DE60133143T2 - Mischungen aus Niob und Niobnitridpulver für Substrate für Elektrolytische Kondensatoren - Google Patents

Mischungen aus Niob und Niobnitridpulver für Substrate für Elektrolytische Kondensatoren Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Mischungen von Niobmetallpulvern, die als Substrate für dünnschichtige dielektrische Schichten verwendbar sind, die als Anodenschichten auf dem Substratmaterial gebildet werden, und noch spezifischer Mischungen von Niob- und Niobnitritpulvern, die als Substratmaterial zum Bilden von elektrolytischen Hochqualitätsnass- oder -festkondensatoren verwendbar sind.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die Verwendung von Stickstoff zum Verbessern der Leistungsfähigkeit von festen Elektrolytkondensatoren, die unter Anwendung von Tantal oder Niob als Substratmaterial hergestellt werden, ist bekannt. Die US-Patentschrift 5,948,447 , am 5. September 1995 H. Chang/Cabot Corp. verliehen, beschreibt die Stickstoffdotierung von Tantal- oder Niobpulversubstraten zum Reduzieren des Leckverlusts und die Vermutung einer vorteilhaften Wirkung bezüglich des Begrenzens des Kristallwachstums während der Anodisierung. Das Patent beschreibt des Weiteren den Vorteil einer höheren Löslichkeit von Stickstoff in Tantal oder Niob im Vergleich mit Sauerstoff zum Reduzieren des Leckverlusts durch Begrenzen der Bewegung von Sauerstoff und eine synergistische Wirkung der regulierten Kombinationen des Stickstoff- und Sauerstoffgehalts des Tantal- oder Niobsubstrats. T. Tripp et al./H.C. Starck, Inc., haben in einem Vortrag bei einem Symposium sich über dreißig Jahre erstreckende Bemühungen beschrieben, die Auswirkungen des Stickstoffdotierens auf Tantalsubstrate, hauptsächlich als durch Sputtern abgesetzte Schichten von Tantal oder Tantalnitrid, jedoch einschließlich mit Stickstoff dotiertem Pulver, zu untersuchen und beschreiben gegenwärtige Arbeiten, die die Wirkung von Stickstoff bezüglich des Verzögerns des Migrierens von Sauerstoff durch die aus anodischem Oxid bestehende Metall-(Ta oder Nb-)Grenzfläche verifizieren. Außerdem glauben Hersteller von Kondensatoren, dass ein großer Anteil von Intraagglomeratporen erforderlich ist, um Kondensatoren aus Hochkapazitanzspannungs-(CV-Pulvern herzustellen. Eine offene Porosität wird auch dazu beitragen, den inneren Verlustwiderstands des Kondensators (ESR) zu reduzieren.
  • EP-A-1093137 offenbart ein N6-Pulver für Kondensatoren umfassend bis zu 20 Gew.-% Diniobmononitridkristalle.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Pulvermischung bereitzustellen, die als Substratmaterial in elektrolytischen Hochqualitätsnass- oder -festkondensatoren geeignet ist.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Substrat bereitzustellen, das einen größeren Anteil an Intraagglomeratporen aufweist als das refraktäre Metall- oder Metallnitridpulver als solches.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von elektrolytischen Hochqualitätskondensatoren aus refraktärem Metall- und Metallnitridpulvermischungen herzustellen.
  • Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine thermodynamisch beständige Grenzfläche zwischen Substrat und Anodenschicht bereitzustellen, die das System weniger zum Abbau tendierend macht, der während des Wärmezyklierens in dem Tantal-Tantaloxidsystem stattfindet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die oben aufgeführten Aufgaben sowie weitere und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Ausführungsformen der Erfindung, die unten beschrieben sind, erreicht.
