Strom anstieg oder wenn eine Szintillation auftrat. Eine mittlere Durchschlagsspannung wurde nach Ausscheidung von "Ausreißern" (als solches werden Verhaltensweisen oder Bestimmungen bezeichnet, die deutlich von den anderen Werten der gleichen Gruppe abweichen) ermittelt. Dabei wurde lediglich ein "Ausreißer" pro Testgruppe als akzeptabel enge sehen. Hierbei wurde nach der Verfahrensweise gemäß ASTM-E-178-61T, "Tentative Recommended Practice for Dealing with Outlying Observations" vorgegangen.
Die Prüfergebnisse sind in Tabelle III zusammengefaßt. Diese Werte zeigen, daß die Zugabe von geringen Mengen an PO^"1 -Ionen enthaltenden Verbindungen (entsprechend 10 bis 16 ppm elementarem Phosphor) zu agglomeriertem EB-Tantalblockpulver zu einer Verbesserung der Kapazität von 30 Minuten bei 18000C gesinterten Anoden um etwa 5 bis 9 % und von 30 Minuten bei 20000C gesinterten Anoden um etwa 2 bis 4 % führt. Diese Kapazitätsgewinne werden ohne bedeutende Veränderung der DCL-Werte erreicht. Auch die Durchschlagsspannung der bei 20000C gesinterten Anoden war nicht verschlechtert.
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TABELLE III
Einfluß von anorganischen Phosphatzusätzen zu agglomerierte» EB-Tantalpulver auf die Eigenschaften von daraus erzeugten Anoden
Bei
spiel
zugesetzte
Verbindung
Zusatzmenge(ppm P gesintert bei 18000C CV/g-
Verbes-
serung
KT
gesintert bei 20000C Kapa-
. Zitat
]|]uFV/g3
^CV/g)
cv/g-
Verbes-
serung
BDV
LVolt]
r
<
0
T)
10 keine
( Kontrollprobe)
PO,'" jjuA/uF^ [ Kapa
zität
(CV/g)
DCL
IJuA/^FV
2973 226 ( -A
T)
11 Ca3(P04)2 16 16 3998 9,3 67 3081 3,6 232
σν
CD
CD
OO
12 Ba,(PO4) 49 10 14 4372 6,7 65 3085 3,8 227
GO
cn
13 (NH4J2HPO4 31 12 16 4266 5,2 65 3061 3,0 228
CD 14 (NH4)H2PO4 37 13 15 4206 6,2 62 3042 2,3 226
cn 15 NaH2PO4.12H2O 40 11 14 4243 7,8 53 3072 3,3 235
16 Na2HPO4.12H2O 34 10 20 4310 6,3 52 3051 2,6 231
17 KH2PO4 31 11 15 4249 7,7 56 303?. 2,2 -
18 Pb3(PO4J2 35 15 14 4304 8,0 64 3078 3,7
47 16 4317 63
Beispiele 19 bis 30
Ein Hydridpulver aus einem EB-Tantalblock wurde als Kontrollprobe verwendet und mit Beispiel 19 bezeichnet.
Daneben wurden zu Hydridpulver derselben Menge wie in Beispiel 19 die folgenden anorganischen Phosphate als Zusätze hinzugegeben:
^2 sekundäres Ammoniumphosphat Na^HPO. sekundäres Natriumphosphat Ca,(P0^)2 Calciumorthophosphat
Hydridpulver von derselben Menge wie für Beispiel 19 wurde zur Entfernung des Wasserstoffs im Vakuum entgast unter Erzielung von EB-Pulver. Dieses entgaste Pulver wurde als weitere Kontrollprobe verwendet und mit Beispiel 23 bzw. 27 je nach nachfolgend angewandter Agglomerationsbehandlung bezeichnet.
Die obigen anorganischen Phosphate wurden auch als Zusätze für das entgaste Pulver der gleichen Menge wie in Beispiel 23 bzw. 27 benutzt.
Die Verfahrensweise für die Zugabe von Phosphor zum Hydridpulver und zum EB-Pulver entsprach der in den Beispielen 3 bis 9 bzw. 10 bis 18 angewandten Verfahrensweise. Die angewandten Zusatzmengen sind in Tabelle IV aufgeführt.
Das als Beispiel 19 bezeichnete Kontrollhydridpulver und die phosphathaltigen Hydridpulver der Beispiele 20 bis wurden durch 60 Minuten langes Aufheizen dieser Hydridpulver im Vakuum auf 13900C in ein agglomeriertes EB-Pulver umgewandelt.
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Die als Beispiel 23 bezeichnete EB-Pulver-Kontrollprobe und die phosphathaltigen EB-Pulver der Beispiele 24 bis 26 wurden ebenfalls durch 60 Hinuten langes Aufheizen der EB-Blockpulver im Vakuum auf 13900C in agglomerierte EB-Pulver umgewandelt.
Die als Beispiel 27 bezeichnete EB-Pulver-Kontrollprobe und die phosphathaltigen EB-Pulver der Beispiele 28 bis 30 wurden durch 60 Hinuten langes Aufheizen dieser EB-Pulver im Vakuum auf 144O°C in agglomerierte EB-Pulver umgewandelt.
