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Die
vorliegende Erfindung betrifft nitrierte Niobpulver und Elektrolykondensatoren
unter Verwendung der nitrierten Niobpulver, wie auch Verfahren zur
Herstellung der Pulver und Elektrolykondensatoren und die Verwendung
von Niobpulvern zur Herstellung eines Kondensators.
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Seit
vielen Jahren ist es ein Ziel verschiedener Forscher, Niob-Elektrolytkondensatoren
zu entwickeln, aufgrund der hohen dielektrischen Konstante dessen
Oxids und der relativ niedrigen Kosten des Niobs im Vergleich mit
einer Vielzahl von anderen Metallen. Anfänglich erwogen die Forscher
auf diesem Gebiet die Möglichkeit,
Niob als ein Substitut für
Tantalkondensatoren zu verwenden. Demzufolge wurden viele Untersuchungen
durchgeführt,
um die Eignung von Niob als Ersatz von Tantal zu bestimmen.
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In
einigen dieser Studien wurde jedoch festgestellt, dass Niob ernste
grundlegende Mängel
aufweist, die gelöst
werden mußten
und zeigten, dass Niob kein geeignetes Substitut für Tantal
war (siehe J. Electrochem. Soc. S. 408 C, Dezember 1977). In einer
weiteren Untersuchung war ein erzieltes Ergebnis, dass die Verwendung
von Niob in festen Elektrolytkondensatoren, aufgrund verschiedener
physikalischer und mechanischer Probleme unmöglich erschien, wie die Feldkristallisation.
(Electrocomponent Science and Technology, Band 1 S. 27-37 (1974)).
Des Weiteren fanden die Forscher in einer weiteren Untersuchung
heraus, dass durch anodische Oxidation gebildete passive Schichten
unterschiedlich bezüglich
der elektrischen Eigenschaften waren, welche mit Tantal erzielt
wurden und dass die Verwendung von Niob zu Komplexitäten führte, die bei
Tantal nicht vorhanden waren. (Siehe Electrochemica Act, Band 40,
Nr. 16, S. 2623-26
(1995)). Während es
eine anfängliche
Hoffnung gab, dass Niob ein geeigneter Ersatz für Tantal wäre, zeigten die Beweise jedoch,
dass Niob nicht geeignet war, Tantal auf dem Elektrolytkondensatormarkt
zu ersetzen.
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US-A-5,448,447
betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Pulvers von Kondensatorgüte aus wenigstens
einem Metall gewählt
aus der Gruppe V-B des Periodensystems, mit einem Stickstoffgehalt
von 500 bis 7.000 ppm, und Elektroden und fertiggestellte feste
Kondensatoren aus diesen, mit reduzierten elektrischen Leckstromeigenschaften.
In den Beispielen der US-A-5,448,447 wurde nur Tantal zur Herstellung
der jeweiligen Pulver und Kondensatoren eingesetzt.
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Neben
Tantal-Elektrolytkondensatoren gibt es einen Markt für Aluminium-Elektrolytkondensatoren. Die
Aluminium-Elektrolytkondensatoren weisen jedoch dramatisch unterschiedliche
Gebrauchseigenschaften im Vergleich mit den Tantal-Elektrolytkondensatoren
auf.
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Eine
Antriebskraft in heutigen elektronischen Schaltungen ist die zunehmende
Bewegung in Richtung niedrigem äquivalenten
Serienwiderstand (ESR) und Serienersatzinduktivitäten (ESL).
Da sich die IC-Leistung mit der submikrometergroßen Geometrie erhöht, gibt
es eine Notwendigkeit nach niedrigeren Netzteilspannungen und Störschwellen.
Gleichzeitig erfordern zunehmende IC-Geschwindigkeit höhere Leistungsanforderungen.
Diese einander entgegenstehenden Anforderungen erzeugen eine Forderung
nach besserem Leistungsmanagement. Dies wird durch verteilte Netzspannungen
erfüllt,
welche größere Ströme zur Entkupplung
des Geräusches
erfordern. Zunehmende IC-Geschwindigkeiten
bedeuten niedrigere Schaltzeiten und höhere Überspannung. Der elektrische
Schaltkreis muss daher auch so aufgebaut sein, dass er die Überspannungslastantwort
verringert. Dieser breite Bereich der Anforderungen kann erfüllt werden,
wenn der Schaltkreis eine ausreichend große Kapazität, jedoch niedrige ESR und
ESL aufweist.
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Aluminiumkondensatoren
stellen typischerweise die größte Kapazität aller
Kondensatorarten bereit. ESR verringert sich mit der Erhöhung der
Kapazität.
Daher werden zur Zeit eine große
Anzahl von Aluminiumkondensatoren mit hoher Kapazität verwendet,
um die obigen Forderungen zu erfüllen.
Aluminiumkondensatoren erfüllen
jedoch nicht wirklich die Anforderungen der Designer in Bezug auf
niedriges ESR und ESL. Ihr mechanischer Aufbau mit flüssigem Elektrolyt
erzeugt inherent ESR in 100en Milliohm zusammen mit hoher Impedanz.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, nitrierte Niobpulver
bereitzustellen, vorzugsweise mit hohen Oberflächen und physikalischen Eigenschaften,
welche es ermöglichen,
dass die nitrierten Niobpulver zu einem Kondensator mit hoher Kapazität geformt
werden, und welche, wenn sie zu einem Kondensator geformt wurden,
einen niedrigen DC-Leckstrom (DC leakage) aufweisen, wodurch ein
Verfahren bereitgestellt wird, den DC-Leckstrom in einem aus dem
nitrierten Niobpulver gebildeten Kondensator zu reduzieren.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Einzelnen
in der folgenden Beschreibung fortgesetzt, und werden teilweise
aus der Beschreibung deutlich, oder können durch die Ausübung der
vorliegenden Erfindung gelernt werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein nitriertes Niobpulver, d.h. ein
mit Stickstoff dotiertes Niobpulver mit einem Stickstoffgehalt von
wenigstens 300 ppm und einer BET-Oberfläche von
wenigstens 1,0 m2/g. Bevorzugte Ausführungsformen
des mit Stickstoff dotierten Niobpulvers der vorliegenden Erfindung
sind in den Unteransprüchen
2 bis 15 offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung
des mit Stickstoff dotierten Niobpulvers der Erfindung, umfassend
den Schritt des Dotieren des Stickstoffs in das Niob während des Schmelzens
eines Niob-Barrens, während
einer Desoxidationsstufe des Niobs, während der Hydrierung des Niobs,
während
der Entschmierung des Niobs, während
des Sinterns des Niobs und/oder während der thermischen Bearbeitung
des Niobs.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Kondensatoranode,
insbesondere eine Anode für einen
Elektrolytkondensator, gebildet aus dem mit Niob dotierten Pulver
der vorliegenden Erfindung. Die Anode weist vorzugsweise eine Kapazität von 30.000
CV/g bis ungefähr
61.000 CV/g auf.
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Zusätzlich betrifft
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Anode
für einen
Kondensator der vorliegenden Erfindung umfassend das Sintern des
Niobpulvers bei einer Temperatur in dem Bereich von 1.200 bis 1.750 °C.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der DC-Leckstrom in einer Niobanode, welche aus dem
nitrierten Niobpulver hergestellt wird, reduziert, indem eine ausreichende
Menge an Stickstoff in das Niobpulver eingeführt wird, um den DC-Leckstrom
in einer Kondensatoranode zu reduzieren, wenn sie gebildet wird.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung des mit Stickstoff
dotierten Niobpulvers der vorliegenden Erfindung zur Herstellung
eines Kondensators.
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Es
sollte deutlich werden, dass beides, die vorangehende allgemeine
Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung, nur ein
Beispiel sind und nur Beispiele geben und nur eine weitere Erläuterung
der vorliegenden Erfindung bereitstellen sollen, die beansprucht
wird.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Kurve, welche die BET Oberfläche von Niobpulvern darstellt,
und ihre jeweiligen Kapazitäten,
wenn sie zu Anoden geformt und bei einer Temperatur von 1.750 °C gesintert
wurden.
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2 zeigt
eine Kurve, welche die BET Oberflächen der Niobpulver und ihrer
jeweiligen Kapazitäten angibt,
wenn sie zu Anoden geformt und bei einer Temperatur von 1.600 °C gesintert
wurden.
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3 zeigt
eine Kurve, welche die BET Oberflächen von Niobpulvern und ihre
jeweiligen Kapazitäten angibt,
wenn sie zu Anoden geformt und bei einer Temperatur von 1.450 °C gesintert
wurden.
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4 zeigt
eine Kurve, welche die BET Oberflächen von Niobpulvern und ihre
jeweiligen Kapazitäten angibt,
wenn sie zu Anoden geformt und bei einer Temperatur von 1.300 °C gesintert
wurden.
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5 zeigt
eine Kurve, welche verschiedene Sintertemperaturen von Niobanoden
und ihre jeweilige berechnete maximale Kapazität darstellt.
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6 zeigt
eine Kurve, welche den Sauerstoffdotiergehalt von Niobpulvern angibt,
wie auch deren jeweiligen DC-Leckstrom, wenn sie zu Anoden geformt
und bei unterschiedlichen Temperaturen gesintert wurden und eine
Formierungsspannung von 50 V verwendet wurde.
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7 zeigt
eine Kurve, welche Niobpulver mit unterschiedlichen Dotierleveln
an Sauerstoff zeigt, wie auch den jeweiligen DC-Leckstrom, wenn
diese zu Ano den geformt und bei verschiedenen Temperaturen gesintert
wurden, unter Verwendung einer Formierungs von 30 V.
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8 zeigt
eine Kurve, welche die Wirkung verschiedener Level an Phosphordotierung
in Niobpulvern und ihrer jeweiligen Kapazität zeigt, wenn sie zu Anoden
geformt werden.