  • Die vorliegende Erfindung bietet ein verbessertes Pulver, das als Substratmaterial in elektrolytischen Hochqualitätskondensatoren geeignet ist und ein Verfahren zum Herstellen derselben. Gesintertes Granulat, das aus Mischungen von Tantal- und Tantalnitridpulvern hergestellt ist, haben sich als einen höheren Anteil an Intraagglomeratporen aufweisend erwiesen als diejenigen, die aus Tantal und Tantalnitrid als solchem hergestellt sind. Die Granulatporosität und das gesamte Eindringvolumen werden maximiert, wenn die Ta/TaN-Mischung im Bereich von 50–75 Gew.-% TaN liegt. Es zeigte sich, dass der gesamte Granulatporenoberflächenbereich von der TaN-Konzentration über 50% TaN relativ unabhängig ist. Ein Substrat, das aus einer Ta/TaN-Mischung von 50/50 oder 25/75 Gew.-% besteht, sollte feste Kondensatoren mit einer höheren Kapazitanzerholung und einem geringeren ESR erzeugen. Ähnliche Ergebnisse wurden auch für Mischungen von Niob und Niobnitridpulver erhalten.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wird Niobpulver verwendet, das auf verschiedene bekannte Arten und Weisen abgeleitet und so verarbeitet wird, dass es einen extrem niedrigen Sauerstoffverunreinigungsgehalt aufweist, dann wird Stickstoff in einem Reaktorarbeitsplan eingeführt, der eine erneute Oxidation des refraktären Materials ausschließt. Der Plan, der aus mehreren Stufen von Wärmeverarbeitung und Umweltkontrolle besteht und unten definiert ist, führt zu einer Niobnitridpulververbindung, ohne dass überschüssiger Stickstoff verbleibt, und zu schließlichem Abkühlen unter inerter Atmosphäre und Luftfreisetzung aus dem Pulver unter Bildung nur eines beschränkten Oxids bei Raumtemperatur.
  • Andere Aufgaben, charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben, einschließlich veranschaulichender nichteinschränkender Beispiele der Praxis des Verfahrens und der Konfiguration der dabei gebildeten Produkte, Zusammensetzung und Leistung unter Prüfbedingungen offensichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 13 ist eine grafische Darstellung der Porengrößenverteilung des gesinterten Granulats im Vergleich mit dem zunehmenden Volumen von Granulat, das bei einer Temperatur von 1600°C gesintert worden ist, für das Nb/NbN-System.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Das Tantalpulver wurde durch herkömmliche Natriumreduktion eines Kaliumfluortantalatvorläufers und Pulverauslaugen und -klassieren hergestellt. Das Pulver wurde bei 1320°C 30 Minuten lang vorgesintert und mit Hilfe von Magnesium deoxidiert, um überschüssigen Sauerstoff, der während der Agglomeration eingeführt worden ist, zu entfernen.
  • Während des Deoxidierungsvorgangs wurde etwa ein kg des Pulvers mit 0,75 Gew.-% Mg gemischt und in einen Laborröhrenofen in einer mit Tantal ausgeschlagenen Edelstahlschale eingegeben. Die Ofenröhre wurde evakuiert, mit Argon hinterfüllt und auf 1000°C erhitzt. Diese Temperatur wurde zwei Stunden lang aufrechterhalten und man ließ den Ofen sich über Nacht abkühlen.
  • Die Eigenschaften des so gebildeten Pulvers sind in Tabelle I zusammengefasst. TABELLE I
    Eigenschaft Wert
    Durchschnittlicher Teilchendurchmesser nach Fisher, FAPD (μ) 2,0
    Fließgeschwindigkeit (g/sec) 0,34
    Oberflächenbereich (cm2/g) 13.700
    Schüttdichte nach Scott, SBD (g/Zoll3) 25,5
    Kohlenstoff (ppm) 34
    Calcium (ppm) 2
    Chrom (ppm) 9
    Kupfer (ppm) 1
    Eisen (ppm) 5
    Kalium (ppm) 13
    Stickstoff (ppm) 1.840
    Natrium (ppm) 1
    Nickel (ppm) 11
    Sauerstoff (ppm) 4.130
    Schwefel (ppm) 10
    Silicium (ppm) 8
  • Das Tantalnitrid-(TaN-)Pulver wurde dem gleichen Verfahren gemäß wie für das oben beschriebene Tantalpulver hergestellt, mit folgenden zusätzlichen Schritten. Nach Kühlen des Ofens über Nacht wurde das Pulver durch Erhöhen der Ofentemperatur auf 680°C, wie durch ein Thermoelement innerhalb der Röhre und über dem Pulver aufgehängt, gemessen, noch weiter verarbeitet. Der Druck in der Ofenröhre wurde auf 610 mm Hg reduziert und das System erneut mit Stickstoff hinterfüllt, bis der Druck auf Luftdruck (760 mm Hg) zurückkehrte. Zusätzlicher Stickstoff wurde zugegeben, um ungefähr den Luftdruck beizubehalten, während Stickstoff durch Reaktion mit Tantal verbraucht wurde.