2 g Anoden mit einer Dichte von 7 »20 g/cm wurden aus den Pulvern der Beispiele 19 bis 30 gepreßt. Die Anoden wurden entweder 30 Hinuten lang bei 18000C oder 30 Hinuten lang bei 20000C gesintert und dann auf ihre DCL-Werte, spezifischen Kapazitäten und BDV-Werte (lediglich bei den bei 20000C gesinterten Anoden) überprüft. Bei den elektrischen Prüfungen wurde die gleiche Verfahrensweise angewandt; wie sie in den Beispielen 1 bis 18 beschrieben ist.
Die Testergebnisse sind in Tabelle IV aufgeführt. Verbesserungen der Kapazität bei Anoden) die 60 Hinuten lang bei 1800°C gesintert waren, reichten von etwa 17 bis 25 %, wenn das Phosphat zum Hydridpulver hinzugegeben wurde und von etwa 11 bis 15 96, wenn die Zugabe zum EB-Pulver (entgasten Pulver) vor der Agglomeration erfolgte. Bei Anoden, die (30 Hinuten lang) bei 20000C gesintert worden waren, reichte die von den Phosphatzugaben herrührende Kapazitätsverbesserung von etwa 7 bis 13 % bei Zugabe zum Hydridpulver vor der Agglomeration und von etwa 4 bis 7 % bei Zugabe zum EB-Pulver vor der Agglomeration.
S09885/0269
TABETfT-K IV
Einfluß von anorganischen Phosphatzusätzen zu EB-Tantalhvdridpulver (Beispiele
20 bis 22) und zum entgasten EB-Pulver (Beispiele 24 bis Zb und 28 bis 30) vor der Agglomeration auf die Eigenschaften der daraus erzeugten Anoden ""*
Bei
spiel
zugesetzte
Verbindung
Zusatzmenge (ppm) P gesintert bei Kapa-
_ „Zitat.,
18000C gesintert Kapa
zität.
bei 20000C LVoItJ
19
20
keine
(Kontrollpro
(NH4)2HP04
P04nl 188 DCL
[uA/uF\
4099
4925
CV/g-
Verbes-
serung
M
DCL
&uA/uFVj
2925
3131
CV/g-
Verbes-
I serung
) M
-
21 Na2HPO4 be) -
576
163 19
23
4818 20,2 116
100
3067 7,0 -
609885 22 Ca3(PO4J2 500 150 33 5107 17,5 251 3318 4,9 -
σ 23
24
keine (Kon
trollprobe )
(NH4)2HP04
459 75 116 3892
4369
24,6 149 2958
3147
13,4 248
236
σ> 25 Na2HPO4 230 65 12
13
4394 12,2 79
71
3124 6,4 200
26 Ca3(PO4J2 200 32 14 4329 12,9 86 3110 5,6 215
27
28
keine (Kon
trollprobe )
(NH4J2HPO4
99 75 22 3915
4451
11,2 63 2866
3006
5,1 225
239
29 Na2HPO4 230 65 24
21
4433 13,7 CM CM
VO VO
2999 4,9 202
30 Ca3(P04)2 200 32 59 4495 13,3 82 3014 4,6 224
99 34 14,9 52 5,2
Beispiele 51 bis 46
Diese Beispiele befassen sich mit dem Zusatz von unterschiedlichen anorganischen Phosphaten zum EB-Pulver vor einer Agglomeration. Art und Menge der benutzten Phosphate sind in Tabelle V angegeben. Die in diesen Beispielen zum Pulver zugesetzten Mengen der speziellen Phosphate waren beträchtlich geringer als in den Beispielen 23 bis 30. Die Pulver wurden 60 Minuten lang bei 13900C agglomeriert und dann bezüglich ihres DCL-Werts, der spezifischen Kapazität und der BDV nach den in den Beispielen 1 bis 30 angegebenen Verfahrensweisen überprüft. Die erhaltenen Werte sind in Tabelle V aufgeführt. Eine erhebliche Kapazitätsverbesserung sowohl bei einer 18000C Sinterung als auch einer 20000C Sinterung gegenüber den Kontrollproben wurde durch die Phosphatzugabe bei allen untersuchten Phosphaten bis herab zu den niedrigsten zugesetzten Konzentrationen dieser Verbindungen und einschließlich derselben erreicht. Diese Kapazitätsverbesserungen wurden ohne Schadeinfluß auf den Gleichspannungs - Leckstrom erzielt. Bei diesen Beispielen schienen einige der Metallphosphate eine gewisse Herabsetzung der BDV zu verursachen, jedoch wurde die BDV durch Zusätze von (NH^)2HPO, , Pb,(PO, )2 und Ca (PO^)2 in einem von zwei Fällen nicht beeinträchtigt.
