DE4020556A1 - Verbesserter tantalkondensator und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Verbesserter tantalkondensator und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der
Tantalkondensatoren und bezieht sich insbesondere auf ein
Verfahren zur Herstellung von Tantalkondensatoren, um eine hohe
Zuverlässigkeit zu gewährleisten, und auf ein vorgefertigtes
Tantalpellet sowie einen sich daraus ergebenden Kondensator.
Tantalkondensatoren werden wegen ihrer Fähigkeit geschätzt,
eine hohe Kapazität in einem kleinvolumigen Raum zu liefern. Es
ist z. B. möglich, einen Tantalkondensator mit einem
Kondensatorkörper von 0,027 cm3 zu schaffen, der 50 bis 100 µF
Kapazität bei einer Arbeitsspannung von 10 V hat.
Die meisten bekannten Verfahren zur Herstellung von
Festkörpertantalkondensatoren haben die folgenden Schritte
gemeinsam: das Komprimieren des Tantalpulvers zu einem Pellet
gewünschter Dichte, das Sintern des Pellets, die Bildung eines
dielektrischen Films aus Tantalpentoxid durch Eloxierung über
die ganze sich aus dem Sintervorgang ergebende schwammähnliche
Masse, das Bilden einer Kathode durch das Imprägnieren der
Masse mit einer Lösung aus Mangannitrat und die anschließende
pyrolytische Dekomposition, gefolgt von aufeinanderfolgenden
Aufträgen von Graphit und Silberbeschichtung, um auf der
Kathode des Kondensators einen Abschluß zu bilden.
Das Tantalpellet wird konventionellerweise nach einem von
mehreren Verfahren gebildet. Bei einem bekannten Verfahren wird
ein Tantalstab an ein gesintertes Pellet angeschweißt. Der
Bereich, an den der Stab angeschweißt wird, kann ein
hochkomprimiertes Inkrement des Pellets sein. Der Stab schafft
sowohl eine elektrische Verbindung mit der Anode des
Kondensators als auch ein Mittel zur Handhabung des Pellets
während der nachfolgenden Anodisierungs- und
Kathodenbildungsschritte. Das beschriebene Schweißverfahren ist
nachteilig, weil die Bildung der Schweißnaht ein kostspieliges
Verfahren darstellt (einschließlich der Erfordernis von zwei
separaten Sintervorgängen vor und nach dem Schweißvorgang), und
wenn es nicht sachgemäß durchgeführt wird, zu vielen Mängeln an
der Schweißnahtgrenzfläche sowohl während der nachfolgenden
Bearbeitungsschritte als auch im Gebrauch nach der Herstellung
des Kondensators führt.
Bei einem anderen konventionellen Verfahren zur Bildung eines
Pellets für einen Tantalkondensator wird ein Tantalstab in das
Pelletformwerkzeug eingeführt, und ein Teil des Stabs mit dem
Tantalpulver umgeben. Das Tantalpulver wird Druckkräften
unterworfen, die entweder in einer Richtung parallel zur Achse
der Stange oder senkrecht dazu aufgebracht werden, was zur
Bildung eines im allgemeinen homogen komprimierten, einen Teil
des Stabs umgebenden Pellets fuhrt. Das Pellet und der Stab
werden danach einem Sinterschritt unterworfen, anodisiert, eine
Kathodenschicht wird gebildet und wie oben beschrieben
abgeschlossen.
Während das letztere Verfahren den Schweißschritt mit seinen
Begleitnachteilen ausschaltet, entstehen gelegentliche
Schädigungen sowohl mechanischer als auch elektrischer Natur
zwischen dem Tantalanodenstab und dem Rest des Kondensators.
