DE3530564A1 - METHOD FOR ELECTROCHEMICALLY FORMING A DIELECTRIC OXIDE FILM ON A VALVE METAL, METHOD FORMING VALVE METAL ELECTRODE FOR A CAPACITOR, AND USE OF SUCH A VALVE METAL ELECTRODE IN AN ELECTRODE - Google Patents
METHOD FOR ELECTROCHEMICALLY FORMING A DIELECTRIC OXIDE FILM ON A VALVE METAL, METHOD FORMING VALVE METAL ELECTRODE FOR A CAPACITOR, AND USE OF SUCH A VALVE METAL ELECTRODE IN AN ELECTRODEInfo
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dielektrischen Oxidfilms auf einem Ventilmetall, nach demdielectric oxide film on a valve metal, according to the
Kondensator sowie Verwendung einer derartigen Ventilmetall-Elektrode in einem ElektrolytkondensatorCapacitor and use of such a valve metal electrode in an electrolytic capacitor
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrochemisches Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 , eine nach diesem Verfahren formierte Ventilmetall-Elektrode sowie die Verwendung einer derartigen Elektrode in einem Elektrolytkondensator.The present invention relates to an electrochemical process according to the preamble of the patent claim 1, a valve metal electrode formed according to this process and the use of such a Electrode in an electrolytic capacitor.
Es werden seit nunmehr mehreren Jahrzehnten formierte (mit Metalloxid beschichtete) Ventilmetalle als Elektroden in kommerziell hergestellten Elektrolytkondensatoren verwendet. Da die Elektrodenbeschichtung mit einem Metalloxid im wesentlichen als Isolator wirkt, werden die elektrischen Eigenschaften von Kondensatoren mit formierten Metallelektroden in einem wesentlichen Maß durch die Dicke, die Qualität, die Stabilität und die dielektrischen Eigenschaften der Metalloxidschicht bestimmt. Es ist ein wesentlicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand hinsichtlich der Festlegung von verbesserten Verfahren zur Formierung von Ventilmetallen und Ventilmetallegxerungen zu beobachten. Das Ziel derartiger Anstrengungen liegt in der Herstellung von billigeren, effizienteren und zuverlässigeren Elektrolytkondensa-Formed valve metals (coated with metal oxide) have been used as electrodes for several decades now used in commercially manufactured electrolytic capacitors. As the electrode coating with a metal oxide acts essentially as an insulator, the electrical properties of capacitors with formed metal electrodes to a large extent by the thickness, the quality, the stability and the dielectric properties the metal oxide layer is determined. It is a significant research and development effort in terms of establishing of improved processes for the formation of valve metals and valve metal alloys. The goal such efforts are in the production of cheaper, more efficient, and more reliable electrolytic capacitors.
toren. Ersichtlich geht jedoch dem Erreichen dieses Ziels die Entwicklung effizienter Formierungsverfahren voraus, welche in einem weiten Bereich von Ventilmetallen und Ventilmetallegierungen verwendbar sind, um Kondensatorelektroden mit einer dünnen, zusammenhängenden, chemisch und thermisch stabilen sowie an der Metalloberfläche haftenden dielektrischen Metalloxidöeschichtung herzustellen.fools. Obviously, the achievement of this goal is preceded by the development of efficient formation processes, which are useful in a wide range of valve metals and valve metal alloys to make capacitor electrodes with a thin, cohesive, chemically and thermally stable as well as adhering to the metal surface to produce dielectric metal oxide coating.
Die Formierung von Ventilmetallen, d.h., die Bildung einer dielektrischen Oxidschicht auf der Oberfläche derartiger Metalle erfolgt durch chemische oder vorzugsweise elektrochemische Oxidation von Metallatomen im Bereich der Metalloberfläche. Es sind zahlreiche elektrochemische Verfahren zur Formierung von Ventilmetallen entwickelt worden. Elektrochemische Formierungsverfahren werden typischerweise in einer elektrolytischen Zelle derart durchgeführt, daß das Ventilmetall in einen Elektrolyten (den Formierungselektrolyten) eingetaucht und mit dem positiven Pol (Anode) einer elektrischen Stromquelle verbunden wird. Wird elektrischer Strom durch die elektrolytische Zelle geleitet, so werden Metallatome an der Oberfläche der Ventilmetall-Anode oxidiert, wodurch eine Metalloxidbeschichtung auf der Metalloberfläche gebildet wird. Die Spannung an der elektrolytischen Zelle wird gewöhnlich graduell erhöht, um bei der Bildung der isolierenden Metalloxidschicht auf der Oberfläche einen Stromfluß aufrechtzuerhalten.The formation of valve metals, i.e. the formation of a dielectric oxide layer on the surface of such Metals are made by chemical or preferably electrochemical oxidation of metal atoms in the area of the metal surface. Numerous electrochemical processes for forming valve metals have been developed. Electrochemical Formation processes are typically carried out in an electrolytic cell such that the Valve metal immersed in an electrolyte (the forming electrolyte) and connected to the positive pole (anode) of a electrical power source is connected. If an electric current is passed through the electrolytic cell, Metal atoms on the surface of the valve metal anode are oxidized, creating a metal oxide coating on the metal surface is formed. The voltage across the electrolytic cell is usually gradually increased to at the Formation of the insulating metal oxide layer on the surface to maintain a current flow.
Derartige bekannte elektrochemische Formierungsprozesse sind durch die Verwendung von protonenhaltigen, gewöhnlich wässrigen Formierungselektrolyten gekennzeichnet, die mindestens einen oxidbildenden Ionenbildner enthalten. Die Mehrzahl derartiger bekannter elektrochemischer Verfahren zur Formierung von Ventilmetallen sind weiter durch einen relativ kleinen Wirkungsgrad und eine begrenzte Anwendbarkeit in Bezug auf wirksam zu formierende Ventilmetalle gekennzeichnet. Beispielsweise sind seit Jahr-Such known electrochemical formation processes are usually through the use of protons characterized aqueous formation electrolytes that contain at least one oxide-forming ion former. The majority of such known electrochemical processes for forming valve metals are further through relatively low efficiency and limited applicability with respect to valve metals to be effectively formed marked. For example, for years
zehnten zur Formierung von Tantal- und Aluminium-Metallen seit Jahrzehnten Lösungen von Phosphorsäure und/oder Phosphaten (beispielsweise Amoniumphosphaten) in Wasser oder Wasser-A'thylenglycol-Mischungen verwendet worden.tenth for the formation of tantalum and aluminum metals for decades solutions of phosphoric acid and / or Phosphates (e.g. ammonium phosphates) in water or water-ethylene glycol mixtures have been used.