  • Zwanzig Minuten vom Beginn des Vorgangs wurde der Druck auf 460 mm Hg reduziert und dann mit Stickstoff auf 760 mm Hg erhöht. Zu diesem Zeitpunkt betrug die Temperatur 710°C. Der Druck wurde wiederum durch Stickstoffzusätze in der Nähe des Luftdrucks gehalten, während die Temperatur im Laufe von 25 Minuten auf 850°C erhöht wurde. Der Druck wurde auf 250 mm Hg reduziert und mit Stickstoff wieder auf 760 mm Hg erhöht. Während der Druck in der Röhre mit Hilfe von Stickstoffzugaben in der Nähe des Luftdrucks gehalten wurde, wurde die Temperatur auf 1030°C im Laufe einer Zeitspanne von 50 Minuten erhöht. Der Druck wurde dann auf ~0 mm Hg reduziert und das System auf 810 mm Hg mit Stickstoff gefüllt. Das System wurde fünf Stunden lang bei dieser Temperatur und diesem Druck gehalten.
  • Man ließ den Ofen sich auf Raumtemperatur abkühlen und das Pulver wurde unter Anwendung eines Hochkapazitanz-Pulverpassivierungszyklus passiviert. Das Pulver wurde dann mit verdünnter H2SO4-Lösung ausgelaugt, um MgO, Mg2N3 und irgendwelches restliches Mg zu entfernen. Die Säurerückstände wurden durch Spülen mit hochreinem Wasser entfernt. Das Pulver wurde bei 60°C getrocknet.
  • Das Pulver wurde auf Stickstoff hin analysiert und es wurde bestätigt, dass es aus der Verbindung TaN bestand.
  • Das Niob-Pulver wurde durch Magnesiumreduktion eines Niobpentoxidvorläufers hergestellt. Ein Kilogramm des Pulvers wurde mit 22 Gramm Magnesium gemischt und in eine mit Niobfolie ausgeschlagene Edelstahlschale eingegeben. Die Schale und ihre Inhalte wurden in einen Laborröhrenofen eingegeben. Die Röhre wurde mit Argon ausgespült. Die Temperatur des Ofens wurde auf 950°C erhöht und das System 2 Stunden lang bei dieser Temperatur in einer Argonatmosphäre gehalten, um das Pulver zu deoxidieren. Man ließ den Ofen sich über Nacht abkühlen, während ein geringer Argonfluss durch die Röhre beibehalten wurde. Die Eigenschaften des so gebildeten Pulvers sind in Tabelle II zusammengefasst. TABELLE II
    Eigenschaft Wert
    Durchschnittlicher Teilchendurchmesser nach Fisher, FAPD (μ) 1,4
    Schüttdichte nach Scott, SBD (g/Zoll3) 16,2
    Oberflächenbereich (cm2/g) 23.000
    Kohlenstoff (ppm) 154
    Chrom (ppm) 34
    Eisen (ppm) 47
    Nickel (ppm) 74
    Stickstoff (ppm) 2880
    Sauerstoff (ppm) 9900
    Silicium (ppm) 30
    Schwefel (ppm) 13
  • Das Niobnitrid-(NbN-)Pulver wurde dem gleichen Verfahren gemäß wie oben für das oben beschriebene Niobpulver hergestellt, mit folgenden zusätzlichen Schritten. Nach Abkühlen des Ofens über Nacht wurde das Pulver noch weiter durch Erhöhen der Ofentemperatur auf 680°C, wie durch ein Thermoelement innerhalb der Röhre, die über der Probe aufgehängt war, gemessen, verarbeitet und der Druck wurde auf 610 mm Hg reduziert. Mit Hilfe von Stickstoff wurde der Druck auf 760 mm Hg erhöht. Im Laufe der nächsten dreißig Minuten wurde die Temperatur auf etwa 750°C erhöht und der Druck wurde zwischen 660 und 760 mm Hg durch Zugabe von Stickstoffgas, um den in der Reaktion verbrauchten Stickstoff zu ersetzen, aufrechterhalten. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Druck auf 460 mm Hg reduziert und dann mit Hilfe von Stickstoff auf 760 mm Hg erhöht. Es erfolgte eine signifikante Erhöhung der Reaktionsrate, wie durch die Druckabfallrate und eine Erhöhung der Temperatur angezeigt. Eine Stunde nach Beginn des Vorgangs hatte die Temperatur 900°C erreicht und die Reaktion erfolgte mit einer mäßigen Rate, wie durch die Druckabnahmerate angezeigt. Der Druck wurde auf 250 mm Hg reduziert und dann wurde das System mit Stickstoff auf 760 mm Hg zurückgebracht. Es folgte ein schneller Druckabfall und eine Temperaturerhöhung fand statt. Der Druck wurde mit Hilfe von Stickstoffzugaben für die nächsten 15 Minuten bei 760 mm Hg gehalten, während die Temperatur auf 960°C anstieg. Auf das vollständige Evakuieren der Röhre hin wurde Stickstoff zugegeben, um den Druck auf 760 mm Hg zu erhöhen. Es folgte daraufhin kaum ein Druckabfall, was anzeigte, dass die Reaktion im Wesentlichen abgeschlossen war. Schließlich wurde der Druck auf 810 mm Hg erhöht und das System sechs Stunden lang bei 1000°C gehalten.
  • Nach Abkühlen auf die Raumtemperatur wurde das Pulver durch reguliertes Aussetzen Luft gegenüber passiviert. Das Pulver wurde dann mit verdünnter Schwefelsäure zum Entfernen von MgO, Mg2N3 und restlichem Mg und dann mit hochreinem Wasser zum Entfernen von Spuren der Säure ausgelaugt. Der Sauerstoff- und Stickstoffgehalt des Pulvers wurde mit Hilfe eines LECO 436 Sauerstoff/Stickstoffanalysators gemessen. Die Stickstoffkonzentration betrug 151.000 ppm, was der Verbindung NbN ohne überschüssigen Stickstoff entspricht. Der Sauerstoffgehalt betrug 4300 ppm.
  • Die Tantal- und Tantalnitridpulver wurden dann durch mechanische Vorrichtungen miteinander vermischt. Die Ta/TaN-Pulver wurden in Anteilen von 0, 25, 50, 75 und 100% TaN, auf das Gewicht bezogen (Gew.-%) gemischt. Die Niob- und Niobnitridpulver wurden ebenfalls durch eine mechanische Vorrichtung in Anteilen von 0, 25, 50, 75 und 100% NbN, auf das Gewicht bezogen (Gew.-%) gemischt. Diese Pulver wurden dann als Kondensatorsubstrate durch Pressen der Mischungen zu Granulat und Verarbeiten des Granulats mit Hilfe von Vorgehensweisen, die denjenigen ähnlich waren, die für das Herstellen von festen Ta- oder Nb-Kondensatoren eingesetzt wurden, verwendet. Ähnliche Gesichtspunkte treffen auf andere refraktäre Metalle (Ti, Zr, Hf) und refraktäre Metallnitridmischungen und ihre Verwendung als Kondensatorsubstrate zu.
  • BEISPIELE
  • Die Erfindung wird nun noch weiter unter Bezugnahme auf die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele offenbart.
  • Vergleichsbeispiel 1 – Verschiedene Ta/TaN-Mischungskombinationen bei einer vorgegebenen Sintertemperatur
  • Aus den Ta/TaN-Mischungen wurden den Granulatherstellungs- und Bildungsbedingungen, die in Tabelle III zusammengefasst sind, gemäß hergestellt. TABELLE III
    Granulatmasse 0,14 g
    Pressdichte 5,5 g/cm3
    Sintertemperatur 1600°C, 1700°C
    Sinterzeit 20 Minuten
    Bildungsspannung (Vf) 40 V
    Bildungstemperatur 80°C
    Stromdichte 100 mA/g
    Haltezeit 2 Stunden
    DCL-Testspannung 28 V (70% Vf)
    Einweichzeit 2 Stunden
  • Das Granulat wurde 30 Minuten lang bei 400°C an der Luft geglüht. Die Porengrößenverteilungen des gesinterten Granulats wurden mit einem Micromeritics Auto Pore III-Porosimeter unter Anwendung des auf 5,5 g/cm3 gepressten Granulats gemessen. Feste Kondensatoren wurden dann unter Anwendung der für das Verarbeiten von Tantalsubstratkondensatoren eingesetzten Bedingungen und Verfahrensweisen mit derselben Netzspannung hergestellt.