609885/0289
INSPECTED
TABELLE V
Einfluß von anorganischen Phosphatzusätzen zu EB-Tantalpulver vor einer Agglomeration auf die Eigenschaften von daraus gebildeten Anoden (Agglomeration des Pulvers bei
13900C für 60 Minuten)
Bei zugesetzte Zusatzmenge (ppm) P - gesintert bei Kapa 18000C gesintert Kapa- bei 20000C _ BDV
spiel Verbindung P04"1 16 zität CV/g- , zität CV/g- LVoItJ
TtA keine - 16 DCL n (CV/g) Verbes- DCL- . (CV/g, Verbes-
31 (Kontrollpr« J - 37 16 [μλ/μ¥$ serung
W
Ljua/^fv. 221
32 (ΝΗ4)2ΗΡ04 115 35 3818 2931 239
33 Na2HPO4 106 17 16 4158 - 40 3036 - 204
σ* 34 Ca3(PO4)2 50 - 31 4244 8,9 38 3054 3,4 226
ο 35 keine
(Kontrollpr.
33 20 4204 11,2 44 3032 4,2 239
co
OO
36 KH2PO4 100 33 45 3930 10,1 38 2967 3,5 226
5 /Οί •ριη/ Pb3(po4)2 100 33 19 4318 - 80 3035 - 240
σ> 38 Ba3(PO4J2 100 - 15 4308 9,8 86 3039 2,3 203
39 keine
(Kontrollpr
J - 19 13 4450 9,6 85 3269 3,8 240
40 (NH4J2HPO4 57 17 23 3946 13,2 93 2835 10,2 248
41 Na2HPO4 53 8 13 4350 - 82 2888 - 209
42 Ca3(P04)2 25 11 4389 10,2 74 2927 1.9 216
43 keine
(Kontrollpr
.) " 12 4259 11,2 87 2914 3,2 240
44 KH2PO4 50 17 3963 7,9 74 2900 2,8 217
45 Pb3(po4)2 50 16 4276 - 83 2967 - 241
46 Ba3(PO4J2 50 15 4269 7,8 85 2951 2,3 209
13 4392 7,7 58 3099 1,8
25 10,8 68 6,7
Beispiele 47 bis 51
Das Pulver von Beispiel 47 war ein EB-Tantalblock-Hydridpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3,2 ,u (FSSS von 3,2 μ; bestimmt nach der Verfahrensweise gemäß ASTM B 33O-58T Abschnitt "Tentative Method of Test for Average Particle Size of Refractory Metals and Compounds by Fisher Sub-Sieve Sizer"). Dieses Pulver diente als eine Kontrollprobe.
Eine Serie von fortschreitend höheren Zusätzen an (NH^)HpPO. wurden zu Hydridpulver derselben Menge wie in Beispiel 47 zugesetzt zur Erzielung von Phosphorzusätzen von 20, 35, 50 und 150 ppm; diese Proben wurden als Beispiele 48 bis 51 bezeichnet.
Die Pulver der Beispiele 47 bis 51 wurden 30 Minuten lang bei 1375°C agglomeriert. 2 g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/cm wurden von dem Pulver gepreßt. Einige Anoden wurden 30 Minuten lang bei 16OO°C gesintert und andere 30 Minuten lang bei 18000C oder 30 Minuten lang bei 20000C. Diese Anoden wurden bezüglich ihres DCL-Wertes, der spezifischen Kapazität und der BDV (lediglich bei Anoden, die bei 1800 bzw. 20000C gesintert worden waren) nach den gleichen Prüfverfahren wie in den früheren Beispielen überprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI wiedergegeben.
Wie aus diesen Werten ersichtlich ist, tritt eine Kapazitätszunahme von bis zu 35 % bei 16000C Sinterkörpern, bis zu 23 % bei 18000C Sinterkörpern und bis zu 6,5 % bei 20000C Sinterkörpern auf. Der Phosphatzusatz scheint als Sinterungsinhibitor zu wirken? Je größer die Menge ist?um so größer ist der Effekt. Bi© BDV- und BCL-Wsrte der bsi 2QQO0C gesinterten Anoden schienen bei keinem der Fhosphorgehalte nachteilig beeinflußt zu sein; die BDV-Werte von bei 18000C gesinterten
809885/0269
Anoden zeigten jedoch bei Verwendung von Pulvern mit den höchsten Phosphorgehalt eine gewisse Abnahme.
π Q 9 0 B 5 / 0 2 6 9
TABELLE VI
Einfluß von (NHf|) JMPO,-Zusätzen zu 5.2 u Tantalhydridpulver vor einer Agglomeration auf die Eigenschaften von daraus gebildeten Anoden
α
α
er
Beispiel
Zusatzmenge P OP«]
gesintert bei 16OO°C
DCL
Kapa- CV/gzität Verbesgesintert bei 18000C
Kapazität.
CV/g-Verbes-BDV
DCL zität Verbes- BDV [JuA/)iFVJ &iFV/g] serung [Volt]
gesintert bei 200O0C
Kapa- CV/g
DCL zität Verbes- BDV [μΑ/uFVjjuFV/gJ serung
47 48 49 50 51
keine (Kontrollprobe )
20
35
50
150
14
16
16
14
12
5556
6831
7021
7512
22,9
6932 24,8
26,4
35,2
4250
4763
218
12,1 207
4897 15,2 216 5003 17,7 221 5258 23,7 186
2832
74 2820
256 263
61 2921 3,1
60 2966 4,7
75 3015 6,5
Beispiele 52 bis 67
Diese Beispiele ähneln den Beispielen 47 bis 51, jedoch unter Einbeziehung von EB-Tantalhydridpulvertimit FSSS-Werten von 3,2; 3,7 und 4,2 μ in die Untersuchung. (NH^)2HP0 wurde in den aus den Tabellen VII und VIII zu entnehmenden Mengen zum Hydridpulver vor den Agglomerationsbehandlungen hinzugegeben.