Werden derartige Lösungen als Formierelektrolyten zur Formierung von titan verwendet, so entstehen stark hydrierte und elektrisch stark leckende Oxidfilme. Das elektrische Lecken derartiger, in wässrigen Lösungen oder wässrigen Äthylenglykol-Lösungen hergestellten Titanoxidfilme ergibt sich durch die Bildung großer Mengen von Gas an der Trennfläche zwischen Oxid und Formierungselektrolyt. Die .-Gasbildung während der Formierung führt zu einem nur gering effizienten Verfahren.If such solutions are used as forming electrolytes for the formation of titanium, the result is strongly hydrogenated and electrically strongly leaking oxide films. The electrical leakage of such, in aqueous solutions or aqueous Ethylene glycol solutions produced titanium oxide films due to the formation of large amounts of gas at the interface between the oxide and the forming electrolyte. The. Gas formation during formation results in a process that is not very efficient.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für eine große Vielzahl von Ventilmetallen und Legierungen auf Ventilmetall-Basis verwendbares elektrochemisches Formierungsverfahren anzugeben, mit dem dünne, zusammenhängende und auf Ventilmetallen und Legierungen auf Ventilmetall-Basis haftende dielektrische Oxidfilme herstellbar sind.It is an object of the present invention to provide one for a wide variety of valve metals and alloys to specify an electrochemical formation process that can be used on the basis of valve metal, with which thin, continuous dielectric oxide films adhered to valve metals and valve metal alloys can be produced.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.In a method of the type mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention by the features of the characterizing feature Part of claim 1 solved.
Weitere Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in entsprechenden Unteransprüchen gekennzeichnet.Further refinements of this method are characterized in the corresponding subclaims.
In Weiterbildung der Erfindung werden nach dem vorstehend definierten Verfahren hergestellte Ventilmetall-Elektroden in Elektrolytkondensatoren verwendet. Durch das erfindungsgemäße Formierungsverfahren sind gleichförmige und auf Ventilmetallen haftende Oxidfilme hoher Qualität herstellbar. Kondensatoren mit: erfinduncfsq^mäß formi^rtp-n EIoR! roden v-iuij Titan oder tiliuu Lt'i|i,Muim aiii Titan Has is /tfhit'iiIn a further development of the invention, valve metal electrodes produced according to the method defined above are used used in electrolytic capacitors. By the formation method according to the invention are uniform and on Oxide films of high quality adhering to valve metals can be produced. Capacitors with: erfinduncfsq ^ mäß formi ^ rtp-n EIoR! clear v-iuij Titan or tiliuu Lt'i | i, Muim aiii Titan Has is / tfhit'ii
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
-Jt--Jt-
im Vergleich zu Kondensatoren mit Anoden aus Titan, die nach bekannten Verfahren (mit einem wässrigen Formierungselektrolyten) formiert wurden, einen wesentlichen Kapazitätsvorteil. Compared to capacitors with anodes made of titanium, which were formed according to known processes (with an aqueous forming electrolyte), a significant capacity advantage.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrochemischen Formierung eines dielektrischen Oxidfilms auf einem Ventilmetall wird dieses Ventilmetall elektrolytischen anodischen Oxidformierungsbedingungen in einem im wesentlichen nichtwässrigen Formierungselektrolyten unterworfen, der ein polares protonenfreies Lösungsmittel sowie einen Ionenbild-.ner enthält, bei dem es sich um Phosphorsäure oder ein elektrolytisch lösliches Phosphatsalz handeln kann. Der Elektrolyt besitzt bei 25UC einen spezifischen Widerstand zwischen etwa 1000 und etwa 30000 Ohm/ccm.According to the method according to the invention for the electrochemical formation of a dielectric oxide film on a valve metal, this valve metal is subjected to electrolytic anodic oxide formation conditions in an essentially non-aqueous formation electrolyte which contains a polar, proton-free solvent and an ion generator, which is phosphoric acid or an electrolytically soluble one Phosphate salt can act. At 25 U C, the electrolyte has a specific resistance between approximately 1000 and approximately 30,000 ohms / ccm.
Das in Rede stehende Verfahren kann zur Formierung von Ventilmetallen oder Legierungen auf Ventilmetallbasis verwendet werden, um einen dünnen, gleichförmigen, dichten und auf der Metalloberfläche haftenden Oxidfilm herzustellen. Beispiele von Ventilmetallen, für die das Verfahren anwendbar ist, sind Aluminium, Titan, Tantal, Zirkon, Niob und Legierungen auf der Basis wenigstens einer dieser Metalle mit anderen polyvalenten Metallen einschließlich bekannter amorpher Legierungen, die durch Technologien mit schnell abgekühlten Metallen herstellbar sind. Die Metalle können in jeder gewünschten Form, beispielsweise als flexibles oder starres Blatt bzw. Band, Folie, Draht oder als porös gesinterter Kern vorliegen. In an sich bekannter Weise sind erfindungsgemäß formierte Metallfolien und Metallblätter speziell für die Herstellung von Kondensatoren an sich bekannten Aufbaus verwendbar.The process in question can be used to form valve metals or alloys based on valve metals to produce a thin, uniform, dense oxide film adhering to the metal surface. Examples of valve metals for which the method can be used are aluminum, titanium, tantalum, zirconium, and niobium and alloys based on at least one of these metals with other polyvalent metals including known amorphous alloys that can be produced by technologies with rapidly cooled metals. the Metals can be in any desired form, for example as a flexible or rigid sheet or tape, foil, wire or as a porous sintered core. Metal foils formed according to the invention are known per se and metal sheets specifically usable for the manufacture of capacitors of a structure known per se.
Das in Rede stehende Formierungsverfahren findet speziell Anwendung zur anodischen Oxidherstellung auf Titan sowie auf Legierungen auf Titan-Basis. Titan bietet als Material für' Kondensatorelektroden verschiedene wesentliche Vorteile gegenüber den gebräuchlicher verwendeteten Ventilmetallen Aluminium und Tantal. Titan ist billiger und wesentlich leichter als Tantal (Dichte von 4,5 gegenüber 16,6 g/cm3) und kann daher pro gegebenem Gewicht bzw. pro gegebenen Metallkosten eine weit größere Kapazität gewährleisten.The forming process in question is used specifically for anodic oxide production on titanium and on alloys based on titanium. As a material for capacitor electrodes, titanium offers various essential advantages over the more commonly used valve metals aluminum and tantalum. Titanium is cheaper and significantly lighter than tantalum (density of 4.5 compared to 16.6 g / cm 3 ) and can therefore guarantee a far greater capacity per given weight or per given metal cost.
Darüber hinaus ist es bekannt, daß Titan widerstandsfähiges korrosionsbeständiges Oxid mit hoher dielektrischer Festigkeit zu bilden vermag. Trotz der sich bei formierten Titan-Elektroden ergebenden potentiellen Vorteile haben bisher die Grenzen bekannter Formierungsverfahren eine ins Gewicht fallende kommerzielle Verwendung von Titan-Elektroden in Kondensatoren ausgeschlossen. Wird Titan unter Verwendung von wässrigen oder wässrigen Äthylenglykol-Formierungselektrolyten, welche Phosphorsäure enthalten, formiert, so ergeben sich stark hydrierte und elektrisch stark leckende Oxidfilme. Das "elektrische Lecken" derartiger Titanoxid-Filme führt zu geringen Stromwirkungsgraden aufgrund der Bildung großer Mengen von Gas an der Zwischenfläche zwischen Metalloxid und Formierungselektrolyt.In addition, it is known that titanium is tough capable of forming corrosion-resistant oxide with high dielectric strength. Despite the formed at Potential advantages resulting from titanium electrodes have so far been limited by known formation processes a significant commercial use of titanium electrodes in capacitors is excluded. Becomes titanium using aqueous or aqueous ethylene glycol forming electrolytes, which contain phosphoric acid, formed, result in strongly hydrogenated and electrically strongly leaking oxide films. The "electric Leakage of such titanium oxide films results in poor current efficiencies due to the formation of large quantities of gas at the interface between metal oxide and forming electrolyte.