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9 zeigt
eine Kurve, welche die Wirkung von verschiedenen Phosphordotierleveln
des Niobpulvers und ihren jeweiligen DC-Leckstrom zeigt, wenn sie
zu Anoden geformt werden.
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10 zeigt
eine Kurve, welche die Menge des Stickstoffs darstellt, welche in
verschiedenen Niobpulvern vorhanden ist und ihren jeweiligen DC-Leckstrom,
wenn dieser zu Anoden geformt und bei 1.300 °C oder 1.400 °C gesintert
sind, unter Verwendung einer Formierungsspannung von 50 V.
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11 zeigt
eine Kurve, welche die Menge des in verschiedenen Niobpulvern vorhandenen
Stickstoff darstellt, und ihren jeweiligen DC-Leckstrom, wenn dieser
zu Anoden geformt und bei 1.300 °C
oder 1.450 °C gesintert
wurden, unter Verwendung einer Formierungsspannung von 35 V.
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12 zeigt
eine Kurve, welche die gleichen Niobproben aus 10 darstellt,
in Bezug auf den Sauerstoffgehalt und den DC-Leckstrom.
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13 zeigt
eine Kurve, welche die gleichen Niobproben wie in 11 darstellt,
in Bezug auf den Sauerstoffgehalt und den DC-Leckstrom.
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14 zeigt
eine Kurve, welche die Menge des in verschiedenen Niobpulvern vorhandenen
Stickstoffs darstellt, und ihren jeweiligen DC-Leckstrom, wenn diese
zu Anoden geformt und bei 1.300 °C
gesintert wurden, unter Verwendung einer Formierungsspannung von
35 V.
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15 zeigt
eine Kurve, welche die gleichen Niobproben aus 14 darstellt,
in Bezug auf den Sauerstoffgehalt und den DC-Leckstrom.
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16 zeigt
eine Kurve, welche die Stickstoffmenge darstellt, die in verschiedenen
Niobpulvern vorhanden ist, und den jeweiligen DC-Leckstrom, wenn
sie zu Anoden gebildet und bei 1.450 °C gesintert werden, unter Verwendung
einer Formierungsspannung von 35 V.
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17 zeigt
eine Kurve, welche die gleichen Niobproben aus 16 zeigt,
in Bezug auf den Sauerstoffgehalt und den DC-Leckstrom.
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18 zeigt
eine Kurve, welche die Menge des in verschiedenen Niobpulvern vorhandenen
Stickstoffs darstellt, und den jeweiligen DC-Leckstrom, wenn diese
zu Anoden geformt und bei 1.300 °C
gesintert wurden, unter Verwendung einer Formierungsspannung von
50 V.
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19 zeigt
eine Kurve, welche die gleichen Niobproben aus 18 darstellt,
in Bezug auf den Sauerstoffgehalt und den DC-Leckstrom.
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20 zeigt
eine Kurve, welche die Menge des in verschiedenen Niobpulvern vorhandenen
Stickstoffs darstellt, und den jeweiligen DC-Leckstrom, wenn diese
zu Anoden geformt und bei 1.450 °C
gesintert wurden, unter Verwendung einer Formierungsspannung von
50 V.
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21 zeigt
eine Kurve, welche die gleichen Niobproben aus 20 darstellt,
in Bezug auf den Sauerstoffgehalt und den DC-Leckstrom.
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Niobpulver mit dann enthaltenem Stickstoff.
Die Menge an Stickstoff, die vorhanden ist, ist im Allgemeinen größer als
die Stickstoffmengen, die in Niobpulvern als Unreinheit gefunden
werden. Der Hauptanteil des in den Niobpulvern dieser Ausführungsform
enthaltenen Stickstoffs ist ein Resultat von beabsichtigten Bedingungen,
die zu erhöhten
Anteilen von Stickstoff in den Niobpulvern führen (d.h. das Nitrieren des
Niobs). Der in dem Niob vorhandene Stickstoff kann auf jede Weise
erhalten werden. Zum Beispiel kann der Stickstoff in das Niob während jeder
Verfahrensstufe des Niobs eingeführt
werden (das heisst z.B. dotiert), wie während einer oder mehrerer der
folgenden Stufen: Schmelzen eines Niobbarrens; einer Desoxidationsstufe;
Hydrieren des Niobs; Entschmieren des Niobs; und jedes Sintern des
Niobs (z.B. wie das Sin tern der Niob-Kondensatoranode); jede thermische
Verarbeitung des Niobs; jede Wärmebehandlungsstufe;
oder jederzeit vor oder nach einem oder mehreren dieser Verarbeitungsschritten
oder Stufen.
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Jedes
Mittel kann verwendet werden, um das Niobmaterial zu nitrieren,
wie, jedoch nicht beschränkt darauf,
das Aussetzen gegenüber
stickstoffhaltigen Umgebungen (z.B. N2-Gas) oder stickstoffhaltigen
Materialien, vorzugsweise während
eines thermischen Zykluses, um das Stickstoff direkt in das Material
zu diffundieren (z.B. Herstellen einer festen Lösung aus Stickstoff durch die
Reaktion von stickstoffhaltigen Materialien durch Diffusion durch
direkten physikalischen Kontakt oder Gas-Adsorption und/oder Absorption).
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Eines
der Vorteile von Stickstoff in dem Niob ist eine Verringerung des
DC-Leckstroms für
Kondensatoren, welche wenigstens teilweise aus dem Niobpulver hergestellt
werden. Die Menge des Stickstoffs in dem Niob kann jede Menge sein
und vorzugsweise Mengen, welche nicht zu schädlichen Eigenschaften des Niobpulvers
oder der aus dem Niobpulver hergestellten Artikel führt. Bevorzugte
Mengen an Stickstoff sind Mengen, die den DC-Leckstrom der Kondensatoren,
welcher aus den Niobpulvern hergestellt sing, reduzieren. Einige
der Beispiele zeigen, dass es einen Punkt gibt, bei welchem der
Nutzen abnimmt, und dass bei bestimmten Anteilen an Stickstoff es
keinen zusätzlichen
Vorteil in Bezug auf die Verringerung des DC-Leckstroms gibt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
die Menge des vorhandenen Stickstoffs wenigstens ungefähr 300 ppm
und kann wenigstens ungefähr
400 ppm oder wenigstens ungefähr
500 ppm oder mehr betragen. Der Stickstoffbereich kann zwischen
ungefähr
300 ppm bis ungefähr
5.000 ppm liegen und andere Bereiche können zwischen ungefähr 500 ppm
bis ungefähr
4.000 ppm; zwischen ungefähr
500 ppm bis ungefähr
3.500 ppm; 1.500 ppm bis ungefähr
5.000 ppm; und/oder zwischen ungefähr 500 ppm bis ungefähr 3.000
ppm Stickstoff liegen.
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In
Bezug auf den DC-Leckstrom der Kondensatoren, welche aus dem nitrierten
Niob hergestellt sind, können
verschiedene Verringerungen des DC-Leckstroms beobachtet werden.
Im allgemeinen können
Verringerungen von ungefähr
50 % oder weniger, 25 % oder weniger, durch das Nitrieren des Niobs
erzielt werden, im Vergleich mit dem Niobpulver, welches im Wesentlichen
kein Stickstoff (d.h. weniger als 100 ppm Stickstoff) aufweisen.
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Die
Menge an Stickstoff in dem Niobpulver und die Vorteile, welche durch
die Anwesenheit des Stickstoffs erzielt werden, können teilweise
auf der Formierungsspannung des Kondensators wie auch der Sintertemperatur
des Niobpulvers basieren. Vorzugsweise liegt die Sintertemperatur
zwischen ungefähr
1.200 °C
bis ungefähr
1.750 °C
und bevorzugter zwischen ungefähr
1.300 °C
bis ungefähr
1.600 °C.
In einer Ausführungsform
kann die Sintertemperatur in dem Bereich von 1.200 bis 1.400 °C liegen,
vorzugsweise in dem Bereich von 1.250 bis 1.350 °C. Im Allgemeinen ist der DC-Leckstrom
um so niedriger je höher
die Sintertemperatur ist. Demzufolge sind hohe Sintertemperaturen
bevorzugt. Des Weiteren kann zu Zwecken dieser Ausführungsform
die Formierungsspannung des Kondensators, welcher aus dem Niobpulver
mit Stickstoff hergestellt ist, jede Formierungsspannung sein, die
für Kondensatoren
geeignet ist, die teilweise aus Niob hergestellt sind, so wie 60
Volt oder weniger oder ungefähr
50 Volt oder weniger oder Bereiche von ungefähr 30 Volt bis ungefähr 50 Volt.
Andere Bereiche der Formierungsspannungen können 30 Volt oder weniger betragen
oder zwischen ungefähr
30 bis ungefähr
35 Volt oder weniger (25, 20, 15, 10 5 Volt), da niedrigere Formierungsspannungen
auch zu einer Verringerung des DC-Leckstromes beitragen können.
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Das
Niob, welches in dieser Ausführungsform
verwendet werden kann, ist jedes Niobpulver, wie flockiges, kantiges,
knotenförmiges
bzw. kugeliges und Mischungen oder Variationen dieser. Jede Ausführungsform,
die zuvor angeführt
ist und/oder nachfolgend beschrieben wird, kann auch den Bedingungen
unterworfen werden, welche zu Niobpulvern mit den zuvor beschriebenen
Stickstoffgehalten führt.