Bei den Beispielen 52 bis 59 (Tabelle VII) wurden die Hydridpulver in einer Behandlung bei 13750C (30 Minuten) agglomeriert. Bei den Beispielen 60 bis 67 (Tabelle VIII) wurden die Hydridpulver zunächst einer Voragglomerationsbehandlung bei 12000C (60 Minuten) unterworfen und nachfolgend einer 30 Minuten langen Agglomerationsbehandlung bei 13750C
2 g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/cm5 wurden aus den Pulvern gepreßt und dann bei 16OO°C (30 Minuten) oder bei 18000C (30 Minuten) oder aber bei 20000C (30 Minuten) ge sintert und dann wie in den früheren Beispielen beschrieben untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Teilchengröße des Präkursorpulvers vor äeder der Agglomerationsbehandlungen einen beträchtlichen Einfluß auf die Änderung der Kapazität mit der zum Hydridpulver vor der Agglomeration zugesetzten Phosphatmenge hat. Bei einem 50 ppm Phosphorzusatzpegel beträgt die Kapazitätszunahme bei einer 16OO°C Sinterung gegenüber der Kontrollprobe bis zu 34 % bei einem 3,2 μ Pulver(vor der Agglomeration) und bis zu 20 % bei einem 4,2 μ Pulver.
TABELLE VII Einfluß von
-Zusätzen zu EB-Tantalhydridpulver von unterschiedlichen
TeilchengrSßen vor der Agglomeration auf die Eigenschaften von daraus erzeugten
Anoden
Hydrid-
FSSS (>)
Zusatzmenge
(vvm)
geeint, bei 16000C gesintert bei 18000C *6 Kapazität CV/g-Ver-
besserung
M
gesintert bei 2000° Kapa- CV/g-
Verbes-
serung
C BDV
Lvoit]
Bei
spiel
3,2 P04 M· P Kapazität
DuFV/gl
CV/g-Ver- 4176 - fiA/uFV 2832 - 260
52 3,2 keine (Kon
trollprobe )
5630 DoSScI XJu
Γη/1
I /DJ
5022 20,3 72 3003 6,0 255
3,2 153 50 7426 - 5258 25,9 86 3015 6,5 262
!■3
tjo 54
3,7 460 150 7512 31,9 4207 - 75 2862 - - ■ .
55 3,7 keine (Kon
trollprobe
5455 33,4 4974 18,2 77 3147 10,0 -
56 4,2 307 100 6690 - 3900 - 65 2900 _
57 4,2 keine (Kon
trollprobe )
5200 22,6 4647 19,2 _ 3113 7,3 255
58 4,2 153 50 6177 _ 4619 18,4 87 3099 6,9 248
59 460 150 6168 18,7 73
18,6
Bei
spiel
Einfluß von (NH4.) TABEIiE VIII t Zusatzmenge
(ppm)
en von daraus erzeugten Anoden bei 16000C gesintert bei 18000C I unterschiedlichen die Eigenschaf- 72 Kapa-
jsität
bei 2000 0C * I
ro
60 POrm P CV/g-Ver-
besserung
Kapazität
{juFV/gi
CV/g-Ver- J auf 80 2832 CV/g-
Verbes-
Lvoitl CO
CO
I
61 ΛΗΡΟ#.-Zusätzen zu EB-Tantalhvdridpulver von keine (Kon
trollprobe )
gesintert - 4176 - gesintert 72 3079 - 260 Ol
62 Teilchengrößen vor einer Prä-Agglomeration und Agglomeration 153 50 Kapazität
^FV/g
(CV/g)
32,9 4795 14,8 77 3080 8,7 251
63 460 150 5630 33,9 5308 27,1 65 2923 8,8 251
64 Hydrid-
FSSS (μ)
keine (Kon
trollprobe )
7483 - 4202 - - 3153 - -
65 3,2 307 100 7541 23,0 5025 19,6 89 2900 7,9 -
66 3,2 keine (Kon
trollprobe)
5526 - 3900 - 81 3180 - -
ο
CO
67 3,2 153 50 6797 19,9 4697 20,4 3126 9,7 243
OO 3,7 460 150 5200 20,3 4707 20,7 7,8 241
"Ν»
O
3,7 6235
σ>
CO
4,2 6254
4,2
4,2
Beispiele 68 bis 77
Bei diesen Beispielen wurden bis zu 376 ppm Phosphor in Form von (ΝΗ^)Η2Ρ0^ zu EB-Tantalblock-Hydridpulver und auch zu EB-Hydridpülver von derselben Menge nach einer 30 Minuten langen Agglomeration bei 1375°C hinzugegeben. Die in den einzelnen Beispielen speziell zugesetzten Phosphatmengen sind in Tabelle IX aufgeführt. Diese enthält auch Daten über die Teilchengröße (FSSS) und die Scott-Dichte des Pulvers nach der Agglomeration. Die Scott-Dichte (oder effektive Dichte) wurde nach der Verfahrensweise gemäß ASTH B 329-61, "Standard Method of Test for Apparent Density of Refractory Metals and Compounds by Scott Volumeter" bestimmt.