  • Es zeigte sich, dass die Mischung von 50/50 bei allen Sintertemperaturen den größten Anteil an Intraagglomeratporen aufweist und dass die gesamten Mischungen eine offenere Porenstruktur aufweisen als das reine Substratgranulat. Aufgrund der Intrusionsdaten ist es möglich, den gesamten Granulatporenbereich, das gesamte Intrusionsvolumen, die Granulatschüttdichte und die Granulatporosität zu errechnen. Die maximale Granulatporosität tritt im TaN-Bereich von 50–75% auf. Auch ist bei irgendeiner vorgegebenen Sintertemperatur der gesamte Granulatporenoberflächenbereich von der TaN-Konzentration über 50% TaN relativ unabhängig und das gesamte Intrusionsvolumen wird im TaN-Bereich von 50–75% maximiert.
  • Bei einem fixierten Gesamtporenbereich tritt das maximale Intrusionsvolumen bei etwa 50% TaN auf. Dies ist ein weiterer Hinweis, dass gesintertes Granulat, das aus einer Ta/TaN-Mischung von 50/50 hergestellt ist, die offenste Porenstruktur aufweist.
  • Diese Tendenzen treten wahrscheinlich aufgrund des Unterschieds im Sinterverhalten der Substratmaterialien auf. Die Tantalagglomerate sintern schneller als das Tantalnitrid und schrumpfen, um eine Tantalnitridmatrix zu hinterlassen. Die Kondensatorhersteller glauben, dass ein großer Anteil von Intraagglomeratporen notwendig ist, um Kondensatoren aus Hoch-CV-Pulvern herzustellen. Auch trägt eine offene Porosität dazu bei, die Kondensator-ESR zu reduzieren.
  • Tabelle IV fasst die elektrischen Nasstesteigenschaften der Pulver zusammen. Selbst 25% TaN in der Mischung erhöhen die Kapazitanz im Vergleich mit reinem Tantal wesentlich. Dies ist angesichts der Tatsache besonders signifikant, dass die Dielektrizitätskonstante der Anodenschicht im TaN-Substrat etwa die Hälfte derjenigen der Anodenoxidschicht auf Tantal beträgt.
  • Leckverluste waren bei bis zu 75% TaN unter der Sinterbedingung von 1600°C gering, stiegen jedoch bei einer Sintertemperatur von 1700°C über 25% TaN an. TABELLE IV
    Pulver (% TaN) Kapazitanz (μF·V/g) Leck (nA/μF·V)
    Sintertemperatur Sintertemperatur
    1600° 1700° 1600° 1700°
    0 14.500 - 0,05 -
    25 22.400 11.900 0,25 0,15
    50 23.300 11.900 0,36 0,82
    75 26.800 12.700 0,25 0,72
    100 26.600 17.600 1,72 1,23
  • Die Ergebnisse des festen Kondensators sind in Tabelle V aufgeführt. Die Interpretation der Ergebnisse ist deshalb verblüffend, weil die verschiedenen Substratkondensatoren nicht den gleichen Oberflächenbereich besitzen. Dieses Problem wird in Beispiel 2 unten noch weiter untersucht. Selbst ein Vergleich der Kondensatoren mit derselben Kapazitanz ist wegen des Unterschieds zwischen der Dielektrizitätskonstante der Anodenoxidschicht auf Tantal und der Anodenschicht auf Tantalnitrid irreführend. Auf jeden Fall war es möglich, gute feste Kondensatoren von 6 V mit der Ta/TaN-Mischung von 50/50 herzustellen. Einige Hinweise bezüglich der offeneren Porenstruktur in diesem System sind aus der sehr hohen Nass-auf-Fest-Kapazitanzwiederherstellung zu sehen. Die scheinbar geringere ESR des Ta/TaN-Systems ist wahrscheinlich nicht signifikant. TABELLE V