Durch destruktive Prüfung von fehlerhaften Tantalkondensatoren
des nichtgeschweißten Typs wurde herausgefunden, daß solche
Schädigungen in vielen Fallen auf die schwache Verbindung
zwischen dem Tantalstab und der umgebenden Masse Tantalpulver
zurückzuführen sind. Insbesondere scheinen solche schwachen
Verbindungen sich dann zu ergeben, wenn die umgebende Masse
Tantalpulver zu einer relativ niedrigen Dichte gepreßt und/oder
das Sintern bei einer relativ niedrigen Kombination von Zeit
und Temperatur durchgeführt worden ist, und sie werden durch
die Neigung des Tantalpulvers, während des Sintervorgangs vom
Stab wegzuschrumpfen, weiter verschlimmert, wodurch sich ein
Verlust in der mechanischen und elektrischen Verbindung
zwischen dem Stab und der gesinterten Tantalmasse ergibt.
Während das Potential für Schädigungen solcher Art immer
gegenwärtig gewesen ist, ist es mit dem Aufkommen von
Tantalpulvern von 10 000 CV/GM oder hoher, die wegen ihrer
Natur bei Bedingungen bearbeitet werden müssen, die in Richtung
der vorerwähnten niedrigen Dichte und/oder niedrigen Temperatur
gehen, besonders vorherrschend geworden.
Aus den US-PS 45 20 430 und 47 91 532 sind Kondensatoren und
Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt, die primär den
geschweißten Tantalkondensatorentyp betreffen. Insbesondere
zeigt die US-PS 45 20 430 nur Schweißtypenvorrichtungen und die
US-PS 47 91 532 nur ein einziges Beispiel eines eingebetteten
Stabtyps. Bei beiden Entgegenhaltungen ist es das Ziel, einen
Teil der pulverigen Tantalmasse mit einer Basis, Plattform oder
einem Bett zu bilden, woran eine Schweißung einfach
bewerkstelligt werden kann. Nach der US-PS 45 20 430 wird die
Schweißverbindung durch Einführung eines hochverdichteten
Tantalpellets in die Masse Tantalpulver, Schweißung einer
Tantalplatte auf die Oberfläche der Tantalmasse, Verdichtung
der Oberfläche der Masse z. B. durch einen Laser, Bindung einer
hochverdichteten Tantalmasse an die Oberfläche der restlichen
Masse oder Bildung eines hochverdichteten Oberflächenbereichs
durch Kompression erleichtert. In jedem Fall ist es das Ziel,
einen hochverdichteten Oberflächenbereich des Tantalpellets, an
dem ein Anodenstab durch Schweißen befestigt werden kann, zu
bilden.
Die US-PS 47 91 532 ist, ähnlich wie die US-PS 45 20 430, auf
einen geschweißten Tantalkondensatortyp gerichtet. Wie bei der
US-PS 45 20 430 ist Ziel der US-PS 47 91 532 die Bildung eines
Oberflächenbereichs an der Verbindungsstelle des Pelletrandes
und des Tantalstabs, wo eine Schweißnaht wirksam gebildet
werden kann. Bei der US-PS 47 91 532 wird ein den Tantalstab
umgebendes Bett gebildet, wobei die Basis des Bettes einen
hochverdichteten Bereich schafft, an dem eine Schweißnaht
gebildet werden kann, und wobei das Bett zusätzlich das
Schweißmaterial enthält, so daß keine scharfen Kanten der
Schweißnaht über die Oberfläche des Kondensators vorstehen. Bei
bevorzugten Ausführungsformen erstrecken sich Teile des
Tantalstabs nach unten über die Basis des Bettes.
Es ist von Bedeutung, daß in jedem Fall, wo Druckkräfte auf das
Pellet ausgeübt werden, solche Kräfte in einer Richtung
parallel zur Achse des Tantalstabes ausgeübt werden. Folglich
bestehen also die höchstverdichteten, durch die
Verdichtungskräfte geschaffenen Bereiche nur an der den Boden
des Bettes definierenden Oberfläche oder Begrenzung. Es ist
aber von Wichtigkeit, daß durch Aufbringung von Kräften
parallel zum Stab der ganze Körper aus Tantalpulver mit dem
sich ergebenden Kapazitätsverlust etwas verdichtet wird.
Während die US-PS 47 91 532 die Herstellung eines
Tantalkondensators durch das Einbettverfahren in Betracht
zieht, ist die einzige Offenbarung einer Verdichtung ein
Ergebnis der parallel zum Stab aufgebrachten Kräfte.