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In
Bezug auf das flockenförmige
Niobpulver kann das flockenförmige
Niobpulver als flach, plattenförmig
und/oder Plättchen
beschrieben werden. Des Weiteren kann das flockenförmige Niobpulver
ein Aspektverhältnis
(Verhältnis
des Durchmessers zur Dicke) von ungefähr 3 bis ungefähr 300 aufweisen,
und bevorzugt zwischen ungefähr
3 bis ungefähr
30. Das flockenförmige
Niobpulver stellt aufgrund der Morphologie eine erhöhte Oberfläche zur
Verfügung.
Die BET-Oberfläche
des flockigen Niobpulvers beträgt
wenigstens ungefähr 1,0
m2/g und vorzugsweise wenigstens ungefähr 2,0 m2/g. Bevorzugte Bereiche der BET Oberfläche des
flockigen Niobpulvers liegen zwischen ungefähr 1,0 m2/g
bis ungefähr
5,0 m2/g und besonders bevorzugt zwischen
2,0 m2/g bis ungefähr 5,0 m2/g
oder zwischen ungefähr
2,0 m2/g bis ungefähr 4,0 m2/g.
Die BET-Bereiche basieren aufvoragglomerierten flockigen Niobpulvern.
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Das
flockige Niobpulver kann agglomeriert werden. Das flockige Niobpulver
kann auch hydriert oder nicht-hydriert sein. Das agglomerierte flockige
Niobpulver weist vorzugsweise eine Scott-Dichte von weniger als
ungefähr
2,14 g/cm3 (35 g/in3)
auf und besonders bevorzugt ungefähr 0,61 bis ungefähr 2,14
g/cm3 (ungefähr 10 bis ungefähr 35 g/cm3). Das nicht-agglomerierte flockige Niobpulver
weist vorzugsweise eine Scott-Dichte
von weniger als ungefähr
0,73 g/cm3 (12 g/in3)
auf, und besonders bevorzugt weniger als ungefähr 0,31 g/cm3 (5
g/in3). Vorzugsweise weist das agglomerierte
flockige Niobpulver einen Fluss von mehr als 80 mg/s bis ungefähr 500 mg/s
auf.
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Das
flockige Niobpulver kann hergestellt werden, indem ein Niob-Barren
verwendet wird, und der Barren versprödet gemacht wird, indem er
Wasserstoffgas zum Hydrieren ausgesetzt wird. Der hydrierte Barren kann
anschließend
zu einem kantigen Pulver z.B. unter Verwendung eines Backenbrechers
zermahlen werden. Der Wasserstoff kann dann durch Erwärmen in
einem Vakuum entfernt werden und das entgaste kantige Pulver kann
anschließend
einem Mahlen unterworfen werden, wie unter Verwendung einer gerührten Kugelmühle, bei
welcher das Pulver in einem Fluidmedium (wässrig oder nicht-wässrig) wie Ethanol dispergiert
ist, um das flockige Pulver durch den Stoß der rostfreien Stahlkugeln,
welche durch die Wirkung der rotierenden Barren bewegt werden, zu
bilden. Verschiedene Größen an Flocken
können
durch das Verspröden
durch Wasserstoff, gefolgt von dem Unterwerfen der Flocken einem
Stoßmahlen,
z.B. unter Verwendung einer Wirbelbett-Strahlmühle, Vortec-Mühle oder
anderen geeigneten Mahlschritten, hergestellt werden.
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Das
flockige Niobpulver kann gegebenenfalls einen hohen Sauerstoffgehalt
aufweisen, wie durch Dotieren oder andere Sauerstoff-Einführverfahren.
Die Menge des Sauerstoffdotieranteils kann wenigstens ungefähr 2.000
ppm betragen. Vorzugsweise weist das flockige Niobpulver einen Sauerstoffgehalt
von zwischen 2.000 ppm bis ungefähr
20.000 ppm und noch bevorzugter zwischen 2.750 ppm bis ungefähr 10.000
ppm auf und am bevorzugtesten zwischen ungefähr 4.000 ppm bis ungefähr 9.000
ppm. Das Dotieren des Niobpulvers mit Sauerstoff kann auf eine Vielzahl
von Weisen durchgeführt
werden, umfassend, jedoch nicht darauf beschränkt, das wiederholte Erwärmen in
Vakuum auf 900 °C
und Abkühlen
in Luft. Alternativ kann das flockige Niob oder jede andere Art
von Niob einen niedrigen Sauerstoffgehalt aufweisen, wie weniger
als 1.000 ppm.
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Des
Weiteren kann das flockige Niobpulver auch nur mit Phosphor oder
mit Sauerstoff dotiert sein. Das Dotieren des Niobpulvers mit Phosphor
ist optional. In einer Ausfüh rungsform
der vorliegenden Erfindung beträgt
die Menge der Phosphordotierung des Niobpulvers weniger als ungefähr 400 ppm
und bevorzugter weniger als 100 ppm, und am bevorzugtesten weniger
als ungefähr
25 ppm.
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Basierend
auf einem hier angeführten
Beispiel kann die Menge der Phosphordotierung, in Bezug auf den
DC-Leckstrom und die Kapazität
einer aus dem Niobpulver, das unterschiedliche Anteile an Phosphor
als ein Dosiermittel aufweist, gebildeten Anode unwichtig sein.
Demzufolge sind in einer Ausführungsform
niedrige Mengen an Phosphor oder sogar vernachlässigbare Mengen oder ist kein
Phosphor vorhanden, da Phosphor eine geringe oder keine positive
Wirkung auf den DC-Leckstrom und die Kapazität in Bezug auf bestimmte aus den
Niobpulvern gebildeten Anoden aufweist.
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Andere
Beispiele von Niobpulvern umfassen Niobpulver (z.B. flockiges, kantiges,
knotenförmiges
und Mischungen dieser) mit einem beträchtlichen Maß an Sauerstoff,
welches in dem Niobpulver vorhanden ist. Der Sauerstoffanteil kann
auf die gleiche Weise wie oben beschrieben erzielt werden. Vorzugsweise
beträgt die
Menge des Sauerstoffes in dem Niobpulver wenigstens ungefähr 2.000
ppm und besonders bevorzugt ungefähr 2.000 ppm bis ungefähr 20.000
ppm. Andere bevorzugte Bereiche des Sauerstoffgehalts in dem Niobpulver
liegen zwischen ungefähr
2.750 ppm bis ungefähr
10.000 ppm und bei Anteilen zwischen ungefähr 4.000 ppm bis ungefähr 9.000
ppm. In Bezug auf diese Niobpulver, wie in der Ausführungsform,
die nur das flockige Niobpulver betraf, kann der Phosphoranteil
in den Niobpulvern für
bestimmte Ausführungsformen
gering sein. Vorzugsweise beträgt
der Phosphoranteil (als ein Dotiermittel) in solchen Ausführungsformen
weniger als ungefähr
400 ppm und besonders bevorzugt weniger als ungefähr 100 ppm
und am bevorzugtesten weniger als ungefähr 25 ppm.
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Ein
anderes Beispiel von Niobpulvern sind Niobpulver (z.B. flockige,
kantige, knotenförmige
oder Mischungen dieser) mit einer BET-Oberfläche von wenigstens 1,0 m2/g und vorzugsweise zwischen ungefähr 1,0 bis
ungefähr
5,0 m2/g und besonders bevorzugt zwischen
ungefähr
2,0 bis ungefähr
5,0 m2/g. Die BET Bereiche basieren auf
den voragglomerierten Niobpulvern. Die Niobpulver können hydriert
oder nicht-hydriert sein. Des Weiteren kann das Niobpulver agglomeriert
sein. Das Niobpulver in dieser Ausführungsform ist mit Stickstoff
dotiert. Für
bestimmte Verwendungen kann das Niobpulver einen Sauerstoffgehalt
unter ungefähr
2.000 ppm aufweisen.
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In
Bezug auf die Herstellung des flockigen Niobpulvers oder des Niobpulvers
mit irgendeiner Morphologie mit der BET-Oberfläche, zeigen die Beispiele die
bevorzugten Schritte zur Herstellung des Niobpulvers, welches dann
nachfolgend in der Flockenform oder in anderer Morphologie hergestellt
werden kann. Im Allgemeinen ist das Verfahren wie folgt und die
Beispiele stellen spezifische Beispiele bevorzugter Ausführungsformen
zur Herstellung der Niobpulver der vorliegenden Erfindung dar.
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Im
Allgemeinen wird bei der Herstellung der Niob-Pulver mit einer BET-Oberfläche von
wenigstens 0,5 m2/g ein Niobbarren hydriert,
indem er in einem Vakuum erwärmt
wird, um einen versprödeten
Barren zu bilden, welcher zu einem Pulver zermahlen wird. Der Wasserstoff
in den Pulvern kann gegebenenfalls durch Erwärmen der Teilchen in einem
Vakuum entfernt werden. Die verschiedenen BET-Oberflächen können erzielt werden,
indem das Pulver einem Mahlen unterworfen wird, vorzugsweise in
einem Attritormahlverfahren. Eine höhere BET-Oberfläche des
Pulvers erfordert im Allgemeinen eine längere Mahldauer. Zum Beispiel
kann mit einer Mahldauer von ungefähr 60 Minuten eine BET-Oberfläche von
ungefähr
1,0 m2/g erzielt werden. Um noch höhere BET-Oberflächen zu
erzielen, sind längere
Mahldauern notwendig und um die BET-Oberfläche von ungefähr 4 bis
ungefähr
5 m2/g oder mehr zu erzielen, sind Mahldauern
in der Größenordnung
von ungefähr
24 Stunden oder mehr in einer Attritormühle eine Möglichkeit, solche Niobpulver
mit hohen BET-Oberflächenbereichen
herzustellen. Wenn solche hohen Oberflächen hergestellt werden, ist
es bevorzugt, eine 30-SL Union Processor Attritormühle unter
Verwendung von 454 kg 0,47 cm (1.000 lbs 3/16'')
SS Medien zu verwenden, und ungefähr 36,32 kg (80 Pfund) Niobpulver,
wobei die Mühle
mit einer Rotation von ungefähr
130 UpM bewegt wird. Des Weiteren enthält die Mühle eine ausreichende Menge
eines Mediums, wie Ethanol, in der Größenordnung von 49,2 l oder
mehr (13 oder mehr Gallonen). Nach dem Mahlen werden die Niobpulver
einer Wärmebehandlung
unterworfen und vorzugsweise können
die Niobpulver einen Phosphoranteil aufweisen, um die Minimierung
der Verringerung der Oberfläche
während
der Wärmebehandlung
zu unterstützen.