2 g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/cm5 wurden aus diesen Pulvern gepreßt und dann entweder 30 Minuten lang bei 18000C oder 30 Minuten lang bei 20000C gesintert und bezüglich der elektrischen Eigenschaften unter Anwendung der in den früheren Beispielen beschriebenen Testverfahren geprüft.
Die Ergebnisse von Tabelle IX zeigen:
1) Wenn die Phosphatzugabe vor der Agglomeration erfolgt, hat das resultierende agglomerierte Pulver eine etwas geringere Scott-Dichte und eine Teilchengröße (FSSS in von nur etwa 60 bis 70 % von derjenigen des agglomerierten Kontrollpulvers.
2) Diese zugesetzten Phosphatmengen führten zu einer Zunahme der spezifischen Kapazität von bis zu 20 % für bei 18000C gesinterte Anoden. Durch diese Zusätze wurden DCL oder BDV allgemein nicht erheblich beeinträchtigt.
£09885/0269
TABELLE IX
Einfluß von (NH1. )KUPO,.-Zusätzen zu EB-Tantalhydridpulver (Beispiele 69 bis 72) und zu daraus erzeugtem agglomerierten Pulver (Beispiele 74 bis 77) auf die Eigenschaften des agglomerierten Pulvers und von daraus erzeugten Anoden
Beispiel
68
69
α)
οι 70
71
72
73
74
75
76
77
Zusatzmenge
(ppa)
PO4"1 P
keine (Kontrollprobe )
577
721
865
1153
188
235
282
376
keine (Kontrollprobe)
577
721
188
235
282
1153
376
agglomerierte s Pulver
Teilchen-
größe
FSSS
ScottDichte in g/cm·5 (g/in3)
Kapa- CV/g-DCL zität Verbes-[uA/uFVj[uFV/gl serung
10,3
6,1
6,2
6,6
6,7
4,43 (72,6)
4,0 (65,5)
4,1 (67,2)
4,14 (67,9)
4,22 (69,2)
10,3
10,5
10,8
11,0
13,5
4,43 (72,6)
4,48 (73,5)
4,45 (73,0)
4,42 (72,5)
4,45 (72,9)
gesintert bei 1800°c
30 4101
22 4872 18,8
21 4843 18,1
21 4915 19,8
18 4844 18,1
28
4123
26 4777
15,9
21
25
26
4776 15,8 4803 16,5
4865
18,0
gesintert bei 2000 C
Kapa- CVygzität. Verbes- BJDV .,
LVolti
49 56
54 57 50
3011 3093
3035 3113
53 3056 66
66 45
3195
3163
2,7
0,8
3,3
3115 3,4
3170 3,7 3157 3,3
3,5
244 243
246
222
237
4,5
239
237
IV) VO
CP CO CH
Beispiele 78 bis 81
Bei einen weiteren Versuch (bezeichnet als Beispiele 78 bis 81) wurden große Mengen (NH^)2HP0^ zu einen agglomerierten EB-Tantalpulver zugesetzt. Die in Tabelle X aufgeführten Phosphatzusatzmengen überdeckten einen Konzentrationsbereich von 687 bis 929 ppm an elementarem Phosphor (0,AO bis 0,54 At. #) und lagen damit in einem höheren Bereich als gemäß der Erfindung vorgesehen.
2 g Anoden nit einer Dichte von 7,20 g/cm5 wurden aus den phosphathaltigen Pulvern gepreßt und 30 Minuten lang bei 16OO°C gesintert. Im Preßzustand hatten die Anoden einen Durchmesser von 6,55 mm und eine Länge von 8,2 ± 0,025 mm. Nachdem Sintern zeigten die Kontrollanoden im Mittel einen Durchmesser von 6,375 mm und eine Länge von 7»97 mm; die phosphathaltigen Anoden zeigten dagegen keinerlei Schrumpfung und in einigen Fällen sogar eine Volumzunahme und hatten im Mittel einen Durchmesser von 6,58 mm und eine Länge von 8,15 mm.
Die Anoden wurden bezüglich des DCL-Wertes und der spezifischen Kapazität überprüft. Die Durchschlagsspannung wurde an zusätzlichen, 30 Minuten lang bei 18000C gesinterten Anoden bestimmt. Die Prüfverfahren entsprachen den in den früheren Beispielen beschriebenen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle X wiedergegeben. Diese hohen Phosphatzusätze führten zu einer ziemlich großen Zunahme der Kapazität und hatten keinen erheblichen Einfluß auf den DCL-Wert; allerdings war die Zunahme der Kapazität nicht grosser als diejenige, die mit viel geringeren Konzentrationen (4400 ppn zqgesstzten Phosphors) erreicht wird. Durch diese hohen Zusätze wird somit kein Nutzen erzielt und die tatsächliche Volumzunahme bzw. Aufweitung der Anoden während der Sinterung ist unerwünscht.