Die vorliegende Erfindung kann als auf ein verbessertes
Nichtschweißverfahren zur Herstellung von Tantalkondensatoren
zusammengefaßt werden, das zur Herstellung einer
hochzuverlässigen mechanischen und elektrischen Verbindung
zwischen der Tantalstabanode und dem Kondensatorkörper führt.
Erfindungsgemäß wird eine Vorform geschaffen, die durch
Anodisation und Kathodenbildung etc. einfach, mit geringerer
Gefahr mechanischer oder elektrischer Trennung des Tantalstabs
und der umgebenden Pulvermasse behandelt werden kann. Der sich
ergebende Kondensator zeigt ein hohes Maß an Zuverlässigkeit
beim Gebrauch, d. h. verringerte Neigung der Anode, die
mechanische und elektrische Verbindung zum Rest des
Kondensators zu verlieren oder den assoziierten dielektrischen
Film zu beschädigen.
Erfindungsgemäß wird der Schritt zur Bildung des Tantalpellets
vor dem Sintern in einem Formwerkzeug durchgeführt, in dem der
Körper aus Tantalpulver verschiedenen Drücken unterworfen wird,
wobei die bei der Bildung des Hauptkörpers aus Tantalpulver
ausgeübten Drücke fur die Schaffung eines Hochleistungs-
Kondensators optimal und die Drücke auf jene Bereiche des
Pulvers, mit dem Tantalstab übereinstimmen, wesentlich größer
sind als die auf den Hauptkörper aus Tantalpulver ausgeübten
Drücke. Insbesondere hat festes Tantalmetall eine Dichte von
ca. 16,6 g/cm3. Es ist allgemein anerkannt, daß zur Bildung
eines existenzfähigen Tantalkondensators Tantalpulver des
vorerwähnten Typs von 10 000 CV/GM oder höher auf eine Dichte
von ca. 4 bis 7 g/cm3 komprimiert werden sollte.
Erfindungsgemäß wird der Hauptkörper des Tantalpulvers durch
die Konstruktion des Formwerkzeugs auf die gewünschte Dichte
von ca. 4 bis 7 g/cm3 komprimiert, wohingegen der Bereich des
Pulvers, der mit dem eingebetteten Teil des
Tantalanodenstabs übereinstimmt, wesentlich höheren Drücken
unterworfen wird, was ihn auf eine Dichte von ca. 8 bis
10 g/cm3 verdichtet. Der hochkomprimierte Bereich sollte im
Hinblick auf die Arbeitsleistung des Kondensators
zweckmäßigerweise auf nicht mehr als ca. 10% und vorzugsweise
ca. 6% der Gesamtmasse des Pulvers begrenzt werden.
Das Ergebnis der Umsetzung der Erfindung in die Praxis ist die
Schaffung einer Tantalvorform, worin die Hauptmasse des Pulvers
auf die bevorzugte Dichte von ca. 4 bis 7 g/cm3 für
Tantalpulver von 10 000 CV/GM oder größer komprimiert wird und
der Teil des Pulvers, der mit den eingebetteten Teilen des
Stabes übereinstimmt und zum Austrittspunkt des Stabs vom Rand
des Pellets führt, größeren Druckkräften unterworfen wird, die
ihn auf ca. 9 g/cm3 verdichten. Es sollte angemerkt werden,
daß, wenn die Gesamtmasse eines Tantalpulvers von 10 000 CV/GM
oder größer auf den 9 g/cm3-Bereich verdichtet würde, die sich
ergebende Masse, wenn sie überhaupt durch die Anodisations- und
die folgenden Arbeitsgänge behandelt werden könnte, eine
unannehmbar geringe Kapazität aufweisen wurde, was sie
wirtschaftlich unbrauchbar machen würde. Durch die
vorbeschriebene Bildung der Tantalpelletvorform mit
unterschiedlicher Kompression ergibt sich nach dem Sintern ein
Zwischenprodukt, das zuverlässig, mit geringerer Gefahr der
Trennung des Anodenstabes vom Rest oder Beschädigung des
dielektrischen Films zur Anodisation und Kathodenbildung
behandelt werden kann, wenn es den Bearbeitungsbeanspruchungen,
einschließlich Handhabung und Temperaturspannung, unterworfen
wird. In diesem Zusammenhang wird die Neigung des
Tantalmaterials, während des Sinterns von der Anode
wegzuschrumpfen, durch die beschriebene unterschiedliche
Verdichtung wesentlich verringert, wenn nicht ganz beseitigt.