Die Ineffizienz bekannter, in wässrigen Formierungselektrolyten durchgeführten Formierungsverfahren und die Bildung von hydrierten leckenden Oxidfilmen auf Titan und Titan-Legierungen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren vermieden, bei dem ein im wesentlichen nicht-wässriger Formierungselektrolyt verwendet wird. Der im in Rede stehenden Verfahren verwendete Formierungselektrolyt enthält ein polares protonenfreies Lösungsmittel sowie einen Ionenbildner in Form von Phosphorsäure oder eines elektrolytisch löslichen Phosphatsalzes. Für die erfindungsgemäßen Zwecke kann der Grad des "protonenfreien"The inefficiency of known formation processes carried out in aqueous formation electrolytes and the Formation of hydrated leaky oxide films on titanium and titanium alloys are avoided by the method of the present invention avoided using a substantially non-aqueous forming electrolyte. The in Forming electrolyte used in the process in question contains a polar, proton-free solvent as well an ion former in the form of phosphoric acid or an electrolytically soluble phosphate salt. For the invention Purposes, the degree of "proton-free"
•j^ Verhaltens eines polaren Lösungsmittel durch Zusatz einer geringen Menge (1 oder 2 g) von körnigem Amoniumkarbonat zu einer 1 bis 5 % konzentrierten Phosphorsäure-Lösung im polaren Lösungsmittel festgelegt werden. Ein diesen Prozentsatz konzentrierter Phosphorsäure enthaltendes Lösungsmittel, das geringfügig oder nicht mit Amoniumkarbonat reagiert, ist für die erfindungsgemäßen Zwecke ausreichend protonenfrei. In Lösungsmitteln, welche als polare protonenfreie Lösungsmittelkomponente von im in• j ^ behavior of a polar solvent by adding a small amount (1 or 2 g) of granular ammonium carbonate to a 1 to 5% concentrated phosphoric acid solution be set in the polar solvent. One containing this percentage of concentrated phosphoric acid Solvent that reacts little or not with ammonium carbonate is useful for the purposes of the present invention sufficiently proton-free. In solvents which are used as polar proton-free solvent components from im in
IQ Rede stehenden Verfahren verwendeten Formierungselektrolyten nicht geeignet sind, wird Kohlendioxid in sichtbaren Mengen erzeugt. Beispiele von polaren protonenfreien Lösungsmitteln, welche im in Rede stehenden Verfahren verwendbar sind, sind Dimenthylformamid , Dimethylsulfoxid,IQ processes in question used forming electrolytes are not suitable, carbon dioxide is generated in visible quantities. Examples of polar, proton-free solvents, which can be used in the process in question are dimethylformamide, dimethyl sulfoxide,
•je N-methyl-2-pyrolidon und 4-butyrolacton. Fur praktische Zwecke sollte das polare protonenfreie Lösungsmittel einen relativ hohen Siedepunkt und eine kleine Viskosität bei Raumtemperatur besitzen.• each N-methyl-2-pyrolidone and 4-butyrolactone. For practical Purposes, the polar, proton-free solvent should have a relatively high boiling point and a low viscosity Have room temperature.
2Q Der Begriff "im wesentlichen nicht-wässrig" der zur Definition des im in Rede stehenden Verfahrens verwendeten Formierungselektrolyten dient, bedeutet, daß der Elektrolyt weniger als etwa 2 % Wasser enthalten soll. Hinsichtlich des Vorhandenseins einer gewissen Wassermenge im Formierungselektrolyten, die wichtig für den elektrolytischen Oxidformierungsprozess ist, reichen diejenigen Wassermengen aus, die typischerweise in konventionell erhältlichen, als polare protonenfreie Lösungsmittelkomponente und in der Phorsphorsäure-Komponente des Formierungselektrolyten2Q The term "substantially non-aqueous" used to define of the forming electrolyte used in the process in question, means that the electrolyte should contain less than about 2% water. Regarding the presence of a certain amount of water in the formation electrolyte, that is important for the electrolytic oxide formation process, those amounts of water are sufficient from, which are typically available in conventionally available, as polar proton-free solvent components and in the phosphoric acid component of the forming electrolyte
QQ vorhanden sind, gewöhnlich zur Oxidbildung aus. QQ are present, usually resulting in oxide formation.
Phosphorsäure bzw. spezieller das Phosphat-Ion erweist sich als bester Ionenbildner zur Verwendung im in Rede stehenden Prozess. Phosphorsäure oder im Formierungselektrogg lyten lösliches Phosphatsalz werden dem Formierungselektrolyten in ausreichender Menge zugesetzt, um dessen spezifischen Widerstand auf Werte zwischen etwa 1000 und etwaPhosphoric acid or more specifically the phosphate ion proves to be the best ion former for use in the in discussion standing process. Phosphoric acid or in the formation electrogg lyten-soluble phosphate salt are added to the forming electrolyte in sufficient quantity to ensure its specific Resistance to values between about 1000 and about
30000 Ohm/ccm bei etwa 25UC abzusenken.30000 Ohm / cc lower for about 25 U C.
Die die Auswahl eines geeigneten Phosphatsalz-Ionenbildners für den Formierungselektrolyten beherrschenden Faktoren sind lediglich die Stabilität des Salz-Kations während des Oxidbildungsprozesses und die Löslichkeit des Phosphatsalzes im Formierungselektrolyten und in Wasser. Natürlich muß das Phosphatsalz im Formierungselektrolyten eine ausreichende Löslichkeit besitzen, um Salzkonzentrationen zu ermöglichen, die zur Absenkung des spezifischen Widerstandes des Elektrolytens in dem oben genannten Bereich ausreichen.The factors governing the selection of a suitable phosphate salt ion former for the forming electrolyte are only the stability of the salt cation during the oxide formation process and the solubility of the phosphate salt in the forming electrolyte and in water. Of course, the phosphate salt must be in the forming electrolyte have sufficient solubility to allow salt concentrations to lower the specific Sufficient resistance of the electrolyte in the range mentioned above.
Das Phosphatsalz soll weiterhin auch ausreichend in Wasser löslich sein, damit Salzreste nach dem Formierungsprozess von der Oberfläche des formierten Metalls durch Wasser abgewaschen werden können. Ohne ein bestimmtes Maß an Wasserlöslichkeit ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, Salzreste von Ätztunneln einer Folie oder von inneren Teilen formierter gesinterter Metallkörper zu entfernen. The phosphate salt should also be sufficiently soluble in water so that salt residues can pass from the surface of the formed metal after the forming process Water can be washed off. Without a certain degree of water solubility, it is difficult, if not impossible, To remove salt residues from etching tunnels of a foil or from internal parts of formed sintered metal bodies.