Die Wärmebehandlung
kann bei jeder Temperatur durchgeführt werden, die ausreichend
ist, um im Allgemeinen eine Agglomerierung zu bewirken und vorzugsweise
ohne die Oberfläche
zu verringern. Eine Temperatur für die
Wärmebehandlung,
welche verwendet werden kann, beträgt ungefähr 1.100 °C für 30 Minuten. Die Temperatur
und die Dauer können
jedoch verändert
werden, um sicherzustellen, dass die hohe BET-Oberfläche nicht
verringert wird. Die verschiedenen oben beschriebenen Niobpulver
können
des Weiteren durch die elektrischen Eigenschaften charakterisiert
werden, die aus der Herstellung eines Kondensators unter Verwendung der
Niob pulver der vorliegenden Erfindung resultieren. Im Allgemeinen
können
die Niobpulver der vorliegenden Erfindung bezüglich der elektrischen Eigenschaften überprüft werden,
indem die Niobpulver zu einer Anode gepresst werden und die gepressten
Niobpulver bei geeigneten Temperaturen gesintert werden und anschließend die
Anode anodisiert wird, um eine Anode für einen Elektrolytkondensator
herzustellen, welcher nachfolgend bezüglich seiner elektrischen Eigenschaften überprüft werden
kann.
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Folglich
betrifft eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Kondensatoren, die aus stickstoffhaltigen
Niobpulvern der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Anoden,
welche aus einigen der Niobpulver der vorliegenden Erfindung hergestellt
werden, können
eine Kapazität
von zwischen 30.000 CV/g und ungefähr 61.000 CV/g aufweisen. Beim
Herstellen der Kondensatoranoden der vorliegenden Erfindung wird eine
Sintertemperatur verwendet, die die Herstellung einer Kondensatoranode
mit den gewünschten
Eigenschaften erlaubt. Vorzugsweise liegt die Sintertemperatur zwischen
ungefähr
1.200 °C
bis ungefähr
1.750 °C und
besonders bevorzugt zwischen ungefähr 1.250 °C bis ungefähr 1.400 °C und am bevorzugtesten zwischen ungefähr 1.250 °C bis ungefähr 1.350 °C.
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Die
aus den Niobpulvern der vorliegenden Erfindung hergestellten Anoden
werden vorzugsweise bei einer Spannung von weniger als ungefähr 60 Volt
oder 50 Volt oder weniger hergestellt, und vorzugsweise zwischen
ungefähr
30 bis ungefähr
50 Volt und besonders bevorzugt bei ungefähr 40 Volt. Niedrigere Formierungsspannungen
sind auch möglich,
wie ungefähr
30 Volt oder weniger. Vorzugsweise betragen die Arbeitsspannungen
der aus den Niobpulvern der vorliegenden Erfindung gebildeten Anoden
zwischen ungefähr
4 bis ungefähr
16 Volt und bevorzugter zwischen ungefähr 4 bis ungefähr 10 Volt.
Des Weiteren weisen die aus den Niobpulvern der vorliegenden Erfindung
hergestellten Anoden vorzugsweise einen DC-Leckstrom von weniger als
ungefähr
5,0 na/CV auf. In einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen die aus einigen der Niobpulvern
der vorliegenden Erfindung gebildeten Anoden einen DC-Leckstrom
von ungefähr
5,0 na/CV bis ungefähr
0,50 na/CV auf.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch einen Kondensator gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche auf der Oberfläche
eine Nioboxidschicht aufweist. Vorzugsweise umfasst die Nioboxidschicht
eine Niobpentoxidschicht.
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Die
Kondensatoren der vorliegenden Erfindung können in einer Vielzahl von
Endanwendungen eingesetzt werden, wie Automobil-Elektronik; Mobiltelefone;
Computer, beispielsweise Monitors oder Hauptplatinen; Verbraucherelektronik,
umfassend Fernseher und Bildschirme; Drucker/Kopierer; Netzteile;
Modems; Computer-Notebooks; und Diskettenlaufwerke.
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Die
vorliegende Erfindung wird weiter durch die folgenden Beispiele
erläutert,
welche nur beispielhaft für
die Erfindung sein sollen.
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TESTVERFAHREN
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Anodenherstellung:
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- Größe -(0,197
inch) 0,5 cm Durchmesser
- 3,5 Dp
- Pulvergewicht = 341 mg
-
Anodensinterung:
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- 1.300 °C
10 Min.
- 1.450 °C
10 Min.
- 1.600 °C
10 Min.
- 1.750 °C
10 Min.
-
30 V Ef-Anodisierung:
-
- 30 Ef @ 60 °C/0,1
% H3PO4 Elektrolyt
- 20 mA/g konstanter Strom
-
DC-Leckstrom/Kapazität – ESR Test:
-
- DC-Leckstromtest
- 70 % Ef (21 VDC) Testspannung
- 60 Sekunden Ladungsdauer
- 10 % H3PO4 @
21 °C
- Kapazität – DF Test:
18 % H2SO4 @ 21 °C
- 1 20 Hz
-
50 V Ef Reform-Anodisierung:
-
- 50 V Ef @ 60 °C/0,1
% H3PO4 Elektrolyt
- 20 mA/g konstanter Strom
-
DC-Leckstromtest/Kapazität – ESR Test:
-
- DC-Leckstrom-Test
- 70 % Ef (35 VDC) Testspannung
- 60 Sekunden Ladungsdauer
- 10 % H3PO4 @
21 °C
- Kapazität – DF Test:
18 % H2SO4 @ 21 °C
- 120 Hz
-
75V Ef Reform-Anodisierung:
-
- 75V @ 60 °C/0,1
% H3PO4 Elektrolyt
- 20 mA/g konstanter Strom
-
DC-Leckstrom/Kapazität – ESR Test:
-
- DC-Leckstromtest
- 70 % Ef (52,5 VDC) Testspannung
- 60 Sekunden Ladungsdauer
- 10 % H3PO4 @
21 °C
- Kapazität – DF Test
- 18 % H3SO4 @
21 °C
- 120 Hz
-
Die
Scott-Dichte, die Sauerstoffanalyse, die Phosphoranalyse und die
BET-Analyse wurde gemäß der in
den U.S. Patenten Nr. 5,011,742; 4,960,471; und 4,964,906 beschriebenen
Verfahren durchgeführt,
die hier vollständig
durch Bezugnahme aufgenommen werden.
-
Beispiel 1 (Referenzbeispiel)
-
Dieses
Beispiel beschreibt eine Ausführungsform
mit kantigem Niobpulver. Ein Elektronenstrahl hergestellter Niobbarren
wurde hydriert, indem der Barren in einem Vakuum mit 1,33 × 10–2 Pa
(10–4 Torr)
auf 850 °C
für 120
Minuten erwärmt
wurde. Das Vakuum wurde durch einen Wasserstoffgasstrom, welcher
mit 21 kPa über
einen ausreichen den Zeitraum eingeführt, um den Barren zu verspröden. Das
Vakuum wurde anschließend
auf (–28'' Quecksilber) 91,8 kPa abgepumpt und
anschließend
erneut mit Argon auf 99,6 kPa (–5'' Hg) angefüllt. Der Druck wurde beibehalten,
bis sich die Temperatur, gemessen durch ein Arbeitsthermoelement, stabilisierte.
Luft wurde stufenweise bei einem sich erhöhenden Druck eingeführt, so
dass sich die Arbeitstemperatur nicht erhöhte. Der versprödete Barren
wurde in einem Backenbrecher zu einem kantigen Pulver zermahlen
und klassfiziert, indem Pulver aussortiert wurde, welches durch
ein Sieb mit der Größe Nr. 325
(entspricht einer Teilchengröße von 44
Mikrometer) passte. Wasserstoff wurde von den größenreduzierten, wasserstoffhaltigen
Teilchen entfernt, indem die Teilchen auf 850 °C in einem Vakuum erwärmt wurden,
bis der Druck nicht länger
durch den von den Teilchen emittierten Wasserstoff beeinflusst wurde,
um ein kantiges Niobmetallpulver mit einer Fisher Sub-Sieve-Größe von 10,6
Mikrometer, einer Scott-Dichte von 2,67 g/cm3 (43,8 g/in3), einer voragglomerierten BET Oberfläche von
0,17 m2/g und 1.770 ppm Sauerstoff zu erzielen;
wobei das Verhältnis
von Sauerstoff zu der BET-Oberfläche
10.400 ppm O/m2/g betrug und der Durchfluss
19 mg/sec. Ungefähr
0,34 g Probe des nicht-agglomerierten kantigen Niobpulvers wurden
in einer Anodenform mit 5 mm Durchmesser um einen Niob-Bleidraht
mit 0,6 mm Durchmesser auf eine Dichte von 3,5 g/cm3 gepresst.
Proben des gepressten Niobpulvers wurden in einem Vakuum (weniger
als 10–3 Pa)
bei vier unterschiedlichen Temperaturen, d.h. 1.300, 1.450, 1.600
und 1.750 °C
für 10
Minuten gesintert und anschließend
anodisiert, indem 20 mA/g konstanter Strom mit 50 V an die Anode
angelegt wurden, welche in 0,1 Gew.-% Phosphorsäure eingetaucht war, um Anoden
für Elektrolykondensatoren
herzustellen, welche gewaschen und getrocknet wurden. Die Kondensator-Gebrauchseigenschaften,
ermittelt durch Messungen an den Anoden, welche in 18 Gew.-% Schwefelsäure eingetaucht
waren, sind in Tabelle 1 angeführt.