609885/0269
TABELLE X
Einfluß von hohen (NHf1 ) JHPOr-Zusätzen zu agglomeriertem EB-Tantalpulver auf die Eigenschaften von daraus gebil-
deten Anoden
Bei
spiel
Zusatzmengen (ppm) gesintert bei 16OO°C
78
79
80
81
PO4 1" P Kapazität CV/g-Ver-
DCL fiuFV/g] besserung
[juA//uFV] (CV/g) DO
keine (Kontrollprobe)
2107 687
2462 805
2850 929
14 4855
16 5826 20,0
17 5771 18,9
16 5787 19,2
Beispiele 82 bis 91
In den vorangehenden Beispielen wurden als phosphorhaltige Zusätze unterschiedliche anorganische Phosphate verwendet. Bei diesen Beispielen wurde Phosphorsäure entweder zu EB-Tantalhydridpulver (FSSS von 3,2 μ) oder zu agglomeriertem Pulver hinzugegeben, das aus Hydridpulver der gleichen Menge erzeugt worden war.
Die Pulver wurden 60 Minuten lang bei 1365°C agglomeriert. Γ g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/cm wurden aus diesen Pulvern gepreßt und entweder 30 Minuten lang bei 16OO°C oder 30 Minuten lang bei 18000C gesintert und bezüglich des DCL-Wertes und der spezifischen Kapazität unter Anwendung der in den vorangehenden Beispielen beschriebenen Verfahrensweisen geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle XI wiedergegeben.
Diese Werte zeigen, daß Phosphorsäurezusätze entweder zu EB-Hydridpulver oder zu agglomeriertem EB-Pulver zu einer starken Erhöhung der Kapazität im Vergleich zum Kontrollpulver führen. Das Ausmaß der Kapazitätserhöhung war ähnlich dem in früheren Beispielen für anorganische Phosphatzusätze gezeigten. Der Gleichspannungs - Leckstrom (DCL) wurde durch die Phosphorsäurezusätze nicht beeinträchtigt.
B098S5/0269
Tabelle XI
cry ο CD OO co υπ
cn
Einfluß von Phosphorsäurezusätzen zu EB-Tantalhvdrldpulver (Beispiele 83 bis 86) und zu daraus erzeugtem agglomerierten EB-Pulver (Beispiele 88 bis 91) auf die Eigenschaften von daraus gebildeten Anoden (Pulveragglomeration bei 13650C
für 60 Minuten)
Bei
spiel
Zusatzmenge
(ppm)
[>A/uF gesintert bei 16OO°C gesintert bei Kapa-
y] zität
18000C
82
83
PO4"1 P 13
14
Kapazi- CV/g-Ver-
esserung
DuA/μΡ 4322
4857
CV/g-
Verbesserung
84 keine (Kon
trollprobe
31 10
13 5823
6969
19,7 24
25
5048 12,4
85 92 30 14 7153 22,8 18 5194 16,8
86 184 60 27 7197 23,6 18 5258 20,2
87 307 100 12 7237 24,3 19 4426 21,7
88 keine (Kon
trollprobe)
11 5768 0 18 4870 -
89 31 10 13 6538 13,3 17 5104 10,0
90 92 30 18 6725 16,6 18 5221 15,3
91 184 60 12 6911 19,8 17 5229 18,0
307 100 7032 21,9 16 18,1
KM I
NJ cn
cn co cn
Beispiele 92 mid 93
Ein agglomeriertes EB-Tantalpulver wurde mit einer Natriumhypophosphitlösung (NaH2PO2*H20-Lsg.) zur Erzeugung einer Konzentration an zugesetztem Phosphor von 150 ppm behandelt. 2 g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/cm wurden aus dem unbehandelten Kontrollpulver (Beispiel 92) und dem phosphitbehandelten Pulver (Beispiel 93) gepreßt, 30 Minuten lang bei 16OO°C gesintert und unter Anwendung der in den früheren Beispielen beschriebenen Verfahrensweisen geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle XII wiedergegeben.
TABELLE XII
Bei
spiel
Zusatzmenge P
(ppm)
gesintert bei 16000C (30 min)
92
93
keine
(Kontrollprobe)
150
Schrumpfung Kapazität CV/g-Ver-
beim Sintern [JLiFV/gJ besserung
OT Tcv/g) i%2
4,46 5327
0,62 6493 21,8
Diese Werte zeigen, daß Phosphitzusätze zum Tantalpulver zu einer Erhöhung der Kapazität im Vergleich zum Kontrollpulver führen. Die Verbesserung durch den Phosphitzusatz war ähnlich wie bei der Phosphatzugabe in den weiter oben angegebenen Beispielen.
Beispiele 94 bis 101
Agglomeriertes EB-Tantalpulver wurde mit unterschiedlichen anorganischen Phosphaten behandelt, wobei Konzentrationen von 9 bis 50 ppm iönogenem Phosphorgehalt in einer
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großen Anzahl von Versuchen angewandt wurden. Unbehandelte Pulver der gleichen Mengen wurden als Kontrollproben verwendet. 2 g Anoden wurden aus diesen Pulvern mit einer Dichte von 7,20 g/cm5 gepreßt, 30 Minuten lang bei 20000C gesintert und bezüglich der BDV überprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle XIII wiedergegeben.