Geeignete Phosphatsalze sind Monowasserstoff- und Diwasserstoff-Phosphatsalze, die durch Reaktion von Phosphorsäure mit schwachen Aminbasen, wie beispielsweise Pyridin, Quinolin, Anilin, Toluidin, Semikarbazide und substituierter Derivate davon gewonnen werden. Die Natur der Substituenten derartiger Basen ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß die Phosphatsalze der Basen im Formierungselektrolyten löslich und ausreichend stabil sind, und weiter vorausgesetzt, daß sie einen bestimmten Grad an Wasserlöslichkeit besitzen. Als im in Rede stehenden Verfahren verwendbares Phosphatsalz ist Pyridinphosphat bevorzugt. Die Phosphatsalze können mittels an sich bekannter Verfahren hergestellt und danach im Elektrolyten gelost werden oder sie können gemäß einem bevorzugten Aus-Suitable phosphate salts are monohydrogen and dihydrogen phosphate salts, the reaction of phosphoric acid with weak amine bases, such as pyridine, Quinoline, aniline, toluidine, semicarbazides and substituted derivatives thereof can be obtained. The nature of the substituents such bases is not critical provided that the phosphate salts of the bases in the forming electrolyte soluble and sufficiently stable, and further provided that they are of a certain degree Have water solubility. Pyridine phosphate is preferred as the phosphate salt which can be used in the process in question. The phosphate salts can be produced by methods known per se and then dissolved in the electrolyte or they can according to a preferred embodiment
γ führungsbeispiel der Erfindung an Ort und Stelle durch Reaktion von Phosphorsäure und einer Aminbase im Elektrolyten gebildet werden. γ exemplary embodiment of the invention can be formed on the spot by reaction of phosphoric acid and an amine base in the electrolyte.
c Phosphorsäure ist von Hause aus ein bevorzugter Formierungselektrolyt-Ionenbildner beim in Rede stehenden Verfahren. Sie kann allein oder in Kombination mit wenigstens einer der unten angegebenen Aminverbindungen verwendet werden, welche die Dissoziation von Phosphorsäure zurc Phosphoric acid is naturally a preferred forming electrolyte ion former in the case in question. They can be used alone or in combination with at least one one of the amine compounds given below can be used, which cause the dissociation of phosphoric acid
-^q Absenkung des spezifischen Widerstandes des Elektrolyten begünstigen und welche den Säuregrad des im wesentlichen nicht-wässrigen polaren protonenfreien Formierungselektro- -lyten puffern. Wegen der im wesentlichen nicht-wässrigen protonenfreien Natur des Elektrolyten ionisiert Phosphor-- ^ q Lowering of the specific resistance of the electrolyte favor and which the acidity of the essentially non-aqueous polar proton-free formation electro- -lyten buffer. Because of the essentially non-aqueous proton-free nature of the electrolyte ionizes phosphorus
-,j- säure nicht in dem Maße, wie sie in wässrigen protonenhaltigen Elektrolyten ionisiert, die gewöhnlich für die Oxidbildung verwendet werden. Der spezifische Widerstand des Formierungselektrolyten ist proportional zum Grad der Ionisierung des Ionenbildners. Es sind daher bei den in-, j-acid not to the extent that it is proton-containing in aqueous Ionizes electrolytes that are commonly used for oxide formation. The specific resistance of the forming electrolyte is proportional to the degree of ionization of the ion former. The in
2Q Rede stehenden im wesentlichen nicht-wässrigen polaren protonenfreien Formierungseleketrolyten größere Phosphorsäure-Konzentrationen erforderlich, um den spezifischen Widerstand des Elektrolyten auf Werte abzusenken, welche für praktische Stromdichten während des Formierungsprozes-2Q at issue are essentially non-aqueous polar proton-free formation electrolytes larger phosphoric acid concentrations required to lower the specific resistance of the electrolyte to values which for practical current densities during the formation process
2g ses erforderlich sind. Wird Phosphorsäure allein als Ionenbildner in einem Formierungselektrolyten bei dem in Rede stehenden Verfahren verwendet, so wird eine so ausreichende Menge zugesetzt, um den spezifischen Widerstand des Elektrolyten in einen Bereich von etwa 10000 bis etwa 30000 Ohm/ccm2g ses are required. Is phosphoric acid alone as an ion generator used in a forming electrolyte in the method in question, such a sufficient one becomes Amount added to adjust the resistivity of the electrolyte in a range from about 10,000 to about 30,000 ohms / cc
OQ zu bringen.Bring OQ.
Zwar kann ein spezifischer Widerstand des Elektrolyten unterhalb von 10000 Ohm/ccm durch Zusatz größerer Mengen von Phosphorsäure erreicht werden. Der Vorteil kleinerer gg spezifischer Widerstände der Lösung (d.h., höhere verfugbare Formierungs-Stromdichten) muß jedoch gegenüber dem Effekt ausgeglichen werden, den die zugesetzten Mengen an Phosphorsäure auf die Durchbruchsspannung desIt is true that a specific resistance of the electrolyte below 10000 Ohm / ccm can be achieved by adding larger quantities can be achieved by phosphoric acid. The advantage of smaller gg specific resistances of the solution (i.e., higher available Formation current densities) must, however, be compensated for against the effect caused by the amounts added of phosphoric acid to the breakdown voltage of the
Elektrolyten bzw. spezieller das Reaktionsvermögen des Elektrolyten mit dem Metall während des Formierens haben. Die Durchbruchsspannung des Formierungselektrolyten ist diejenige Spannung, bei der an der Anode eine Gasbildung und/oder ein Funkeln (Bogenbildung) beobachtbar ist. Generell gesprochen nehmen mit erhöhter Phosphorsäure-Konzentration sowohl der spezifische Widerstand als auch die Durchbruchsspannung des Formierungselektrolyten ab.Electrolytes or, more specifically, the ability of the electrolyte to react with the metal during formation. The breakdown voltage of the forming electrolyte is the voltage at which gas formation and / or sparkling (arcing) can be observed at the anode. As a general rule Speaking of which, with increased phosphoric acid concentration, both the resistivity and the breakdown voltage of the formation electrolyte.