Die Kapazität,
bestimmt bei einer Frequenz von 120 Hertz, ist in den Einheiten
Mikrofarad-Volt je Gramm (CV/g) und Mikrofarad-Volt je Kubikzentimeter
des Anodenvolumens (CV/cm3) angegeben; der
DC-Leckstrom, gemessen nach einer Minute Ladung mit 35 Volt; ist
in den Einheiten Nanoamper je Volt angegeben (nA/CV).
-
Beispiel 2 (Referenzbeispiel)
-
Dieses
Beispiel zeigt eine Ausführungsform
des Pulvers der Erfindung, umfassend eine agglomerierte Mischung
aus kantigem und flockigem Pulver. 1,135 kg (2,5 lbs) entgastes
kantiges Pulver, hergestellt im Wesentlichen auf die Weise wie in
Beispiel 1, wurde in einer 1-S Union Processor Attritor-Kugelmühle (285
UpM für
90 Minuten) verarbeitet, wobei das Pulver, welches in 2.400 ml Ethanolmedium
und 18,16 kg 0,47 cm (40 lbs 3/16'')
440SS Medium dispergiert war, durch den Aufprall von rostfreien
Stahlkugeln zu einem flockigen Pulver geformt wurde, welche durch
die Wirkung der rotierenden Barren bewegt wurden. Nach der gewünschten Bildung
deu Flocken, wurde das Niobpulver entfernt und gewaschen, um den
vorhandenen Alkohol zu entfernen. Das Niobpulver wurde anschließend mit
einer Mischung aus entionisiertem Wasser, Flusssäure und Salzsäure in einer
Menge von 1,1 l/kg, 8,8 ml/kg und 0,55 l/kg (500 ml/lb, 4 ml/lb
und 250 ml/lb) von Niob gewaschen (18,6 HCl enthaltend 22 ml/kg
HF), um die Metallverunreinigung zu entfernen (z.B. Eisen, Nickel,
Chrom und dergleichen, welches durch den Kontakt mit den rostfreien
Stahlkugeln übertragen
wurde). Anschließend wurde
das Niobpulver erneut mit entionisiertem Wasser gewaschen und dann
getrocknet. Das mit Säure
gewaschene flockige Pulver wurde in Luft bei 85 °F (30 °C) getrocknet und wies ein Aspektverhältnis (bestimmt durch
die Beobachtung der Gefügeaufnahmen)
in dem Bereich von 50 bis 70 auf. Das flockige Pulver wurde mit
dem kantigen Ausgangspulver vermischt (in dem Gewichtsverhältnis von
30:70) und mit einem phosphorhaltigen Pulver, d.h. NH4PF6, in einer Menge, um 60 ppm Phosphor bereitzustellen,
welches als ein Komverzögerungsmittel
dient, um die Verringerung der Oberfläche während der nachfolgenden Wärmebehandlung zur
Agglomeration zu minimieren. Die voragglomerierte BET-Oberfläche betrug
0,31 m2/g. Die gemischten Pulver wurden
durch Erwärmen
in einem Vakuum bei 1.100 °C
für 30
Minuten agglomeriert, um eine agglomerierte Masse herzustellen.
Das Agglomerierungsverfahren wurde auf solch eine Weise durchgeführt, dass
das Material auf ein hohes Vakuum evakiert und mit einer Rampengeschwindigkeit
von 3 °C
je Minute auf 700 °C
erwärmt
und zum Ausgasen gehalten wurde, bis der hohe Druck erzielt wurde.
Das Erwärmen
wurde in dem Ofen mit einer Rampengeschwindigkeit von 8 °C/Minute
bis 1.100 °C
unter hohem Druck fortgesetzt und für 30 Minuten gehalten. Anschließend wurde
das Material in dem Ofen abgekühlt
und das Material wurde manuell passiviert, indem es Luft ausgesetzt
wurde. Das Material wurde dann in kleinere agglomerierte Teilchen
durch den Backenbrecher zerkleinert; die zerkleinerten Teile, die
durch ein Sieb mit der Größe Nr. 50
passten (entsprechend einer maximalen agglomerierten Teilchengröße von 300
Mikrometer) zeigten eine Scott-Dichte von 1,3 g/cm3 (21,7
g/in3), eine BET-Oberfläche von 0,26 m2/g,
einen Sauerstoffgehalt von 3.693 ppm und einen Phosphorgehalt von
25 ppm; das Verhältnis
von Sauerstoff zu der BET-Oberfläche
betrug 14.000 ppm O/m2/g und einen Durchfluss
von 22 mg/sec. Das agglomerierte Pulver wurde zu Anoden verarbeitet
und die elektrischen Eigenschaften auf die Weise wie in Beispiel
1 getestet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
-
Beispiel 3 (Referenzbeispiel)
-
Dieses
Beispiel zeigt eine Ausführungsform,
umfassend agglomeriertes flockiges Pulver. Säuregebleichtes flockiges Pulver
mit einem Aspektverhältnis
von ungefähr
50:70 wurde im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie in Beispiel
2 beschrieben ist, hergestellt (Zyklusdauer 60 Minuten), mit der
Ausnahme, dass das Niobpulver ein zweitesmal hydriert wurde, indem
es Wasserstoff bei 20,7 kPa (3 psig) und 850 °C ausgesetzt wurde, um eine
versprödete
Flocke bereitzustellen, welche abgekühlt und in der Größe reduziert
wurde, durch einen Selbstaufprall in einer Wirbelbett-Strahlenmühle (erhalten
von Hosokawa Micron Powder Systems, Summit, NJ), um ein flockiges
Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 6 Mikrometer (bestimmt
durch ein Teilchengrößen-Laserscanning).
Die voragglomerierte BET-Oberfläche
betrug 0,62 m2/g. Das größenreduzierte flockige Pulver
wurde agglomeriert, indem es in einer Wasserstoffatmosphäre erwärmt wurde,
indem der Ofen mit einer Rate von 10 °C/Minute auf 1.050 °C in einem
Vakuumofen erwärmt
wurde, und die Temperatur gehalten wurde, bis sich der Druck des
Ofens auf unter 13,3 Pa (100 Mikron) verringerte. Grobe Tantalchips
(10 – 20
mesh) wurden als ein Sauerstoffgetter in einem Gewichtsverhältnis von
1 Nb zu 1:1,5 Ta verwendet. Der Ofen wurde wieder mit Wasserstoff
angefüllt,
um einen Druck von 4,8 kPa (360 mm Hg) zu erzielen und die Ofentemperatur
wurde anschließend
auf 1.200 °C
erhöht
und für
1 Stunde gehalten. Der Wasserstoff wurde anschließend evakuiert
bis sich der Druck des Ofens auf weniger als 1 Mikron verringerte
und der Ofen wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Niobpulver wurde anschließend in
Luft 30 Zyklen passiviert, wobei der Betriebsdruck während jedes
Zyklus um 2,67 kPa (20 Torr) erhöht
und für
2 Minuten gehalten wurde, bevor die nächste Rückfüllung der Luft begonnen wurde.
Das agglomerierte Niobpulver wurde durch einen Backenbrecher in
der Größe zu agglomerierten
Teilchen zerkleinert; das zerkleinerte agglomerierte flockige Niobpulver wurde
durch das Sieben durch ein Sieb der Größe Nr. 50 (entsprechend einer
maximalen agglomerierten flockigen Teilchengröße von 300 Mikrometer) abgetrennt
und zeigte eine Scott-Dichte von 1,21 g/cc (20,4 g/in3), eine
BET-Oberfläche
von 0,46 m2/g, einen Sauerstoffgehalt von
8.760 ppm (das Verhältnis
von Sauerstoff zu der BET-Oberfläche
betrug 19.000 ppm O/M2/g, und ein Durchfluss
von weniger als 1 mg/sec. Das agglomerierte Pulver wurde anschließend zu
Anoden hergestellt und die elektrischen Eigenschaften auf die gleiche Weise
wie in Beispiel 1 überprüft und die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
-
Beispiel 4 (Referenzbeispiel)
-
Dieses
Beispiel zeigt eine andere Ausführungsform
umfassend ein agglomeriertes flockiges Niobpulver mit hoher Oberfläche und
wenig Sauerstoff. Das Niobpulver wurde auf die gleiche Weise wie
in Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Niobpulver
90 Minuten in einem Attritor gemahlen wurde, und dass die Wärmebehandlung
in einem Vakuum bei 1.150 °C
30 Minuten durchgeführt
wurde. Die voragglomerierte BET-Oberfläche betrug
0,85 m
2/g. Der Sauerstoffgehalt der Mengen
an flockigem Niobpulver, hergestellt im Wesentlichen auf die gleiche
Weise wie Beispiel 3, wurde reduziert, indem das erwärmte Niobpulver
mit 4 bis 5 Gew.-% Magnesiumpulver in Argonatmosphäre auf eine
Temperatur in dem Bereich von 750 bis 850 °C 2 Stunden erwärmt wurde.
