RU2287869C1 - Method for producing enhanced-voltage porous niobium bulk anode - Google Patents
Method for producing enhanced-voltage porous niobium bulk anode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287869C1 RU2287869C1 RU2005107902/09A RU2005107902A RU2287869C1 RU 2287869 C1 RU2287869 C1 RU 2287869C1 RU 2005107902/09 A RU2005107902/09 A RU 2005107902/09A RU 2005107902 A RU2005107902 A RU 2005107902A RU 2287869 C1 RU2287869 C1 RU 2287869C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molding
- niobium
- anodes
- voltage
- anode
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к производству изделий электронной техники, конкретно к производству конденсаторов, более конкретно - ниобиевых конденсаторов, преимущественно ниобиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов, а именно ниобиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов повышенного номинального напряжения.The invention relates to the manufacture of electronic products, specifically to the production of capacitors, and more specifically to niobium capacitors, mainly niobium oxide semiconductor capacitors, namely niobium oxide semiconductor capacitors of increased nominal voltage.
Получить ниобиевые конденсаторы номинального напряжения выше 25 В, например 32 В, трудно, а номинального напряжения 40 В вообще проблематично из-за недостижимости необходимого формовочного напряжения при обычной технологии электрохимического оксидирования, или формовки. Обычно применяют формовочные электролиты с разными концентрациями водных растворов фосфорной кислоты, в которой вентильные металлы, в том числе и ниобий, практически не растворяются. Механизм образования оксида металла и возникающие при этом проблемы описаны в книге Л.H.Закгейма «Электролитические конденсаторы», Госэнергоиздат, М-Л., 1963 г., и состоят в следующем. При анодном включении вентильного металла создается электролитическая ячейка, в которой на границе металл-электролит возникает двойной слой, состоящий из положительных ионов металла и отрицательных ионов кислорода со стороны электролита. Так как металл анода не растворяется в электролите, то ионы металла и кислорода накапливаются в двойном слое, пока заряды не создадут потенциал, достаточный для возникновения простейшей химической реакции - образования окиси металла. Другая возможная реакция - разряд ионов кислорода и выделение кислорода на границе оксидный слой-электролит - имеет место только при пробое оксидного слоя и не происходит на стадии нормально протекающего процесса формовки, когда начальные электроны в оксидном слое не появляются, так как практически все ионы кислорода расходуются на образование оксида, вступая в реакцию с ионами вентильного металла. По мере нарастания толщины оксидного слоя, когда падение напряжения на электролитической ячейке растет и достигается такое его распределение, при котором становится возможным разряд ионов кислорода на границе оксид-электролит, формовка замедляется, а высвободившиеся электроны входят в оксидный слой и приводят к возникновению первой стадии пробоя. Резкое увеличение напряжения, заканчивающееся искровым пробоем, наступает в связи с такой достаточно большой толщиной оксида, при которой образуются газовые прослойки, где и происходит разряд и пробой оксидного слоя. Частое искрение по всей поверхности оксидного слоя дает термический эффект, вызывающий кристаллизацию оксида, что приводит к резкому ухудшению его электрических характеристик, таких как сопротивление изоляции и тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ). В силу этого напряжение формовки всегда должно быть заведомо меньше напряжения искрения формовочного электролита.It is difficult to obtain niobium capacitors with a nominal voltage above 25 V, for example 32 V, and a nominal voltage of 40 V is generally problematic due to the unattainability of the required molding voltage with conventional electrochemical oxidation or molding technology. Molding electrolytes with different concentrations of aqueous solutions of phosphoric acid are usually used, in which valve metals, including niobium, practically do not dissolve. The mechanism of the formation of metal oxide and the problems that arise during this are described in the book by L. N. Zakheim “Electrolytic Capacitors”, Gosenergoizdat, M-L., 1963, and are as follows. When the valve metal is turned on anode, an electrolytic cell is created in which a double layer appears at the metal-electrolyte interface, consisting of positive metal ions and negative oxygen ions from the electrolyte side. Since the metal of the anode does not dissolve in the electrolyte, metal and oxygen ions accumulate in the double layer until the charges create a potential sufficient for the appearance of a simple chemical reaction - the formation of metal oxide. Another possible reaction - the discharge of oxygen ions and oxygen evolution at the oxide layer-electrolyte interface - takes place only during breakdown of the oxide layer and does not occur at the stage of the normal molding process, when the initial electrons in the oxide layer do not appear, since almost all oxygen ions are consumed on oxide formation, reacting with valve metal ions. As the thickness of the oxide layer increases, when the voltage drop across the electrolytic cell grows and its distribution is achieved so that the discharge of oxygen ions at the oxide-electrolyte interface becomes possible, the molding slows down and the released electrons enter the oxide layer and lead to the first breakdown stage . A sharp increase in voltage, ending with a spark breakdown, occurs due to such a sufficiently large oxide thickness at which gas interlayers are formed, where the discharge and breakdown of the oxide layer occur. Frequent sparking over the entire surface of the oxide layer gives a thermal effect that causes crystallization of the oxide, which leads to a sharp deterioration in its electrical characteristics, such as insulation resistance and dielectric loss tangent (tan δ). Due to this, the molding voltage should always be less than the sparking voltage of the molding electrolyte.