im Idealfall sollte die Durchbruchsspannung des Formierungselektrolyten größer als die zum Erreichen brauchbarer dielektrischer Beschichtugnen erforderliche Formierungsspannung sein. Für das in Rede stehende Verfahren besitzt der Formierungselektrolyt vorzugsweise eine Durchbruchsspannung von größer als etwa 200 V.ideally should be the breakdown voltage of the forming electrolyte greater than the formation voltage required to achieve useful dielectric coatings be. For the method in question, the formation electrolyte preferably has a breakdown voltage greater than about 200 V.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält der Formierungselektrolyt Phosphorsäure und weiterhin Harnstoff, einen wasserlöslichen substituierten Harnstoff oder bis zu drei Mol einer organischen Aminbase pro Mol Phosphorsäure im Formierungselektrolyten. Die Aminbasen werden aus Aminbasen ausgewählt, welche bei den elektrochemischen FormierungsTDedingungen gemäß dem in Rede stehenden Verfahren stabil sind und welche sowohl im Formierungselektrolyten als auch in Wasser lösliche Phosphatsalze bilden. Die Amin-Zusätze werden verwendet, um den spezifischen Widerstand der vorgegebenen Mengen von Phosphorsäure enthaltenden Formierungselektrolyten abzusenken. Somit kann die Phosphorsäure-Konzentration im Formierungselektrolyten minimal gehalten werden, d.h., in einem Konzentrationsbereich liegend gehalten werden, der einem bevorzugten großen Durchbruchsspannungsbereich des Elektrolyten angepaßt ist, während gleichzeitig der spezifische Widerstand der Lösung abgesenkt werden kann, um während des Formierungsprozesses größere Stromdichten zu gewährleisten. Darüber hinaus reduziert der Zusatz eines organischen AminsIn the preferred embodiment of the invention, the forming electrolyte contains phosphoric acid and so on Urea, a water-soluble substituted urea, or up to three moles of an organic amine base per mole Phosphoric acid in the forming electrolyte. The amine bases are selected from amine bases which are used in the electrochemical Formation conditions are stable according to the method in question and which are both in the formation electrolyte as well as form soluble phosphate salts in water. The amine additives are used to give the specific To lower the resistance of the predetermined amounts of forming electrolytes containing phosphoric acid. Thus can the phosphoric acid concentration in the forming electrolyte must be kept to a minimum, i.e. kept in a concentration range that is preferred large breakdown voltage range of the electrolyte is adapted, while at the same time the specific resistance the solution can be lowered in order to ensure greater current densities during the formation process. About that in addition, the addition of an organic amine reduces
γ den "Säuregrad" des Elektrolyten wirksam und dient daher zur Minimierung eines Ätzens der Metalloberfläche während der Formierung. γ the "degree of acidity" of the electrolyte and is therefore used to minimize etching of the metal surface during formation.
Für Formierungselektrolyten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Beispiele von organischen Aminbasen zur Reduzierung des spezifischen Widerstandes und des Säuregrades des Elektrolyten sind Pyridin, Quinolin, Anilin, Toluidin, Semikarbazide und substituierte Derivate davon, ^O welche sowohl im Formierungselektrolyten als auch in Wasser lösliche Phosphatsalze bilden.For forming electrolytes according to the invention Processes are examples of organic amine bases for reducing resistivity and acidity of the electrolyte are pyridine, quinoline, aniline, toluidine, semicarbazides and substituted derivatives thereof, ^ O which both in the formation electrolyte and in water Form soluble phosphate salts.
Wird im Formierungselektrolyten ein Amin mit Phosphorsäure verwendet, so ist es erfindungsgemäß bevorzugt, das nicht 5 mehr als etwa drei Mol, vorzugsweise etwa zwei Mol einer Aminbase pro Mol Phosphorsäure im Formierungselektrolyten verwendet werden. Durch Verwendung eines der vorgenannten Amin-Zusätze zu einem Phosphorsäure enthaltenden, im wesentlichen nicht-wässrigen polaren protonenfreien Formierungselektrolyten können spezifische Widerstände der Lösung bis hinunter zu etwa 1000 Ohm/ccm erreicht werden. Die Durchbruchsspannung für die gleichen Amin- und Phosphorsäure enthaltenden Elektrolyten liegt typischerweise über 300 V.Is an amine with phosphoric acid in the forming electrolyte used, it is preferred according to the invention that no more than about three moles, preferably about two moles of one Amine base can be used per mole of phosphoric acid in the formation electrolyte. By using any of the foregoing Amine additions to a substantially non-aqueous polar proton-free forming electrolyte containing phosphoric acid Resistances of the solution down to about 1000 Ohm / ccm can be achieved. the Breakdown voltage for the same amine and phosphoric acid containing electrolytes is typically greater than 300 V.
Harnstoffe und substituierte Harnstoffe können in vorteilhafter Weise in Phosphorsäure enthaltenden Formierungselektrolyten zur Reduzierung von derem spezifischen Widerstand im erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls verwendetUrea and substituted ureas can advantageously be used in forming electrolytes containing phosphoric acid to reduce their specific resistance also used in the process according to the invention
gO werden. Bevorzugte in Wasser und im Formierungselektrolyten lösliche Harnstoffe sind Harnstoff und mit Methyl substituierte Harnstoffe. Harnstoff und Tetramethyl-Harnstoff sind bevorzugte Stoffe, Die dem Formierungselektrolyten vorzugsweise zugesetzten Mengen an Harnstoff oder sub-become gO. Preferably in water and in the forming electrolyte Soluble ureas are urea and methyl substituted ureas. Urea and tetramethyl urea are preferred substances, the amounts of urea or sub-
g5 stituiertem Harnstoff liegen im Bereich von Spuren dieser Stoffe bis zu einer Menge, welche die Löslichkeitgrenzeg 5 substituted urea are in the range of traces of these substances up to an amount which the solubility limit
der Harnstoffverbindung im Formierungselektrolyten erreicht.of the urea compound in the forming electrolyte.
In der Praxis wird das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen auf die gleiche Weise durchgeführt wie bekannte elektrochemische Formierungsverfahren. Das dem Formierungsverfahren zu unterwerfende Metall wird in einem im wesentlichen nicht-wässrigen polaren protonenfreien Formierungselektrolyten eingetaucht und elektrisch mit dem positiven Pol einer elektrischen Stromquelle verbunden, welche entweder einen konstanten Strom (durch Spannungsregelung) liefern kann oder während des Formierungsverfahrens eine ·-- konstante oder programmiert zunehmende Spannung für die Zelle liefert. Mit einer Konstantstromquelle wird die Spannung an der elektrolytischen Zelle graduell erhöht, um eine voreingestellte Stromdichte aufrechtzuerhatlen, wenn sich auf der Anode eine Metalloxidschicht ausbildet. Der Formierungsvorgang wird fortgesetzt, bis die Spannung auf einen vorgegebenen Wert erhöht ist, der so hoch wie die Durchbruchsspannung des Formierungselektrolyten sein kann.In practice, the method of the invention is essentially carried out in the same way as known electrochemical formation processes. The formation process The metal to be subjugated is in a substantially non-aqueous polar proton-free forming electrolyte immersed and electrically connected to the positive pole of an electrical power source, which can either deliver a constant current (through voltage regulation) or during the formation process a - supplies constant or programmed increasing voltage for the cell. With a constant current source, the The voltage on the electrolytic cell is gradually increased in order to maintain a preset current density, when a metal oxide layer forms on the anode. The forming process continues until the tension is increased to a predetermined value as high as the breakdown voltage of the formation electrolyte can.