Gemäß dem Vorstehenden ist es ein Ziel der Erfindung, ein
verbessertes Verfahren zur Herstellung einer
Tantalkondensatorvorform und eines Tantalkondensators sowie
einen gegen physikalische und Temperaturspannungen
widerstandsfähigeren fertigen Tantalkondensator zu schaffen.
Nach der vorliegenden Erfindung werden also Verdichtungskräfte
senkrecht zur Achse des eingelegten Tantalstabs aufgebracht,
mit dem Ergebnis, daß ein hochverdichteter Bereich über die
Länge des Tantalstabs gebildet und das verdichtete Material in
engen Kontakt mit dem Stab gedrückt wird, wodurch ein hoher
Grad an Stabilität des Stabs geschaffen wird, um sowohl eine
ausgezeichnete mechanische als auch elektrische Verbindung des
Stabs mit dem Pellet zu gewährleisten. Die auf die restlichen,
weniger dichten Bereiche aufgewandten Druckkräfte sind getrennt
von den die verdichteten Bereiche bildenden Kräften und können
daher optimiert werden, um die gewünschten elektrischen
Eigenschaften zu schaffen. Eine Schweißverbindung ist nicht
erforderlich, wodurch sich entsprechende Einsparungen ergeben.
Aufgrund der Stabilität der Verbindung zwischen Pellet und Stab
können weitere Bearbeitungsschritte des Pellets durch
Handhabung der Vorform unter Verwendung von Automaten, die den
Stab ergreifen, durchgeführt werden. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren und den erfindungsgemäßen Artikel wird ohne Schweißen
eine Vorform gebildet, die das nachfolgende Bearbeiten
erleichtert und zur Herstellung eines Kondensators führt, der
konventionellen eingebetteten Tantalkondensatoren überlegen ist.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung
einer nach bekannten Verfahren gebildeten
Tantalpelletvorform;
Fig. 2 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 1 und stellt
eine erfindungsgemäße Tantalpelletvorform dar;
Fig. 3a und 3b sind schematische Darstellungen eines
Formwerkzeugs zum Herstellen der grünen Vorform
im beladenen bzw. verdichteteten Zustand.
In Fig. 1 ist schematisch ein aus verdichtetem Tantalpulver
hergestelltes konventionelles Tantalpellet 10 dargestellt, das
einen darin eingebetteten und daraus vorstehenden
Tantalanodenstab 11 aufweist. Das Pellet wird gebildet, indem
das Formwerkzeug vorbestimmten Volumens einfach mit
Tantalpulver gefüllt wird, das mit bekannten Bindemitteln und
Schmiermitteln, wie Stearinsäure, Glyptal, Ölsäure,
Tantalsulfid, Carbowax, Accrowax etc., gemischt wird. Der
Prozentsatz Bindemittel und Schmiermittel kann zwischen
0 und mehr als 4 Gew.-% variieren und beträgt typischerweise
0,25 Gew.-% der Gesamtmasse und erleichtert die Verdichtung des
Tantalpellets, verbessert seine Grunstandfestigkeit und
verringert auch die Werkzeugabnutzung. Bei der Bildung des
bekannten Pellets nach Fig. 1 werden die das Pellet bildenden
Verdichtungskräfte entweder in einer Richtung parallel zur
Achse des Tantalstabs oder senkrecht dazu ausgeübt. Im
letzteren Fall variiert die Dichte des Pulvers der Vorform
etwas über die Dicke des Pellets, wobei sie in der Nähe der
Randzonen des Pellets größer ist, von denen aus die
Verdichtungskräfte ausgeübt werden (normalerweise die langen
Seiten des Pellets), und am geringsten in einer Ebene mittig
des Pellets und senkrecht zur Richtung der Verdichtungskräfte.