Jedes dieser Phosphate einschließlich der Phosphorsäure kann als Zusatz zu Tantalkondensatorpulver zur Erhöhung der Kapazität von gesinterten Anoden angewandt werden, wie es in den Beispielen 3 bis 18 und anderen vorangehenden Beispielen gezeigt ist. Wenn jedoch gleichzeitig die Aufrechterhaltung der höchsten Durchschlagsspannung gewünscht wird, werden die bevorzugten Zusätze durch solche gebildet, die keine Metallkationen enthalten,wie durch Ammoniumphosphate und Phosphorsäure .
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TABELLE XIII
Bel- geprüfte Anoden Versuchs
anoden
insgesamt
geprüft
Pho sphatzusatz zum EB-Pulver H+ gesintert bei 20000C
spiel Versuchs
zahl
6
6
66
60
Salz Kationen Pb++
Ca++
BDV [VoItJ
(Mittelwert)
609 94
95
11
10
2 12 ohne (Kontrollprobe)
(NH4)2HP04 2NH4 + +H+
K+ + 2H+ 240
244
co
OO
96 2 6
6
30
54
H3PO4 2Na+ + H+ 244
5/026 97
98
5
9
6 24 Pb3(po4)2
Ca3(P04)2
Ba++ 240
223
so 99 4 6 60 KH2PO4 220
100 10 6 30 Na2HPO4-12H2O 209
101 VJI Ba3(P04)2 207
Beispiele 102 und 105
EB-Tantalblock-Hydridpulver mit einem FSSS von näherungsweise 2 μ wurde als Kontrollprobe (Beispiel 102) verwendet. Zu einem weiteren Teil EB-Hydridpulver der gleichen Menge wurde (NH,)pHPO. in einer Menge entsprechend 307 ppm PO^"1 bzw. 100 ppm elementarem Phosphor zugesetzt. Diese Pulver wurden entgast, jedoch keiner Agglomerationsbehandlung unterworfen. 2 g Anoden wurden aus den Pulvern gepreßt, 30 Minuten lang bei 18000C gesintert und bezüglich der spezifischen Kapazität unter Anwendung der weiter oben beschriebenen Verfahrensweisen getestet. Die Kontrollanoden (Beispiel 102) hatten eine Kapazität von 2700 CV/g, während die unter Verwendung des phosphorhaltigen Pulvers hergestellten Anoden (Beispiel 103) eine Kapazität von 3608 CV/g hatten, was einer Zunahme von 33»0 % gegenüber der Kontrollprobe entspricht.
Beispiele 104 bis 106
Natrium-reduziertes Tantalpulver, das keine Agglomerationsbehandlung durchgemacht hatte, wurde als Kontrollprobe (Beispiel 104) verwendet. Weitere Portionen des Pulvers der gleichen Menge wurden mit (NH^)2HP0^ zur Bildung von Zusätzen von 50 und 100 ppm elementarem Phosphor behandelt. 2 g Anoden wurden aus diesen Pulvern mit einer Dichte von 6,45 g/cm^ gepreßt und entweder 30 Minuten lang bei 16000C oder 30 Minuten lang bei 18000C gesintert und dann bezüglich des Leckstroms (DCL), der spezifischen Kapazität und der BDV (lediglich bei Anoden, die bei 18000C gesintert worden waren) unter Anwendung der in früheren Beispielen beschriebenen Verfahrensweisen getestet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle XIV wiedergegeben. Die Phosphatzugabe zu diesen natrium-reduzierten Pulvern führte zu einer beachtlichen Zunahme der Kapazität ohne Beeinträchtigung von DCL oder BDV.
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TABELLE XIV
Einfluß von (NH, )^HPO,- Zusätzen zu natrium- reduziertem Tantalpulver auf die Eigenschaften von daraus erzeugten Anoden
CD OO OO cn ■*> ο ro σ>
Belspiel
104 105 106
Zusatzmenge (ppm)
gesintert bei 16OO°C
Kapazi f/
t CV/g-Verbesserung
keine Λ -* (Kontrollprobe) 1:>
153 307
50 100
5953 6512 6647
9,4 11,7
gesintert bei 1800 C
Kapazität CV/g-Ver-DCL [liFV/gj besserung BDY
|2iA/uFV] (CV/e) l%] [Volt]
24
24
22
4900
5206
5249
6,2
7,1
161
167
157
CJ) CO CT;
Beispiele 107 bis 109
EB-Tantalhydridpulver mit einem FSSS von 3,2 ;u wurde 30 Minuten lang bei 1365°C agglomeriert und zu einem Pulver von -C 0,5 mm zerquetscht bzw. zerkleinert. 2 g Anoden mit einer Dichte von 7,20 g/cm* wurden aus dem Pulver gepreßt. Die Anoden wurden in drei Gruppen (Beispiele 107 bis 109) eingeteilt. Das mittlere Porenvolumen in den Anoden wurde aus der Dichte berechnet. Eine Lösung von sekundärem Ammoniumphosphat wurde mit einer Tropfpipette zur Sättigung der Anoden und zur Erzielung von zwei Zugabekonzentrationen zusätzlich zur Konzentration Null der Kontrollprobe, wie in Tabelle XV angegeben ist, aufgetragen. Die Anoden wurden in Luft getrocknet und dann 30 Minuten lang bei 16000C gesintert und bezüglich der prozentualen Schrumpfung während der Sinterung und der spezifischen Kapazität unter Anwendung der in früheren Beispielen beschriebenen Testmethoden geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle XV wiedergegeben.