Es ist zwar anzunehmen, daß die Stromdichten kein kritischer Parameter für das in Rede stehende Verfahren sind. Wird das Verfahren jedoch auf ein stärker reagierendes Metall, wie Titan oder eine Legierung auf Titanbasis angewendet, so wird die Stromdichte während der Formierung vorzugsweise auf einem Wert unterhalb von etwa 2 mA pro Quadratzentimeter und vorzugsweise unter etwa 1 mA pro Quadratzentimeter gehalten. Vorzugsweise wird die Temperatur des Formierungselektrolyten überwacht und während des in Rede stehenden Formierungsverfahrens unter etwa 500C gehalten. Für eine effiziente Herstellung von anodischem Oxid auf Titan sollte die Temperatur des Formierungselektrolyten zwischen etwa 0°Cund etwa 300C gehalten werden. Eine heftige Bewegung bzw. eine schnelle Zirkulation des Formierungselektrolyten in der elektrolytischen ZelleIt can be assumed that the current densities are not a critical parameter for the method in question. However, if the method is applied to a more reactive metal, such as titanium or a titanium-based alloy, the current density during formation is preferably kept at a value below about 2 mA per square centimeter and preferably below about 1 mA per square centimeter. The temperature of the formation electrolyte is preferably monitored and kept below about 50 ° C. during the formation process in question. For efficient production of anodic oxide on titanium, the temperature of the formation electrolyte is between about 0 ° C should be about 30 0 C are maintained. Vigorous movement or rapid circulation of the forming electrolyte in the electrolytic cell
-yz--Y Z-
unterstützt die Reduzierung von Temperaturgradienten in der Zelle und unterstützt auch die Gleichförmigkeit des anodischen Oxidfilms.supports the reduction of temperature gradients in the cell and also supports the uniformity of the anodic oxide film.
δ Das in Rede stehende Verfahren kann vorzugsweise für die Herstellung von Kondensatorelektroden verwendet werden. Nach dem vorliegenden Verfahren formierte Ventilmetallblätter bzw. -folien besitzen einen dichten korrosionsbeständigen dielektrischen Oxidfilm hoher Qualität. Formierte Ventilmetallelektroden können nach bekannten Bautechniken für Kondensatoren verarbeitet werden, wodurch Kondensatoren mit großer Lebensdauer in einem weiten Bereich von Betriebsbedingungen (angelegte Spannungen, Temperaturen, usw.) entstehen. Titan- und Titan-Legierungs-Elektroden werden nach dem in Rede stehenden Prozess effizient formiert und besitzen spezielle Vorteile hinsichtlich der Einheitskapazität und der Oxidqualität gegenüber Titan-Elektroden, die mit wässrigen Formierung.selektrolyten formiert wurden.δ The method in question can preferably be used for Manufacture of capacitor electrodes can be used. Valve metal sheets formed by the present process Sheets have a dense, corrosion-resistant, high quality dielectric oxide film. Formed Valve metal electrodes can be processed according to known construction techniques for capacitors, whereby Capacitors with a long service life in a wide range of operating conditions (applied voltages, temperatures, etc.) arise. Titanium and titanium alloy electrodes become efficient after the process in question formed and have special advantages in terms of unit capacity and oxide quality over Titanium electrodes that have been formed with aqueous forming electrolytes.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von detaillierten Beispielen noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of detailed examples.
Zwei kommerziell reine (Tico-) Titanbänder mit einer Dicke von 0,127 cm und einer Breite von etwa 2,38125 cm wurden jeweils in einem der beiden folgenden Formierungselektrolyten formiert:Two commercially pure (tico) titanium ribbons with a thickness of 0.127 cm and a width of about 2.38125 cm were made each formed in one of the following two forming electrolytes:
Lösung 1:Solution 1:
Äthylenglykol 25 Vol.%Ethylene glycol 25 vol.%
Wasser (entioniziert) 74 Vol.%Water (deionized) 74% by volume
Phosphorsäure (konzentriert) 1 Vol.%Phosphoric acid (concentrated) 1 vol.%
Lösung 2:Solution 2:
N-methyl-2-pyrrolidon plus konzentrierter Phosphorsäure in einer Menge, die zur Einstellung des spezifischen Widerstandes auf 25000 Ohm/ccm bei 25"C erforderlich ist.N-methyl-2-pyrrolidone plus concentrated phosphoric acid in an amount necessary to adjust the resistivity to 25000 ohms / ccm at 25 "C. is.
Für die Lösung 1 wurde ein Widerstand von etwa 150 Ohm gefunden. Dieser Wert ist typisch für Formierugnselektrolyten, die zur Formierung von Tantal verwendet worden sind. Die Formierung von Titanbändern wurde bei einer Stromdichte von 1 mA pro Quadratzentimeter durchgeführt, wobei die Lösungen bei schneller Zirkulation auf 25"C gehalten wurde. Die Durchbruchsspannung der Lösung 1 lag nach 10 Stunden bei 37 V. Für die Lösung 2 wurde bei 600 V kein Spannungsdurchbruch beobachtet. Dies zeigt die Nachteiligkeit bekannter Formierungslösungen im Vergleich zu erfindungsgemäßen Lösungen.For solution 1, a resistance of about 150 ohms was used found. This value is typical for forming electrolytes that have been used to form tantalum are. The formation of titanium strips was carried out at a current density of 1 mA per square centimeter, The solutions were kept at 25 ° C. with rapid circulation. The breakdown voltage of the solution was 1 after 10 hours at 37 V. No voltage breakdown was observed for solution 2 at 600 V. this shows the disadvantage of known forming solutions compared to solutions according to the invention.
Die protonenfreien Eigenschaften von Propylenkarbonat wurden durch Zusatz von Amoniumkarbonat zu einer 3 %igen Lösung von Phosphorsäure in Propylenkarbonat realisiert. Die Propylenkarbonat-Lösung von konzentrierter Phosphorsäure reagiert - wenn auch langsam - mit Amoniumkarbonat.The proton-free properties of propylene carbonate were realized by adding ammonium carbonate to a 3% solution of phosphoric acid in propylene carbonate. The propylene carbonate solution of concentrated phosphoric acid reacts - albeit slowly - with ammonium carbonate.
Zwei kommerziell reine (Tico-) Titanbänder mit einer Dicke von 0,127 cm und einer Breite von etwa 2,38125 cm OQ wurden jeweils in einem der folgenden Formierungselektrolyten formiert:Two commercially pure (tico) titanium bands with a thickness of 0.127 cm and a width of about 2.38125 cm OQ were each in one of the following forming electrolytes formed:
Lösung #1Solution # 1
Propylenkarbonat 98 Vol.%Propylene carbonate 98% by volume
gg Phosphorsäure (konzentriert) 2 Vol.%gg phosphoric acid (concentrated) 2 vol.%
^ ^ Lösung #2Solution # 2
Dimethylsulfoxid 90 Vol.%Dimethyl sulfoxide 90% by volume
Phosphorsäure (konzentriert) 10 Vol.%Phosphoric acid (concentrated) 10% by volume
Die Lösungen 1 und 2 besaßen spezifische Widerstände von 30000 Ohm/ccm bzw. 200UO Ohm/ccm bei 25°C. Die
Titanbänder wurden in den entsprechenden Lösungen bei einer Stromdichte von 1 mA pro Quadratzentimeter bei
25° C mit schneller Lösungszirkulation formiert. Die Durchbruchsspannung der Lösung # 1 betrug 330 V. Die
Durchbruchsspannung der Lösung # 2 war größer als
600 V.Solutions 1 and 2 had resistivities of 30,000 ohms / ccm and 200UO ohms / ccm, respectively, at 25 ° C. the
Titanium ribbons were formed in the corresponding solutions at a current density of 1 mA per square centimeter at 25 ° C. with rapid solution circulation. The breakdown voltage of solution # 1 was 330 V. The breakdown voltage of solution # 2 was greater than