Es wurde ermittelt, dass der Magnesiumgehalt in dem Bereich von
2 bis 3 mal der stoichiometrischen Menge an Sauerstoff in dem Niobpulver
betrug. Nach dem Abkühlen
wurde das restliche Magnesium und Oxide aus dem agglomerierten flockigen
Niob durch Salpetersäure-Auslaugung
entfernt. Das desoxidierte flockige Niob wurde mit Wasser gewaschen,
getrocknet und abgetrennt indem es durch ein Sieb mit der Größe Nr. 50
gesiebt wurde. Das gesiebte flockige Niob zeigte eine Scott-Dichte
von 1,47 g/cc (24,1 g/in
3), eine BET-Oberfläche von
0,96 m
2/g, einen Sauerstoffgehalt von 3.130
ppm; das Verhältnis
von Sauerstoff zu der BET-Oberfläche
betrug 3.260 ppm O/m
2/g, und ein Durchfluss
von 46 mg/sec. Aus dem agglomerierten Pulver wurden Anoden hergestellt
und diese bezüglich
der elektrischen Eigenschaften auf die gleiche Weise wie in Beispiel
1 getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle
1
-
Beispiel 5 (Referenzbeispiel)
-
Ein
Niobpulver wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass die Wärmebehandlung
in einem Vakuum bei 1.250 °C
30 Minuten durchgeführt
wurde. Die voragglomerierte BET-Oberfläche betrug 0,78 m2/g.
Das Pulver wurde wie in Beispiel 1 zu einer Anode geformt und wies
die folgenden Gebrauchseigenschaften auf.
-
-
Beispiel 6
-
Ein
Niobpulver wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt,
mit der Ausnahme, dass das Niobpulver 150 Minuten in einer Attritormühle war
und dass die Wärmebehandlung
in einem Vakuumofen durchgeführt
wurde, in welchem der Druck auf 0,13 Pa (1 Mikron) evakiert wurde
und anschließend
die Temperatur um 50 °C
je Minute auf 950 °C
erhöht
und gehalten wurde, bis das hohe Vakuum erzielt wurde. Die Temperatur
wurde anschließend
in Stufen von 15 °C
erhöht,
bis eine Temperatur von 1.250 °C
erreicht wurde, und die Temperatur wurde 30 Minuten gehalten. Das
Material wurde anschließend
in Vakuum auf Raumtemperatur abgekühlt und 30 Zyklen passiviert,
wobei der Druck nach jedem Zyklus um 2,67 kPa (20 Torr) erhöht und für 2 Minuten
gehalten wurde, bevor die nächste
Rückfüllung der
Luft begonnen wurde. Das Pulver wurde in einem –15 mesh Backenbrecher zermahlen
und desoxidiert, indem das Pulver mit 4 % w/w Magnesiummetall vermischt
wurde, und das Material wurde in einen Retort-Ofen eingeführt und
das Vakuum auf 13,3 Pa (100 Mikron) heruntergepumpt. Die voragglomerierte
BET-Oberfläche
betrug 1,05 m2/g. Der Ofen wurde anschließend mit
Argon auf einen Druck von 10,67 kPa (800 Torr) evakuiert und die
Temperatur erhöhte
sich auf 800 °C
und wurde für
2 Stunden gehalten. Das Material wurde anschließend auf Raumtem peratur abgekühlt und in
Luft 30 Zyklen auf die gleiche Weise wie zuvor in Beispiel 3 erwähnt, passiviert.
Das Material wurde anschließend
mit einer Mischung aus entionisiertem Wasser [1,1 l/kg (500 ml/lb)],
Flusssäure
[8,8 ml/kg (4 ml/lb und Salpetersäure [0,55 l/kg (250 ml/lb)]
gewaschen. Das Pulver wurde mit entionisiertem Wasser gespült und getrocknet.
Das Niobpulver wurde anschließend
zu einer Anode geformt, wie in Beispiel 1, und wies die folgenden
Gebrauchseigenschaften auf.
-
-
Beispiel 7
-
Niobpulver
wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 hergestellt, mit der
Ausnahme, dass das Niobpulver vor der Wärmebehandlung mit Phosphor
vermischt wurde, um eine Phosphorbeladung von 56 ppm zu erzielen.
Die BET-Oberfläche
vor der Agglomerierung betrug 1,05 m2/g.
Das Material wurde wie in Beispiel 3 hydriert und zermahlen, und
wärmebehandelt
und wie in Beispiel 6 desoxidiert. Das Niobpulver wurde anschließend zur
Anode wie in Beispiel 1 geformt und wies die folgenden Gebrauchseigenschaften
auf.
-
-
Beispiel 8
-
Niobpulver
wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 hergestellt, mit der
Ausnahme, dass das Niobpulver in einer 30 S Attritormühle (130
UpM) für
8 Stunden unter Verwendung von 454 kg (1.000 lbs) von 0,47 cm (3/16'') SS Medien, 36,32 kg (80 lbs) Niobpulver
und 49,2 l (13 Gallonen) Ethanol gemahlen. Das gemahlene Pulver
wurde mit Säure
gebleicht und auf die gleiche Weise wie zuvor beschrieben gewaschen
und das Material wies die folgenden Eigenschaften auf:
-
Die
Niobpulver der Beispiele 1 – 8
wiesen Stickstoff-Level in der Größenordnung von ungefähr 1.000 ppm
bis ungefähr
2.000 ppm N2 auf, als ein Resultat des Eindringens von Luft in einen
Ofen während
der Entgasung der Späne
des Nb-Barrens.
-
Beispiel 9
-
1, 2, 3 und 4 zeigen
CV/g vs BET-Oberflächen
für verschiedene
Nb-Pulver mit einem Bereich von BET-Oberflächen. Jede Figur zeigt die
Messung von CV/g für
die Pulver, bestimmt bei einer spezifischen Sintertemperatur. Wie
die Figuren zeigen, ist der Verlust der Oberfläche der Anode umso größer je höher die
Sintertemperatur ist, und es gibt auch eine allgemeine Verringerung
von CV/g für
jede bestimmte Pulverprobe, wenn die Probe bei höheren Sintertemperaturen getestet
wird (CV/g ist der restlichen spezfischen Oberfläche der Anode nach dem Sintern
proportional).
-
Wie
durch die 1 bis 4 dargestellt,
besitzt das erzielte CV/g ein Verhältnis zu der Ausgangs-BET-Oberfläche der
Probe. Wie dargestellt, führt
eine niedrige BET-Oberfläche zu einem
niedrigen Netz CV/g und erhöht
die BET-Oberfläche
und das CV/g. Für
Materialien mit hohen BET-Oberflächen
ist das Maß des
Verlustes der Oberfläche
während
des Sinterns so groß,
dass soviel Oberfläche
entfernt wird, dass nur ein kleiner Anteil der ursprünglich hohen
BET-Oberfläche übrig bleibt,
ausgedrückt
als CV/g nach dem Sintern, wobei CV/g bei den höchsten BET-Oberflächen abfällt. Aus
diesem Grund zeigt die Reaktion von CV/g vs BET ein Maximum eines
BET-Oberflächenwertes,
welcher die höchste
netzspezifische Oberfläche
nach dem Sintern sicherstellt. Im Allgemeinen erzielt, wie in den
Figuren dargestellt, eine niedrigere Sintertemperatur ein optmales
CV/g bei Materialien mit höherer
BET-Oberfläche;
wohingegen höhere
Sintertemperaturen, welche für
kleine Teilchen mit hoher BET-Oberfläche schädlich sind, optimale CV/g mit
einem Pulver mit niedriger BET-Oberfläche erzielt.
-
Es
gibt im Allgemeinen eine optimale BET-Oberfläche zur Verwendung bei jeder
gegebenen Sintertemperatur; und die Reihe aller optimalen BET-Oberflächen bilden
eine Reaktionsoberfläche
relativ zu der Sintertemperatur. Daher zeigt 5 das CV/g
für jede
Sintertemperatur von 1 bis 3, gezeichnet
gegen die Sintertemperatur. 5 zeigt
das CV/g, welches bei einem Sintern bei 1.300 °C erzielt wurde, in der Größenordnung
von ungefähr
61.000 wäre.
-
Die
Herstellung von 5 basiert auf einem objektiven
und mathematisch korrekten Verfahren zur Bestimmung des maximalen
CV/g aus jedem der 1 bis 3. Da beobachtet
wurde, dass die Reaktion von CV/g vs BET-Oberfläche in jeder der 1 bis 3 ein
Maximum zeigt, wurde die Anforderung gelöst, indem das Maximum des besten
funktionalen Fits der Werte für
jede Figur gefunden wurde. Die tatsächliche Reaktion von CV/g auf
die BET-Oberfläche
ist eine komplexe Funktion von Variablen; die Taylor-Reihenentwicklung
von Funktionen lehrt jedoch, dass alle Funktionen durch die drei
ersten Ausdrücke
der Taylor-Reihe angenähert werden
können,
innerhalb eines begrenzten Bereichs, der in die unabhängigen Variablen
(in diesem Fall BET-Oberfläche)
fällt.
Dies führt
zu einer Annäherung
der Funktion als ein quadratischer (F(x) = ax2 +
abx + c) Wert mit einer begrenzten Nachbarschaft für jeden
gewählten
Wert von x. Diese Berechnung ist gültig, solange sich die Werte
von x in der Nachbarschaft befinden. Die optimale BET-Oberfläche in jedem
Fall wurde als der Mittelpunkt der Nachbarschaft des BET-Bereiches verwendet,
so dass die Annäherung
für die
BET-Oberfläche in
der Nähe
dieses Wertes gültig
ist; und daher wurde das Maximum der quadratischen Anpassung an
die Werte als beste Annährung
für den
CV/g Peak der Werte in 1 bis 3 angenommen.
Aus diesem Grund wurde eine beste Anpassung der Werte in den 1 bis 3 an
eine quadratische Funktion durchgeführt, unter Verwendung des Kurvenanpassungsprogramms
in Microsoft Excel v 5.0, welches die Parabolkurven erzeugte, die
den gemessenen Werten der 1 bis 3 überlagert
wurden. Das Maximum der ange passten Parabole in 1 bis 3 wurden
als die Eingangswerte verwendet, um 5 herzustellen.