    Pulver ID Nass-DCL (nA/μF·V) Nasskapazitanz (μF·V/g) Fest-DCL (nA/μF·V) Festkapazitanz (μF·V/g) Kapazitanzwiederherstellung ESR (Ohm)
    TaN bei 1600° 0,214 26.609 0,453 26.590 99,93% 0,22
    50% TaN bei 1600° 0,131 23.679 0,216 24.441 103,22% 0,20
    NA30K bei 1600° 0,095 15.926 0,191 16.202 101,73% 0,42
    NA30K bei 1500° 0,237 27.424 0,588 27.608 100,67% 0,24
    Lebensdauerprüfungs-DCL (nA/μF·V)
    Pulver ID 0 Stunden bei 1,53 × Vr 168 Stunden bei 1,53 × Vr Ausbeute # Kurzschlüsse
    25°C 85°C 85°C 25°C (< 2,5 na/μF·V) (Ohm)
    TaN bei 1600° 0,453 2,142 1,887 0,388 100,0% 0
    50% TaN bei 1600° 0,216 1,237 1,118 0,195 100,0% 0
    NA30K bei 1600° 0,191 0,683 0,587 0,186 100,0% 0
    NA30K bei 1500° 0,588 2,668 2,329 0,477 100,0% 0
  • Tabelle VI fasst die Vorspannungsabhängigkeit (in Prozent) der Kondensatoren nach der Wärmebehandlung zusammen. Wie bei TaN-Substratkondensatoren ist die Kapazitanz der Einheiten, die aus Ta/TaN-Mischungen hergestellt sind, der Vorspannung gegenüber unempfindlich, was darauf hinweist, dass sie aufgrund von Sauerstoffzehrung der Anodenschicht während der Wärmebehandlung sich nicht abbauten. TABELLE VI
    Pulver (% TaN) Sintertemperatur
    1600°C 1700°C
    0 –4,12 -
    25 –2,02 –2,03
    50 0,66 0,99
    75 0,25 0,28
    100 0,20 0,19
  • Gesintertes Granulat, das aus Mischungen von Tantal- und Tantalnitridpulvern hergestellt ist, besitzt einen höheren Anteil an Intraagglomeratporen als diejenigen, die aus Tantal oder Tantalnitrid als solchem hergestellt sind. Ein Substrat, das aus einer Mischung von Ta/TaN von 50/50 oder 25/75 besteht, sollte feste Kondensatoren mit einer höheren Kapazitanzwiederherstellung und einer geringeren ESR ergeben.
  • Beispiel 3 – Verschiedene Nb/NbN-Mischungskombinationen
  • Die Mischungen aus Niob- und Niobiumnitridpulvern wurden zu Granulat gepresst und gesintert. Das Granulat wurde auf 3,0 g/cm3 gepresst und bei 1600°C gesintert. 13 zeigt die Porengrößenverteilungen des gesinterten Granulats bei Granulat, das aus verschiedenen Nb/NbN-Mischungskombinationen hergestellt worden ist. Während der Unterschied nicht so dramatisch ist wie bei dem Ta/TaN-System, wies das Nb/NbN-Granulat, das 25/75 Gew.-% Nb/NbN aufwies, eine etwas offenere Porenstruktur als das reine NbN und eine wesentlich bessere Porosität als das reine Nb auf. Aufgrund dieser Ergebnisse ist es angemessen, die Schlussfolgerung zu ziehen, dass im Allgemeinen die gleichen Vorteile, die auf das Ta/TaN-System zutreffen, auch für das Nb/NbN-System gelten.
  • Schlüssel zu den Figuren
  • 13
    • Abszisse: Porendurchmesser (μ)
    • Ordinate: Steigendes Volumen (ml/g)

Claims (3)

  1. Pulvermischung bestehend aus einem refraktären Metallpulver und einem refraktären Metallnitridpulver, wobei der Gehalt an refraktärem Metallnitridpulver 50 Gewichtsprozent bis 75 Gewichtsprozent beträgt, wobei das refraktäre Metall Niob ist.