600 V.
,,_ Beispiel 3,, _ Example 3
Ib Ib
Die Überlegenheit von Phosphorsäure als Ionenbildner in Formierungselektrolyt-Lösungen für die Formierung von Titan zeigt der folgende Versuch. Ein Titanband wurde in einer Lösung von Borsäure und Dimethylsulfoxid bei einer konstanten Stromdichte von 1 mA pro Quadratzentimeter formiert. Es trat kein Spannungsanstieg auf. Daraus kann geschlossen werden, daß in diesem Formierungselektrolyten gebildetes Oxid entweder sehr leitfähig ist oder sich beim Formieren löst. Dieser Versuch wurde mit Formierungselekrolyt-Lösungen wiederholt, die als Ionenbildner ins Gewicht fallende Mengen organischer Sauren, wie Titronen-, Oxal-, Wein- und Salizylsäure enthalten, wobei Lösungsmittel, Temperaturen, spezifische Widerstände der Lösung und Stromdichten Werte wie beim erfindungsgemäßen Verfahren hatten. Unter diesen Bedingungen entsteht ein stark unstabiles Oxid, welches sich nach einer Periode von mehreren Minuten bis zu mehreren Stunden vom Basismetall ablöst.The superiority of phosphoric acid as an ion former in formation electrolyte solutions for the formation of Titan shows the following experiment. A titanium band was made in a solution of boric acid and dimethyl sulfoxide a constant current density of 1 mA per square centimeter. There was no increase in voltage. From it it can be concluded that oxide formed in this formation electrolyte is either very conductive or loosens during formation. This experiment was repeated with formation electrolyte solutions, which as Ion formers significant amounts of organic acids such as titric, oxalic, tartaric and salicylic acid included, with solvents, temperatures, specific resistances of the solution and current densities values as with had method according to the invention. Under these conditions, a highly unstable oxide is formed, which after a Period of several minutes to several hours from the base metal.
Zur Bestimmung der relativen Kapazität von anodischen Oxidfilmen auf Titan und Tantal wurden Bänder mit 2,54 cm aus kommerziell reinem (Tico) Titan und Fansteel-Tantal-Blätter mit Toluol und Aceton gereinigt, um eine organische Oberflächenverschmutzung zu entfernen. Die Bänder wurden dann bei 100 V und einer Stromdichte von 1 mA pro Quadratzentimeter formiert. Die Gesamtformierungszeit betrug für die folgenden Lösungen mit den angegebenen Resultaten eine Stunde:To determine the relative capacitance of anodic oxide films on titanium and tantalum, tapes measuring 2.54 cm from commercially pure (Tico) titanium and fansteel tantalum sheets cleaned with toluene and acetone to make an organic Remove surface contamination. The tapes were then operated at 100 V and a current density of 1 mA formed per square centimeter. The total formation time for the following solutions was as indicated Results one hour:
Titantitanium
TantalTantalum
Die formierten Bänder wurden sodann mit entioniziertem Wasser gespült und bei Raumtemperatur getrocknet. Die Kapazität der Bänder wurde dann mit einer H.P. 4261 A Brücke bei 120Hz (2 Draht) unter Verwendung einer porösen hohlen Graphit-Kathode und einem 10 %igen Phosphorsäure-Elektrolyten gemessen.The formed tapes were then rinsed with deionized water and dried at room temperature. the The capacity of the belts was then measured with an H.P. 4261 A bridge at 120Hz (2 wire) using a porous hollow graphite cathode and a 10% phosphoric acid electrolyte measured.
Kapazität des formierten Titans (6 V Vorspannung):Capacity of formed titanium (6 V bias):
1 Mikrofarad pro Quadratzentimeter 1 microfarad per square centimeter
Kapazität des formierten Tantal (2,2 V Vorspannung):Capacity of the formed tantalum (2.2 V bias):
0,12 Mikrofarad pro Quadratzentimeter 0.12 microfarads per square centimeter
Die vorstehend angegebenen Ergebnisse zeigen den achtfachen Wert der Kapazität des Titanoxidfilms bei dieser Formierungsspannung. The above results show eight times the capacity of the titanium oxide film at this forming voltage.
Kommerziell reines Titan (Tico) wurde für eine Stunde in einer Lösung gereinigt, die aus gleichen Volumina Salpetersäure (70 %} und Wasserstotfperoxid (30 %)Commercially pure titanium (Tico) was cleaned for one hour in a solution made up of equal volumes Nitric acid (70%} and hydrogen peroxide (30%)
. besteht. Bänder dieses Materials wurden sodann in einer bekannten Formierungselektrolyt-Lösung und in einem erfindungsgemäßen Elektrolyten formiert.. consists. Tapes of this material were then made into a known forming electrolyte solution and formed in an electrolyte according to the invention.
jg Bekannter Elektrolyt (eine Variante des Elektrolyten gemäßjg Known electrolyte (a variant of the electrolyte according to
U.S. Patent 2,874,102)U.S. Patent 2,874,102)
Äthylenglykol 50,0 Vol.%Ethylene glycol 50.0% by volume
entioniziertes Wasser 49,9 Vol.%deionized water 49.9% by volume
Phosphorsäure 0,1 Vol.%Phosphoric acid 0.1 vol.%
Spezifischer Widerstand: 5800 Ohm/ccm bei 230CSpecific resistance: 5800 Ohm / ccm at 23 0 C
N-methyl-2-pyrrolidon 500 mlN-methyl-2-pyrrolidone 500 ml
Phosphorsäure (85 %ig) 10 mlPhosphoric acid (85%) 10 ml
Pyridin 10 mlPyridine 10 ml
entionziertes Wasser 2 mldeionized water 2 ml
Spezifischer Widerstand: 16000 Ohm/ccm bei 25UCSpecific resistance: 16000 Ohm / ccm at 25 U C
Die Formierung wurde bei einem konstanten Strom und unverrührten Lösungen bei 25°C durchgeführt.The formation was carried out with a constant current and unmixed solutions at 25 ° C.
Der Wirkungsgrad der Formierung mit der bekannten Lösung-beträgt lediglich 40 % des Wirkungsgrades der erfindungsgemäßen Lösung. Die Gasbildung an der Anode ist für die zusätzlichen 60 % des Stromflusses verantwortlich.The efficiency of the formation with the known solution is only 40% of the efficiency of the invention Solution. The gas formation at the anode is responsible for the additional 60% of the current flow.