-
Das
Set der maximalen CV/g vs Sintertemperaturdaten in 5 wurde
anschließend
an eine exponentielle Abfallfunktion angepasst, unter Verwendung
des Kurvenanpassungsprogrammes von Microsoft Excel v 5.0. Der Grund
warum der exponentielle Abfall als die beste Annäherung auf die Reaktion der
maximalen CV/g vs Sintertemperatur war, liegt, wie in den Figuren
dargestellt, daran, dass sich CV/g mit Erhöhung der Sintertemperatur verringert;
CV/g kann jedoch prinzipiell nie niedriger als 0,0 sein, da die
spezifische Oberfläche
nicht kleiner als Null sein kann (sie kann nicht negativ sein).
Die exponentielle Funktion, welche sich asymptotisch Null nähert, ist
die einfachste funktionelle Form, die bei den Werten in 5 verwendet
werden kann, so dass kein negatives CV/g vorausberechnet wird. Die
beste Anpassung an die exponentielle Kurve, wie von Microsoft Excel
Version 5.0 bestimmt, wurde den Werten in 5 hinzugefügt, und
dies ermöglichte
die Berechnung des maximalen CV/g, welches bei einer Sintertemperatur
von 1.300 °C
erzielt wurde, basierend auf den Werten aus den 1 bis 3,
wie oben erläutert.
-
4 zeigt
den aktuellen Wert für
die zur Verfügung
stehenden Nb Proben, welche bei einer Sintertemperatur von 1.300 °C getestet
wurden; es wird jedoch aus
4 deutlich,
dass die Werte keinen Peak zeigen, da keine der Proben eine optimale
BET-Oberfläche für die Sintertemperatur
von 1.300 °C
aufwies. Die Werte wurden an die quadratische Funktion angepasst,
wie in den
1 bis
3 verwendet,
und das in
4 überlagerte Ergebnis zeigt den
Peak, welcher aufgrund der Beobachtungen der Peaks in
1 bis
3 existieren
sollte; und der dargestellte Peak weist einen CV/g > 55.000 und eine BET-Oberfläche > 1,7 auf. Es wird deutlich,
dass in den Fällen
der
4 der unter Verwendung der gleichen Analyse vorhergesagte Peak
CV/g, welche verwendet wurde, um die Werte in
5 zu
erhalten, einen maximalen CV/g in der Nähe des unabhängig bestimmten
Maximums bestimmt durch
5 beschreibt. Die Übereinstimmung
zwischen zwei voneinander unabhängigen
Bestimmungen des maximalen CV/g bei der Sintertemperatur von 1.300 °C macht deutlich,
dass die Materialien mit einer BET-Oberfläche > 1,7 (BET-Oberflächen in der Größenordnung von
2 oder mehr) ein CV/g > 55.000
(CV/g in der Größenordnung
von 60.000) zeigen, wenn sie bei Sinterbedingungen von 1.300 °C getestet
werden. Tabelle
2
-
BEISPIEL 10 (Referenzbeispiel)
-
Die
Wirkungen von Sauerstoff auf die Niobpulver wurden untersucht. Fünf Proben
flockigen Niobpulvers (hergestellt wie in Beispiel 5), welche jeweils
0,454 kg (1 Pfund) wogen, wurden getestet. Eine der Proben war eine
Kontrollprobe und die vier übrigen
Proben wurden auf solch eine Weise verarbeitet, dass der Sauerstoffgehalt
in dem Niobpulver erhöht
wurde. Insbesondere wurden die vier Proben in einem Ofen bei 900 °C 30 Minuten
wärmebehandelt.
Die Pulver wurden anschließend
in Luft auf eine ähnliche
Weise wie die Luftpassivierung, welche in den vorangehenden Beispielen
diskutiert wurde, passiviert. Anschließend wurde eine der vier Proben
entfernt und die drei übrigen
Proben wurden erneut wärmebehandelt
und passiviert, auf die gleiche Weise wie oben beschrieben. Anschließend wurde
eine dieser drei Proben entfernt und das Verfahren wurde erneut
mit den zwei übrigen
Proben wiederholt. Anschließend
wurde erneut eine Probe entfernt und die letzte übrige Probe wurde erneut wie
zuvor wärmebehandelt
und passiviert. Daher wurden fünf
Proben hergestellt, wobei entweder 0, 1, 2, 3 oder 4 Zyklen der
Wärmebehandlung
durchgeführt
wurden. Vor dem Testen des Sauerstoffgehaltes jeder Probe wurden
die Proben individuell durch ein 40 mesh Sieb geleitet.
-
Die
Pulver wurden anschließend
agglomeriert und bei verschiedenen Temperaturen gesintert und zu Anoden
geformt, mit drei unterschiedlichen Formierungsspannungen, wie in
Tabelle 3 angegeben. Die Ergebnisse des DC-Leckstromes sind auch
in Tabelle 3 angegeben. Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 3 und
6 und
7 deutlich
wird, verringert sich der DC-Leckstrom stufenweise, wenn der Sauerstoffgehalt
in dem Niob erhöht
wird. Die Verringerung des DC-Leckstromes war insbesondere bei niedrigeren
Formierungsspannungen wie 30 und 50 Volt deutlich. Tabelle
3
-
BEISPIEL 11 (Referenzbeispiel)
-
Die
Wirkung von Phosphor auf das Niobpulver wurde anschließend überprüft. Sechs
Proben aus Niobpulver hergestellt auf eine Weise wie in Beispiel
5 wurden überprüft. Eine
der Proben wurde als eine Kontrollprobe verwendet und die fünf übrigen Proben
wiesen ausreichend zugegebene Phosphorsäure auf um Phosphor-Level von
5 ppm, 10 ppm, 30 ppm, 100 ppm und 500 ppm zu erzielen. Die Phosphorsäure wurde als
eine verdünnte
Lösung
mit 150 ml entionisiertem Wasser zugegeben. Die Phosphorsäurelösung und
Pulver wurden vermischt und die Proben in einem Vakuumofen getrocknet.
Nach dem Trocknen wurden die Proben einzeln gemischt und bezüglich der
Phosphor-Level überprüft. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 4 angeführt. Aus Tabelle 4 und in
8 und
9 wird
deutlich, dass es eine geringe Wirkung gab, die von der Phosphordotierung
erzielt wurde, und es wurde festgestellt, dass höhere Mengen an Phosphordotierung
nicht notwendigerweise die Eigenschaften des DC-Leckstromes verbesserten. Tabelle
4
-
BEISPIEL 12 (Referenz)
-
Die
Wirkung der Stickstoffdotierung wurde untersucht.
-
Herkunft der stickstoffdotierten
Probe:
-
Gruppe der Proben 60-,
25-, 55- und 46-14XX
-
Ein
durch dreifaches Schmelzen mit einem Elektronenstrahl erzeugter
Niob-Barren wurde hydriert, indem der Barren in einem Vakuum von
1,33 × 10–2 Pa
(10–4 Torr)
auf 850 °C
120 Minuten erwärmt
wurde. Das Vakuum wurde durch eine Wasserstoffgasspülung mit
21 kPa für
einen ausreichenden Zeitraum ersetzt, um den Barren zu verspröden. Das
Vakuum wurde anschließend
auf 91,8 kPa (–28in Hg) evakuiert und mit Argon auf 99,6 kPa
(–5'' Hg) angefüllt. Der Druck wurde beibehalten,
bis sich die Temperatur, gemessen durch ein Arbeitsthermoelement,
stabilisierte. Luft wurde allmählich
in den sich erhöhenden
Druck eingeführt,
so dass sich die Arbeitstemperatur nicht erhöhte.
-
Die
Größenverkleinerung
wurde mit einem Granutec Brecher durchgeführt, um die maximale Teilchengröße auf eine
Größe zu reduzieren,
die durch ein Sieb der Größe Nr. 20
passte. Eine weitere Verringerung wurde durch ein wiederholtes Bearbeiten
in einer Stoßmühle von
Vortec Products durchgeführt,
betrieben bei 20.000 UpM bis das Material einen minimalen Durchgang
von 95 % durch ein Sieb der Größe Nr. 325
(entsprechend einer 44 μm
(Mikron) Teilchengröße) erfüllte.
-
Wasserstoff
wurde durch das Erwärmen
der Teilchen auf 850 °C
in einem Vakuum entfernt, bis der Druck nicht länger durch den aus den Teilchen
austretenden Wasserstoff beeinflusst wurde, um ein kantiges Niobmetallpulver
mit einer Scott-Dichte von 2,57 g/cm3 (42)
und einer BET-Oberfläche
von 0,22 m2/g bereitzustellen.
-
Die
Pulver wurden anschließend
in einer 30 S Union Process Aittritormühle gemahlen.
- • Medien:
454 kg 0,47 cm SS Medien (1.000 lbs. 3/1'' SS
Medien)
- • 36,32
kg (80 lbs.) Niobpulver
- • Dauer:
4 Stunden, 30 Minuten
- • 49,2
l (13 Gallonen) Ethanol
- • 130
UpM
-
Das
Material wurde anschließend
im Vakuum filtriert, um das restliche Ethanol zu entfernen und anschließend mit
entionisiertem Wasser gewaschen, bis kein Ethanolgeruch ermittelt
werden konnte und im Vakuum filtriert, um das restliche Wasser zu
entfernen. Das feuchte Pulver wurde anschließend in einer Aufschlämmung aus
Salzsäure
[0,55 l/kg(250 ml/lb)], Flusssäure
[13,2 ml/kg (6 ml/lb)] und entionisiertem Wasser [0,55 l/kg (250
ml/lb)] gewaschen, um die metallischen Verunreinigungen zu entfernen.
Das Pulver wurde anschließend
mit entionisiertem Wasser gewaschen und in Luft bei 80 °C getrocknet.