Das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Pellet umfaßt einen
Körper 12 und einen vorstehenden Anodenstab 13. Ein
kennzeichnendes Merkmal des Pellets, das eine Funktion der
Formwerkzeugkonfiguration ist, rührt von der Ausbildung der
Stempel her, die zusätzlich zu ihren körperbildenden
Komponenten ein gegenüberliegendes Paar von
Hohlprägungskomponenten haben, die weiter gegen den Stab 13 in
Richtung der Druckkräfte (siehe Pfeile 14, 15) vorstehen. Wie
aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Formwerkzeug zur Bildung des
Pellets 12 im wesentlichen mit dem bei der Herstellung des
Pellets 10 verwendeten identisch, mit der Ausnahme, daß jeder
Stempel eine nach oben bzw. unten vorstehende Fläche
einschließt, die über den Teil des Stempels vorsteht, der die
obere bzw. untere Fläche des Pellets bildet, um eine obere und
eine untere Vertiefung 16, 17 in den Bereichen in
Übereinstimmung mit der Teillänge des Stabs 13 zu bilden, der
sich in den Körper des Pellets erstreckt. Wie vorerwähnt und im
Zusammenhang mit einer Beschreibung des eigentlichen
Pelletbildungsverfahrens detaillierter ausgeführt, wird der
Hauptkörperteil des Pellets 12 mit dem Volumen des
Tantalpulvers koordiniert, so daß der Hauptbereich des Pulvers
auf die gewünschte Dichte von ca. 4 bis 7 g/cm3 (optimal 4,5
bis 6 g/cm3) komprimiert wird, während die Teile des
Pelletkörpers zwischen den Einprägungen 16, 17 auf die höhere
Dichte von ca. 9 g/cm3 komprimiert werden. Es wurde
herausgefunden, daß ein Pellet, wie dargestellt und in bezug
auf Fig. 2 beschrieben, ohne wesentliche Schrumpfung der das
eingebettete Inkrement des Tantalstabes umgebenden Teile des
Pulvers gesintert werden kann, wodurch der mechanische Kontakt
zwischen diesen Teilen und dem Stab während der nachfolgenden
Bearbeitung und der gute elektrische und mechanische Kontakt
und die Stabilität zwischen dem Tantalstab und dem bearbeiteten
Kondensator gewährleistet werden. Zusätzlich zu der Bedeutung
eines guten elektrischen Kontaktes zwischen dem Stab und der
Tantalkomponente eines fertiggestellten Kondensators ist das
das Vorliegen solcher Merkmale auch während der anschließenden
Bearbeitung höchst wichtig, da die verschiedenen
Bearbeitungsschritte eine Handhabung und elektrische
Bearbeitung der gesinterten Vorform unter Benutzung des
Tantalstabes mit sich bringen. Wenn daher ein guter
elektrischer und mechanischer Kontakt zwischen dem Stab und der
Tantalmasse während der Anodisations- und nachfolgenden
Schritte nicht gegeben ist, werden diese Schritte nicht
ordnungsgemäß durchgeführt werden, was zu variablen
Auswirkungen auf die Eigenschaften des fertiggestellten
Kondensators führt.
Nachstehend folgt eine detaillierte Beschreibung der
Herstellung eines repräsentativen Tantalkondensators unter
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das beschriebene
Verfahren sollte in einem nichteinschränkenden Sinne aufgefaßt
werden, wobei zahlreiche Änderungen bei Rezeptur, Zeiten,
Temperaturen etc. für einen Fachmann auf dem Gebiet der
Herstellung von Tantalkondensatoren naheliegen.