Der erfindungsgemäße Elektrolyt kann mit einem spezifisehen Widerstand hergestellt werden, der dem von gegenwärtig zur Formierung von Tantal und Aluminium verwendeten Elektrolyten entspricht:The electrolyte of the present invention can be specific with one Resistance that is currently used for forming tantalum and aluminum Electrolyte corresponds to:
Dimethylformamid 450,0 mlDimethylformamide 450.0 ml
Phosphorsäure (85 %ig) 25,0 mlPhosphoric acid (85%) 25.0 ml
Pyridin 12,5 mlPyridine 12.5 ml
Spezifischer Widerstand: 1000 Ohm/ccm bei 300C.Specific resistance: 1000 Ohm / ccm at 30 0 C.
Ein gemäß Beispiel 1 vorbereitetes Titanblatt wurde in der vorgenannten Lösung bei 250C und einer Stromdichte von 0,5 mA pro Quadratzentimeter formiert. Die Druchbruchsspannung (unverrührte Lösung) betrug 324 V. Bei erneutem Anlegen der Spannung erhöhte sich die Durchbruchsspannung auf 335 V. Die vorstehend angegebenen Durchbruchsspannungen sind diejenigen Spannungen, beiAn example 1 prepared in accordance with titanium sheet was formed in the above solution at 25 0 C and a current density of 0.5 mA per square centimeter. The breakdown voltage (undisturbed solution) was 324 V. When the voltage was applied again, the breakdown voltage increased to 335 V. The breakdown voltages given above are those voltages at
denen die Spannung (aufgrund der konstanten Stromzuführung) fällt, wobei an der Anode ein von Funkeln (Bogenbildung) begleitetes Gasen beobachtet wurde. Das Funkeln ist dabei in einem dunklen Raum sichtbar.where the voltage drops (due to the constant power supply), with a sparkle (arcing) at the anode accompanied gassing was observed. The sparkle is visible in a dark room.
Ein Tantalblatt wurde bei 200 V in 1 %iger Phosphorsäure bei 850C formiert. Für 25 Quadratzentimeter formierter Oberfläche betrug die Kapazität 1,62 Mikrofarad oder etwa 13 cv/cm* (Mikrofarad Volt pro g).A tantalum sheet was formed at 200 V in 1% phosphoric acid at 85 0 C. For 25 square centimeters of formed surface, the capacitance was 1.62 microfarads or about 13 cv / cm * (microfarad volts per g).
Ein Titanblatt (Tico) wurde bis zu 500 V bei 0,5 mA pro QuadratZentimeter in der folgenden Lösung formiert.A titanium sheet (Tico) was up to 500 V at 0.5 mA per Square centimeters formed in the following solution.
500 ml N-methyl-2-pyrrolidon500 ml of N-methyl-2-pyrrolidone
20 ml Pyridin20 ml pyridine
10 ml Phosphatsäure (85 %ig)10 ml phosphate acid (85%)
2 ml entionisiertes Wasser2 ml deionized water
Spezifischer Widerstand: 11500 Ohm/ccm bei 270CSpecific resistance: 11500 Ohm / ccm at 27 0 C
Für 25 Quadratzentimeter formierter Oberfläche betrug die Kapazität 20,1 Mikrofarad oder etwa 400 cv/cm2.For 25 square centimeters of formed surface, the capacitance was 20.1 microfarads or about 400 cv / cm 2 .
Dies zeigt einen 30-fachen cv/Fläche-Vorteil für Titan gegenüber Tantal bei 500 V. Die vorstehend angegebenen Messungen würden mit einer H.P. 4261 A Brücke mit einer porösen Graphit-Kathode (2 Draht-Anschluß)und einem 10 %igen Phosphorsäure-Elektrolyten bei 2,2 V Vorspannung und 120 Hz gemessen.This shows a 30-fold cv / area advantage for titanium versus tantalum at 500 V. The above measurements would be made with a H.P. 4261 A bridge with a porous graphite cathode (2 wire connection) and a 10% phosphoric acid electrolyte at 2.2 V bias and 120 Hz measured.
Eine Zirkon-Folie (von Teledyne Wan Change Albany) wurde in Schwefelsäure/Wasserstoffperoxid gereinigt und sodann in der folgenden Lösung formiert:A zircon sheet (from Teledyne Wan Change Albany) was cleaned in sulfuric acid / hydrogen peroxide and then formed in the following solution:
450,0 ml N-methyl-2-pyrrolidon450.0 ml of N-methyl-2-pyrrolidone
25,0 ml Phosphorsäure (85 %ig)25.0 ml phosphoric acid (85%)
12,5 ml Pyridin
1012.5 ml of pyridine
10
Spezifischer Widerstand: 3500 Ohm/ccm bei 25° C Stromdichte: 0,5 mA pro QuadratzentimeterSpecific resistance: 3500 Ohm / ccm at 25 ° C. Current density: 0.5 mA per square centimeter
Formierungsspannung: 300 VFormation voltage: 300 V
Nach zwei Stunden unter Spannung betrug die Stromdichte 10mA pro Quadratzentimeter. Die Kapazität des formierten Zirkonbandes wurde bei 1000 Hz und einer Vorspannung von 2,2 V zu 0,06 Mikrofarad/cm2, 18 Mikrofarad · v/cm2 gemessen. After two hours of voltage, the current density was 10 mA per square centimeter. The capacity of the formed zirconium tape was measured at 1000 Hz and a bias voltage of 2.2 V at 0.06 microfarads / cm 2 , 18 microfarads · v / cm 2 .
Ein Band aus kommerziell reinem Titan wurde in Salpetersäure/Wasserstoffperoxid gereinigt und in der folgenden Lösung formiert:A tape made of commercially pure titanium was dipped in nitric acid / hydrogen peroxide cleaned and formed in the following solution:
500 mi Dimethylsulfoxid500 ml of dimethyl sulfoxide
24 ml Phosphorsäure (85 %ig)
so g Harnstoff24 ml phosphoric acid (85%)
so g urea
Spezifischer Widerstand: 8000 Ohm/ccm bei 25° CSpecific resistance: 8000 ohms / ccm at 25 ° C
Die Formierung wurde bei 25 bis 27° C mit einer Stromdichte von 0,5 mA pro Quadratzentimeter auf 500 V durchgeführt.The formation was carried out at 25 to 27 ° C. with a current density of 0.5 mA per square centimeter at 500 V.
1 Gleichstromlecken im Formierungselektrolyten: 1 DC leakage in the formation electrolyte:
70 mA/cm2 nach 20 min unter Spannung 2 mA/cm5 nach 9 std unter Spannung 570 mA / cm 2 after 20 min under voltage 2 mA / cm 5 after 9 hours under voltage 5
Es trat keine Korrosion oder ein fester Ausfall auf. Obwohl auch ein kleineres Verhältnis von Harnstoff zu Säure verwendbar ist, wurde das angegebene Verhältnis gewählt, um die hohe Löslichkeit von Harnstoff in Di-10 methylsulfoxid zu zeigen.No corrosion or solid failure occurred. Though also a smaller ratio of urea too Acid is usable, the ratio given was chosen in order to ensure the high solubility of urea in Di-10 methyl sulfoxide to show.
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