-
Das
getrocknete Pulver wurde ein zweites Mal hydriert, indem es Wasserstoff
bei 20,7 kPa und 850 °C
ausgesetzt wurde, um einen versprödeten Flocken herzustellen,
welcher abgekühlt
wurde und dessen Größe durch
eine Stoßmühle von
Vortec Products verringert wurde, um eine Scott-Dichte von 1,31
g/cm3 (21,4) zu erzielen.
-
Das
größenreduzierte
flockige Pulver wurde anschließend
agglomeriert, indem es in einem Vakuum bei 1.250 °C für 60 Minuten
erwärmt
wurde, um eine agglomerierte Masse bereitzustellen, welche dann
durch einen Backenbrecher in der Größe verringert wurde, zu agglomerierten
Teilchen mit einer maximalen Größe des Siebs
der Größe Nr. 5.
-
Das
Pulver wurde anschließend
desoxidiert, indem es mit 4% w/w Magnesiummetall vermischt wurde. Die
folgende thermische Behandlung wurde anschließend in einem Retortofen durchgeführt.
- • Druckreduzierung
auf 13,3 Pa (100 Mikrometer)
- • Auffüllen mit
Argon auf 106,6 kPa (800 Torr) und 800 °C für 2 Stunden
- • Abkühlen auf
Raumtemperatur
- • Passivieren
durch erhöhten
Luftanteil über
30 Zyklen von jeweils 2 Minuten, wobei der Druck des Systems vom
hohen Vakuum auf atmosphären
Vakuum veränderte.
-
Das
Material wurde anschließend
mit einer Mischung aus entionisiertem Eis [1,1 kg/kg (500 g/lb)], Flusssäure [8,8
m/kg (4 ml/lb)] und Salpetersäure
[0,55 m/kg (250 ml/lb]) gewaschen. Das Pulver wurde anschließend in
entionisiertem Wasser gespült
und bei 80 °C
luftgetrocknet (14B1).
-
Stickstoffdotierverfahren
für die
Proben 14XXX.
-
Das
Stickstoffpulver wurde anschließend
mit 4 % Magnesiumpulver vermischt und auf 800 °C in Argon erwärmt und
auf dieser Temperatur für
60 Minuten gehalten. Der Behälter
wurde evakuiert und anschließend auf
70 °C abgekühlt. 17,33
kPa (130 Torr) von N2-Gas
wurde in dem Behälter
gehalten und die Temperatur wurde auf 500 °C erhöht und für 60 Minuten in Argonatmosphäre gehalten.
Das Erzeugnis wurde 40 Minuten abgekühlt und allmählich Luft
zugegeben, unter Verwendung der herkömmlichen Passivierungsverfahren.
-
Gruppe der Proben 60-,
25-, 55- und 46-39XX
-
Durch
dreimaliges Elektronenstrahlschmelzen hergestellter Niobbarren wurde
hydriert, indem der Barren in einem Vakuum von 1,33 × 10–2 Pa
(10–4 Torr)
auf 850 °C
für 120
Minuten erwärmt
wurde. Das Vakuum wurde durch eine Wasserstoffgasspülung bei
21 kPa für
einen ausreichenden Zeitraum ersetzt, um den Barren zu verspröden. Das
Vakuum wurde anschließend
auf 91,8 kPa (–28'' Hg) abgepumpt und mit Argon auf 99,6 kPa
(–5'' Hg) angefüllt. Der Druck wurde beibehalten,
bis sich die Temperatur, gemessen durch ein Arbeitsthermoelement
stabilisierte. Luft wurde allmählich
in den zunehmenden Druck eingeführt,
so dass sich die Arbeitstemperatur nicht erhöhte.
-
Eine
Größenverringerung
wurde mit einem Granutec-Brecher durchgeführt, um die maximale Teilchengröße zu reduzieren,
auf eine die durch ein Sieb der Größe Nr. 20 passt. Eine weitere
Verrigerung wurde durch ein wiederholtes Bearbeiten in einer Stoßmühle von
Vortec Products durchgeführt,
welche mit 20.000 UpM betrieben wurde, bis das Material einen Mindestdurchgang
von 95 % durch ein Sieb der Größe Nr. 325 (entsprechend
44 μm (Mikron)
Teilchengröße) erfüllte.
-
Wasserstoff
wurde entfernt, indem die Teilchen auf 850 °C in einem Vakuum erwärmt wurden,
bis der Druck nicht länger
von dem aus den Teilchen austretenden Wasserstoff beeinflusst wurde,
um kantiges Niobmetallpulver mit einer Scott-Dichte von 2,57 g/cm3 (42) und einer BET-Oberfläche von
0,22 m2/g bereitzustellen. Das Erzeugnis
wurde an schließend
auf +8 μm
(Mikrons) unter Verwendung eines Vortec Klassifizierers klassifiziert.
-
Das
Pulver wurde anschließend
in einer 30 S Union Process Attritormühle gemahlen.
- • Medien:
454 kg 0,47 cm SS Medien (1.000 lbs. 3/16" SS Medien)
- • 36,32
kg (80 lbs.) Niobpulver
- • Dauer:
6 Stunden
- • 49,2
l (13 Gallonen) Ethanol
- • 130
UpM
-
Das
Material wurde anschließend
vakuumfiltriert, um das restliche Ethanol zu entfernen, anschließend mit
entionisiertem Wasser gewaschen, bis kein Ethanolgeruch mehr bemerkt
werden konnte und vakuumfiltriert, um das restliche Wasser zu entfernen.
Das feuchte Pulver wurde anschließend in einer Aufschlämmung aus
Salzsäure
[0,55 l/kg (250 ml/lb)], Flusssäure
[13,2 ml/kg (6 ml/lb)] und entionisiertes Wasser [0,55 ml/kg (250
ml/lb)] gewaschen, um die metallischen Verunreinigungen zu entfernen.
Das Pulver wurde anschließend mit
entionisiertem Wasser gewaschen und bei 80 °C in Luft getrocknet.
-
Das
getrocknete Pulver wurde ein zweites Mal hydriert, indem es Wasserstoff
mit 20,7 kPa ausgesetzt wurde und 850 °C, um brüchige Flocken bereitzustellen,
welche abgekühlt
wurden und deren Größe von einer Stoßmühle von
Vortec Products reduziert wurde, um eine Scott-Dichte von 1,31 g/cm3 (21,4) zu erzielen.
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Das
größenreduzierte
flockige Pulver wurde anschließend
agglomeriert, indem es in einem Vakuum bei 1.200 °C 60 Minuten
erwärmt
wurde, um eine agglomerierte Masse bereitzustellen, deren Größe durch
einen Backenbrecher verringert wurde, auf agglomerierte Teile mit
einer maximalen Größe eines
Siebs der Größe Nr. 50.
Anschließend
wurde es ein zweites Mal bei 1.225 °C 60 Minuten thermisch agglomeriert.
Nach dem Abkühlen
des Ofens auf einen Zielwert (siehe folgende Tabelle) wurde Stickstoff
mit einer Geschwindigkeit von 5 SCFH für eine angegebene Dauer unter
Vakuum eingepumpt. Das Material wurde anschließend passiviert, indem allmählich der
Betriebsdruck mit Luft erhöht
wurde, über
eine Dauer von 40 Minuten, bis der Atmosphärendruck zurückgewonnen
war.
-
-
Dieses
Material wurde anschließend
ein zweites Mahl zermahlen, um das Maximum der beobachteten Teilchen
zu reduzieren, auf eines, welches durch ein Sieb der Größe Nr. 50
passt.
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Das
Pulver wurde anschließend
desoxidiert, indem es mit 4 % w/w Magnesiummetall vermischt wurde und
anschließend
mit Stickstoff dotiert. Die folgende thermische Behandlung wurde
anschließend
in einem Retortofen durchgeführt.
- • Reduzierung
des Drucks auf 13,3 Pa (100 Mikron)
- • Anfüllen mit
Argon auf 106,6 kPa (800 Torr) und 800 °C für 2 Stunden
- • Abkühlen auf
70 °C, Zugabe
von Stickstoff bis 66,7 kPa (700 Torr)
- • Erwärmen auf
500 °C,
Halten für
60 Minuten und Abkühlen
auf 40 °C
- • Passivieren
durch Erhöhen
des Luftgehalts über
30 Zyklen von jeweils 2 Minuten, wobei der Druck des Systems sich
von hohem Vakuum zu Atmosphärenvakuum
veränderte.
-
Das
Material wurde anschließend
mit einer Mischung aus entionisiertem Eis [1,1 kg/kg (500 g/lb)], Flusssäure [8,8
ml/kg (4 ml/lb)] und Salpetersäure
[0,55 l/kg (250 ml/lb)]) gewaschen. Das Pulver wurde anschließend mit
entionisiertem Wasser gespült
und bei 80 °C
luftgetrocknet. Tabelle 5 zeigt die Analyse des Pulvers. Tabelle
5
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Die
Resultate dieser Experimente sind in den Tabellen 6 und 7 angeführt, welche
auch in den 10 – 12 dargestellt
sind. Es wird deutlich, dass der Stickstoffanteil in dem Niob dem
Verringern des DC-Leckstromes beiträgt und bei höheren Sintertemperaturen
der Anode wurde der DC-Leckstrom noch weiter verringert, insbesondere
wenn niedrige Formierungsspannungen verwendet wurden.
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Kondensatoranoden
wurden auf eine ähnliche
Weise wie in den vorherigen Beispielen durchgeführt. Tabelle
6
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Andere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten auf diesem Gebiet aus
der Betrachtung der Beschreibung und der Ausübung der hier offenbarten Erfindung
deutlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beispiele und die Beschreibung
nur als beispielhaft betrachtet werden.