Ein Tantalkondensator mit einer Kapazität von 47 µF bei einer
Arbeitsspannung von 10 V wird wie folgt hergestellt: Als
Ausgangsmaterial dient eine Charge von gründlich mit einem
Bindemittel und einem Schmiermittel, z: B. Stearinsäure, 0,25
Gew.-%, gemischtem Tantalpulver von 15 000 CV/GM. Eine Menge
dieses Ausgangsmaterials wird, wie schematisch in den Fig. 3a
und 3b im Querschnitt dargestellt, in ein Formwerkzeug
eingebracht. Das Werkzeug 20 weist obere und untere Stempel 21
bzw. 22 auf, deren einander zugewandte Oberflächen so
ausgestaltet sind, daß sie eine obere und eine untere
Oberfläche des Pellets 12 bilden. Während in den Fig. 3a und 3b
ein einziger Formhohlraum schematisch dargestellt ist, kann in
der Praxis eine Reihe von Formwerkzeugen mit einer Vielzahl von
Formhohlräumen vorgesehen werden.
Die Stempel 21, 22 schließen gegenüberliegende Oberflächen 23,
24, um die oberen und unteren Oberflächen des Pellet zu bilden,
und nach innen vorstehende Flächen 25, 26 ein, die die
gegenüberliegenden Hochdruckbereiche 16, 17 des Pellets bilden
werden. Ein abgemessene Menge der Tantalpulverzusammensetzung
wird in das Formwerkzeug eingebracht und der Tantalstab 13 in
das Werkzeug in Übereinstimmung mit dem Feldern 25 und 26
eingeführt. Die Menge des eingebrachten Materials wird den
Enddruck, dem das Material unterworfen wird, bestimmen, wobei
die Menge in Übereinstimmung mit dem ursprünglichen Abstand der
Stempel 21, 22 veränderlich ist. In der normalen Praxis wird
die Menge Tantalpulver so berechnet, daß nach dem Schließen der
Stempel eine Dichte optimalerweise von ca. 4,5 bis 6 g/cm3 im
Hauptbereich der Form erzeugt wird. Nach dem Füllen werden die
Stempel aus der in Fig. 3a dargestellten Position in die in
Fig. 3b dargestellte Position überführt, wodurch das Pulver im
Hauptvolumenbereich 26′ der Form auf den gewünschten Grad
(ca. 4 bis 7 g/cm3) und das Pulver im Bereich 27 in
Übereinstimmung mit dem Tantalstab 13 auf eine Dichte eines
bevorzugten Bereiches von 8 bis 10 g/cm3 komprimiert wird.
Während ein 3-Elemente-Formhohlraum dargestellt ist, ist es
einleuchtend, daß die gewünschten Effekte auch durch Verwendung
von separaten beweglichen Teilen zum Bilden des Körpers und der
Bereiche hoher Dichte erreicht werden können.
Gemäß dem speziellen Beispiel wird das Pellet mit den folgenden
Endabmessungen gebildet: 0,48 cm in Längsrichtung (Richtung der
Stabeinführung); 0,29 cm breit, 0,17 cm dick. Die eingeprägten
Bereiche 16, 17 sind 0,12 cm lang und breit und haben eine
Tiefe von 0,04 cm. Der Tantalstab 13 hat einen Durchmesser von
0,03 cm.
Unter Verwendung der vorgenannten Abmessungsmerkmale beträgt
das Volumen des Bereiches hoher Dichte um den Tantalstab nur
ca. 5,9% des Gesamtvolumens des Pellets.
Das sich ergebende grüne Pellet zeigt eine kohärente Masse, die
mif Hilfe des Tantalstabes leicht zu handhaben ist.
Die Pellets werden in einer Vakuumumgebung (ca. 133,3 × 10-5 Pa)
bei einer Temperatur von 1600°C während ca. 20 min
gesintert. Das Sintern entfernt die additiven Materialien und
führt zur Umwandlung des Tantalpulvers in eine schwammähnliche
kohärente Masse, die mechanisch und elektrisch fest mit dem
Tantalstab verbunden ist. Eine Prüfung der sich ergebenden
Kondensatorvorform zeigt, daß es praktisch keine Schrumpfung
des den Stab umgebenden Materials weg vom Stab gibt.