  2. Elektrolytischer Kondensator oder elektrolytische Kondensatoranode umfassend ein Pulver nach Anspruch 1.
  3. Verfahren zum Herstellen von elektrolytischen Hochqualitätskondensatoren aus einem refraktären Metallmaterial, umfassend die Schritte des: Bildens von Granulat aus einer Mischung nach Anspruch 1 bei einer Temperatur, die des Sinterns der Mischung fähig ist; Unterwerfens des erhaltenen Granulats einer Anodisierung und Bildens von Kondensatoren aus dem anodisierten Granulat.
DE60133143T 2000-10-24 2001-10-23 Mischungen aus Niob und Niobnitridpulver für Substrate für Elektrolytische Kondensatoren Expired - Lifetime DE60133143T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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US09/695,512 US6554884B1 (en) 2000-10-24 2000-10-24 Tantalum and tantalum nitride powder mixtures for electrolytic capacitors substrates
US695512 2000-10-24

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Publication Number Publication Date
DE60133143D1 DE60133143D1 (de) 2008-04-17
DE60133143T2 true DE60133143T2 (de) 2009-03-12

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Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3871824B2 (ja) 1999-02-03 2007-01-24 キャボットスーパーメタル株式会社 高容量コンデンサー用タンタル粉末
JP3718412B2 (ja) * 2000-06-01 2005-11-24 キャボットスーパーメタル株式会社 ニオブまたはタンタル粉末およびその製造方法
US6554884B1 (en) 2000-10-24 2003-04-29 H.C. Starck, Inc. Tantalum and tantalum nitride powder mixtures for electrolytic capacitors substrates
KR100524166B1 (ko) * 2001-05-15 2005-10-25 쇼와 덴코 가부시키가이샤 일산화 니오브분말, 일산화 니오브 소결체 및 일산화니오브 소결체를 사용한 콘덴서
EP1433187A4 (de) * 2001-10-01 2007-10-24 Showa Denko Kk Tantalgesinterter körper und kondensator mit dem gesinterten körper
CN100487838C (zh) * 2001-12-10 2009-05-13 昭和电工株式会社 铌合金、其烧结体以及用其制成的电容器
JP2003338433A (ja) * 2002-05-22 2003-11-28 Nec Tokin Corp 固体電解コンデンサ用の陽極体、その製造方法及び固体電解コンデンサ
US6965510B1 (en) * 2003-12-11 2005-11-15 Wilson Greatbatch Technologies, Inc. Sintered valve metal powders for implantable capacitors
US7682362B2 (en) * 2005-02-01 2010-03-23 Smith & Nephew, Inc. Lockable orientation stylus
CN100415640C (zh) * 2005-05-24 2008-09-03 株洲硬质合金集团有限公司 超细高氮氮化钽粉末及其制备方法
JP5289669B2 (ja) * 2005-06-10 2013-09-11 ローム株式会社 Nb化合物の微粉末の製造方法、Nb化合物の微粉末を用いた固体電解コンデンサの製造方法
FR2894597B1 (fr) * 2005-12-12 2008-04-11 Ceramique Plastique Sa Ebauche massive pour piece mecanique, en materiau ceramique fritte et procede de fabrication d'une telle ebauche
WO2007130483A2 (en) * 2006-05-05 2007-11-15 Cabot Corporation Tantalum powder with smooth surface and methods of manufacturing same
GB0622463D0 (en) * 2006-11-10 2006-12-20 Avx Ltd Powder modification in the manufacture of solid state capacitor anodes
US20080144257A1 (en) * 2006-12-18 2008-06-19 Yuri Freeman Anodes for electrolytic capacitors with high volumetric efficiency
US7731893B2 (en) * 2006-12-18 2010-06-08 Kemet Electronics Corporation Method for making anodes for electrolytic capacitor with high volumetric efficiency
KR20080085294A (ko) * 2007-03-19 2008-09-24 삼성전기주식회사 탄탈 콘덴서 제조방법
KR20080085293A (ko) * 2007-03-19 2008-09-24 삼성전기주식회사 탄탈 콘덴서 제조방법
US20090279233A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Yuri Freeman High volumetric efficiency anodes for electrolytic capacitors