TABELLE XV
Beispiel
Zusatzmenge (ppm)
PO4 1" P
gesintert bei 1600 C
Schrumpfung beim Sintern
Kapazität CV/g-Verbes· [uFV/gJ serung (CV/g) |>]
107
108
109
keine
(Kontrollprobe)
460 150
920
300
4,07
1,55 1,16
5880
7014
7146
19,3 21,5
Diese Werte zeigen, daß Phosphatzusätze zu bereits gepreßten Anoden vor der Sinterung zu einer bedeutend höheren Kapazität nach dem Sintern im Vergleich zu ähnlich behandelten Anoden ohne Phosphorzusatz führen.
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Claims (6)

  1. Patentansprüche
    11. Unter Zusatz von phosphorhaltigem Material erzeugte Tantalsinterkörper, insbesondere -sinteranoden für Elektrolytkondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphormaterialzusatz einer Phosphormenge von etwa 5 bis etwa 400 ppm entspricht und zum Pulvermaterial vor oder nach dem Verpressen, aber vor der Sinterbehandlung zugefügt worden ist.
  2. 2. Für die Herstellung von Tantalsinterkörpern nach Anspruch 1 brauchbares Tantalpulver, gekennzeichnet durch
    einen Gehalt an zugesetztem phosphorhaltigen Material)der einer Menge von elementarem Phosphor von etwa 5 bis etwa 400 ppm entspricht.
  3. 3. Tantalpulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverteilchen nicht agglomeriert sind.
  4. 4. Tantalpulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulverteilchen agglomeriert sind.
  5. 5. Tantalpulver nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphormaterialzusatz vor der Agglomeration erfolgt ist.
  6. 6. Tantalpulver nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphormaterialzusatz nach der Agglomeration vorgenommen worden ist.
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    7. Tantalpulver nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des phosphorhaltigen Materials durch Calciumorthophosphat gebildet wird, das nach der Agglomeration in einer Menge entsprechend etwa 20 bis etwa 80 ppm elementarem Phosphor zugesetzt worden ist.
    8. Tantalpulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das phosphorhaltige Material frei von Metallkationen ist.
    9. Tantalpulver nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptteil des Phosphorgehalts durch Zugabe eines metallionenfreien phosphorhaltigen Materials und ein geringerer Anteil durch Zugabe von Calciumorthophosphat nach der Agglomeration in einer nicht über etwa 80 ppm (gerechnet als elementarer Phosphor) hinausgehenden Menge erhalten worden ist,
    10. Tantalpulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein vorherrschender Teil des phosphorhaltigen Materials in Form eines Orthophosphats aus der durch Ammoniumorthophosphat, sekundäres Ammoniumphosphat und Ammoniumdihydrogenphosphat sowie Orthophosphorsäure gebildeten Gruppe zugesetzt worden ist·
    11. Verfahren zur Herstellung von Tantalpulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ggf. noch in der Hydridform vorliegendes Pulver mit einem phosphorhaltigen Material in einer Menge entsprechend etwa 5 bis etwa 400 ppm Phosphor versetzt wird.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
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    das Tantalpulver vor der Zugabe des piiosphorhaltigen Materials agglomeriert wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver nach der Zugabe von phosphorhalt igen» Material agglomeriert wird.
    14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das phosphorhaltige Material zu Tantalhydridpulver hinzugegeben wird, das dann in Tantalmetallpulver umgewandelt wird.
    15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung des Tantalhydrids zum Tantal gleichzeitig mit einer Agglomeration des Pulvers erfolgt.
    16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Tantalhydrid in Tantal umgewandelt und dann agglomeriert wird.
    17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das phosphorhaltige Material einen geringeren Anteil Calciumorthophosphat und einen größeren Anteil eines phosphorhaltigen Materials ohne Metallkationen umfaßt und daß das Calciumorthophosphat nach der Agglomeration in einer Menge entsprechend etwa 20 bis etwa 30 ppm elementarem Phosphor zugesetzt wird.
    18. Verfahren zur Herstellung von Tantalanoden nach An-
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    261G3G7
    spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tantalpulver nach Anspruch 2 preßverdichtet und gesintert wird.
    19. Verfahren zur Herstellung von Tantalanoden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tantalpulver in Anodenform verdichtet und zum Preßkörper phosphorhaltiges Material in einer Menge entsprechend etwa 5 bis etwa 400 ppm elementarem Phosphor zugesetzt und der Preßkörper dann gesintert wird.
    6 09885/0269
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