Die Kondensator-Vorformen werden danach in einer in der
Tantalkondensator-Industrie üblichen und nachstehend kurz
beschriebenen Art bearbeitet. Die Pellets werden über ihre
Stäbe auf Metallstreifen befestigt, und ein dielektrischer
Tantalpentoxid-Film wird über die ganze schwammähnliche Masse
gebildet, indem die Vorformen bei 25°C in eine
Salpetersäurelösung eingetaucht werden, wobei die Lösung z. B.
einen Eigenwiderstand von 145 Ohm-cm hat. Die Stäbe werden mit
der positiven Klemme einer elektrischen Stromzuführung
verbunden und die Spannung fortschreitend auf 60 V erhöht. Die
Spannung kann z. B. fortschreitend während einer halben Stunde
auf den erwähnten 60 V-Wert erhöht und ca. eine Stunde auf
dieser Spannung gehalten werden. Wie in der Industrie
wohlbekannt, beeinflußt die angelegte Spannung die
Arbeitsspannung des fertiggestellten Kondensators: Je höher die
angelegte Spannung, desto höher ist die Arbeitsspannung des
Kondensators. Bei einer niedrigeren angelegten Spannung
gebildete Kondensatoren werden eine niedrigere Arbeitsspannung,
aber eine höhere Kazapität aufweisen.
Die anodisierten Kondensatoren werden danach durch die
Imprägnierung mit und die nachfolgende pyrolytische
Dekomposition von Mangannitrat, Mn(NO3)₂, einem
Kathodenbildungsschritt unterworfen, wobei dieser Schritt aus
dem Eintauchen der Kondensatoren in eine Lösung des Reagens für
eine Dauer von 5 sec bis 3 min besteht und die Lösung bei einer
Temperatur von im wesentlichen 25 bis 65°C gehalten wird. Die
pyrolytische Dekomposition wird dadurch bewirkt, daß die Anoden
bei 200 bis 400°C (vorzugsweise 300°C) in einen Ofen mit einer
trockenen oder Dampfatmosphäre eingebracht werden. Die so
gebildeten Kondensatoren werden abgeschlossen, indem sie in
eine kolloidale Graphit-Suspension, beispielsweise eine
2prozentige Graphitsuspension, (wie sie unter der
Handelsbezeichnung AQUADAG-E von Acheson Colloids Corporation,
Port Huron, Michigan, verkauft wird), eingetaucht wird. Die
Kondensatoren werden bei 150°C während einer halben Stunde
getrocknet und in silbergefüllte Farbe getaucht, (wofür ein
Beispiel das von Emerson & Cuming Inc., Canton, MA, verkaufte
Amicon-C-110 ist). Die Farbe enthält im wesentlichen in
Expoxidharz und Lösungsmittel aufgeschlämmte Silberflocken.
Der sich ergebende Kondensator kann einen durch Löten daran
angebrachten Kathodenleiter besitzen, oder alternativ kann ein
Leiter gegen die Silberoberfläche in Eingriff kommen und durch
Aufschrumpfen einer isolierenden Kunststoffhülse über den
Kondensatorkörper in Stellung gehalten werden. Zahlreiche
alternative Mittel zur Anbringung von Kathodenleitern sind in
der Industrie wohlbekannt.
Ein Anodenleiter aus passendem leitendem Material kann
angebracht werden, indem der Tantalstab zuerst auf einen kurzen
Abstand vom Kondensatorkörper (z. B. 0,13 cm) abgeschnitten und
der Anodenleiter dann an den restlichen Tantalstab durch
kapazitive Entladung oder andere ähnliche Mittel angeschweißt
wird. Während dieser Schneid- und Schweißschritte wird die
Verbindungsstelle zwischen dem Tantalstab und dem
Kondensatorkörper oft der größten mechanischen und/oder
thermischen Spannung ausgesetzt.
Der fertiggestellte Kondensator kann durch Eintauchen oder
andere in der Industrie bekannte Maßnahmen eingekapselt werden.
Der nach dem oben beschriebenen Verfahren gebildete Kondensator
weist eine Kapazität von ca. 47 µF bei 10 Volt Arbeitsspannung
auf.