DE102011109756A1 (de) * 2011-08-09 2013-02-14 H.C. Starck Gmbh Verfahren zur Herstellung von Elektrolytkondensatoren aus Ventilmetallpulvern
US8349030B1 (en) 2011-09-21 2013-01-08 Kemet Electronics Corporation Method for making anodes for high voltage electrolytic capacitors with high volumetric efficiency and stable D.C. leakage
USRE48439E1 (en) 2013-09-06 2021-02-16 Greatbatch Ltd. High voltage tantalum anode and method of manufacture
US9312075B1 (en) 2013-09-06 2016-04-12 Greatbatch Ltd. High voltage tantalum anode and method of manufacture
KR101838989B1 (ko) 2013-12-10 2018-03-15 닝시아 오리엔트 탄탈럼 인더스트리 코포레이션 엘티디 높은 질소 함량을 갖는 캐퍼시터급 탄탈럼 파우더의 제조방법, 그로부터 제조된 캐퍼시터급 탄탈럼 파우더 및 탄탈럼 파우더로 제조된 캐퍼시터와 애노드

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2218633B1 (de) * 1973-02-19 1977-07-22 Lignes Telegraph Telephon
US3825802A (en) * 1973-03-12 1974-07-23 Western Electric Co Solid capacitor
DE2610224C2 (de) * 1976-03-11 1983-01-05 Fa. Hermann C. Starck Berlin, 1000 Berlin Verfahren zur Herstellung von porösen Anodenkörpern durch Pressen und Sintern von Pulvern aus Ventilmetallen
JPS5349254A (en) 1976-10-15 1978-05-04 Fujitsu Ltd Method of manufacturing tantalum nitride electrolytic capacitor
US4544403A (en) 1984-11-30 1985-10-01 Fansteel Inc. High charge, low leakage tantalum powders
US5448447A (en) * 1993-04-26 1995-09-05 Cabot Corporation Process for making an improved tantalum powder and high capacitance low leakage electrode made therefrom
EP0665302B1 (de) * 1994-01-26 2000-05-03 H.C. Starck, INC. Verfahren zum Nitrieren von Tantalpulver
US6185090B1 (en) 1997-01-29 2001-02-06 Vishay Sprague, Inc. Method for doping sintered tantalum and niobium pellets with nitrogen
US5825611A (en) * 1997-01-29 1998-10-20 Vishay Sprague, Inc. Doped sintered tantalum pellets with nitrogen in a capacitor
JP3254163B2 (ja) * 1997-02-28 2002-02-04 昭和電工株式会社 コンデンサ
US6051044A (en) * 1998-05-04 2000-04-18 Cabot Corporation Nitrided niobium powders and niobium electrolytic capacitors
JP3196832B2 (ja) * 1998-05-15 2001-08-06 日本電気株式会社 固体電解コンデンサ及びその製造方法
KR100650621B1 (ko) 1999-02-16 2006-11-27 쇼와 덴코 가부시키가이샤 니오브분말, 니오브소결체, 그 소결체를 사용한 축전지 및 그 축전지의 제조방법
US6423110B1 (en) 1999-12-08 2002-07-23 Showa Denko K.K. Powder composition for capacitor and sintered body using the composition, and capacitor using the sintered body
US6432161B1 (en) 2000-02-08 2002-08-13 Cabot Supermetals K.K. Nitrogen-containing metal powder, production process thereof, and porous sintered body and solid electrolytic capacitor using the metal powder
CN100491022C (zh) 2000-03-01 2009-05-27 卡伯特公司 氮化的电子管金属及其制造方法
US6214271B1 (en) 2000-05-26 2001-04-10 Kemet Electronics Corporation Thermal treatment process for valve metal nitride electrolytic capacitors having manganese oxide cathodes
US6554884B1 (en) 2000-10-24 2003-04-29 H.C. Starck, Inc. Tantalum and tantalum nitride powder mixtures for electrolytic capacitors substrates
US6447570B1 (en) 2000-11-30 2002-09-10 Vishay Sprague, Inc. Sintered Tantalum and Niobium capacitor pellets doped with Nitrogen, and method of making the same

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Publication number Publication date
US6716389B2 (en) 2004-04-06
JP2004524674A (ja) 2004-08-12
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