Zahlreiche Faktoren beeinflussen die Leistungsmerkmale von
Tantalkondensatoren, einschließlich insbesondere die Art des
Ausgangstantalpulvermaterials sowie die verschiedenen
Bearbeitungsparameter. Da das Pellet der vorliegenden Erfindung
konventionellen Bearbeitungsschritten unterworfen werden kann
und auf diese Schritte in derselben Art und Weise reagieren
wird wie das in Fig. 1 dargestellte bekannte Pellet, ist eine
weitere Beschreibung von Bearbeitungseinzelheiten nicht
erforderlich, da sie in der Sachkunde des Fachmanns auf dem
Gebiet der Tantalkondensatorenherstellung liegen.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, wird durch
die Kompression der Tantalpelletvorform in einem ersten Ausmaß
im Hauptkörper des Pellets und in einem zweiten und höheren
Ausmaß in den Pulverbereichen in Übereineinstimmung mit dem
Tantalanodenstab eine Kondensatorvorform geschaffen, die
während der Bearbeitung, Fertigstellung oder der nachfolgenden
Benutzung weniger schadensanfällig ist.
Zahlreiche Variationen in Einzelheiten der Verfahrensschritte
und Konstruktion werden dem mit der vorliegenden Offenbarung
vertrautgemachten Fachmann einfallen. Folglich sollte diese im
Umfang der beigefügten Ansprüche weit ausgelegt werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines verbesserten
Tantalkondensators des nichtgeschweißten Typs, wobei eine
pulverige Masse aus Tantalpulver vorgesehen wird, um darin
einen Tantalstab teilweise einzubringen und eine
Kondensatorvorform herzustellen, indem die Masse
unterschiedlichen Druckkräften unterworfen wird, wobei die
Bereiche der Masse in Übereinstimmung mit Teilen des Stabes
Kräften unterworfen werden, die senkrecht zur Längsachse
des Stabes aufgebracht werden, und dadurch auf eine hohe
Dichte von ca. 8 bis 10 g/cm3 oder mehr verdichtet werden,
und wobei die die übereinstimmenden Bereiche umgebenden
Bereiche der Masse Druckkräften ausgesetzt werden, um diese
auf eine niedrigere Dichte von ca. 4 bis 7 g/cm3 zu
verdichten, worauf die Vorform in einer inerten Umgebung
gesintert, die gesinterte Masse anodisiert und durch
Imprägnieren in der anodisierten Masse eine Kathode
gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Volumen der hochverdichteten Teile der Masse weniger als
ca. 10% der Gesamtmasse gewählt wird.
3. Tantalkondensator, umfassend einen Tantalanodenstab, eine
den Anodenstab umgebende gesinterte poröse Masse aus
Tantalpartikeln, wobei den Stab in Eingriff haltende Teile
der Masse mechanisch und elektrisch schweißfrei mit dem
Stab gekuppelt sind, einen den Oberflächenbereich von
Teilen der Masse umgebendenden dielektrischen Film und ein
den dielektrischen Beschichtungsfilm umgebendes leitendes
Kathodenimprägniermittel, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dichte der Masse in einem im wesentlichen mit dem
Anodenstab übereinstimmenden Bereich ca. 8 bis 10 oder mehr
g/cm3 und die Dichte der Masse in restlichen Bereichen
ca. 4 bis 7 g/cm3 beträgt.
4. Vorform zur Herstellung eines verbesserten
Tantalkondensators des nichtgeschweißten Typs, umfassend
eine kohärente pulverige Masse aus Tantalpartikeln, einen
Tantalstab, der ein in der Masse eingebettetes Ende und ein
vorstehendes Ende hat, dadurch gekennzeichnet, daß die
einen langgestreckten Längsteil des Stabs unmittelbar
umgebenden Bereiche der Masse auf eine Dichte von ca. 8 bis
10 g/cm3 oder mehr und die von den umgebenden Bereichen
entfernt liegenden Bereiche der Masse auf eine Dichte von
ca. 4 bis 7 g/cm3 verdichtet sind.
5. Vorform nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Stab umgebenden Bereiche sich bis mindestens an einen
Rand der Masse erstrecken.
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