Известен способ получения ниобиевого объемно-пористого анода, применяемый при изготовлении конденсатора К53-4 ЕВАЯ.673 547.010СБ, где формовку анодов производят в формовочном электролите, которым служит 5%-ный водный раствор ортофосфорной кислоты, при формовочных напряжениях 40-85 В, 60-85 В, 80-95 В для рабочих напряжений соответственно 6,3 В, 16 В и 20 В, минимальной длительности цикла формовки 1,0-2,5 часа, формовочном токе, установленном из расчета 10-15 мА/г ниобия, после чего производят промывку анодов сначала горячей проточной деионизованной водой (температура 50-60°С) в течение 20 минут в ванне промывки, а затем в агрегате промывки и сушки (температура воды 70±10°С, проточность воды не менее 2 л/мин, температура сушки 150±10°С) в двух позициях по 15-20 минут.A known method of producing a niobium volume-porous anode used in the manufacture of the capacitor K53-4 EVA.673 547.010СБ, where the molding of the anodes is carried out in a molding electrolyte, which is a 5% aqueous solution of phosphoric acid, at molding voltages of 40-85 V, 60 -85 V, 80-95 V for operating voltages of 6.3 V, 16 V and 20 V, respectively, the minimum duration of the molding cycle is 1.0-2.5 hours, the molding current set at 10-15 mA / g niobium, after which the anodes are washed first with hot running deionized water (tamper round 50-60 ° C) for 20 minutes in the washing bath, and then in the washing and drying unit (water temperature 70 ± 10 ° C, water flow not less than 2 l / min, drying temperature 150 ± 10 ° C) in two positions for 15-20 minutes.
В этом способе невозможно изготовление ниобиевых анодов для конденсаторов повышенного рабочего напряжения, а именно 40 В, в силу того, что необходимая повышенная величина напряжения формовки ниобиевых анодов не достигается из-за возникновения в формовочном электролите процесса искрения.In this method, it is impossible to manufacture niobium anodes for capacitors with an increased operating voltage, namely 40 V, due to the fact that the required increased magnitude of the molding voltage of niobium anodes is not achieved due to the occurrence of a sparking process in the molding electrolyte.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности (прототипом) является способ, описанный в патенте GB 1165510, кл. Н 01 G 9/05, опубл. 01.10.1969, согласно которому диэлектрик на аноде, изготовленном из порошка вентильного металла, оксидно-полупроводникового конденсатора формируют в два последовательно наносимых слоя путем электрохимического оксидирования, первый из которых, основной, получают в электролите из 0,02%-ного водного раствора фосфорной кислоты, а второй, поверх первого слоя, дополнительный, в частности в электролите, состоящем из 0,005%-ного раствора фосфорной кислоты в водно-этиленгликолевой смеси (этиленгликоль-вода 50:50), который обладает пониженной ионной подвижностью, что обеспечивает в конденсаторе повышенную электрическую прочность диэлектрика в целом.Closest to the claimed method according to the technical nature (prototype) is the method described in patent GB 1165510, class. H 01 G 9/05, publ. 10/01/1969, according to which a dielectric on an anode made of valve metal powder, an oxide-semiconductor capacitor is formed into two successively deposited layers by electrochemical oxidation, the first of which, the main one, is obtained in an electrolyte from a 0.02% aqueous solution of phosphoric acid and the second, on top of the first layer, additional, in particular in an electrolyte consisting of a 0.005% solution of phosphoric acid in a water-ethylene glycol mixture (ethylene glycol-water 50:50), which has a reduced ionic mobility awn that provides enhanced in the capacitor dielectric strength as a whole.
Недостатком прототипа является то, что этот способ, несмотря на повышение прочности диэлектрического оксидного слоя из-за применения формовочного электролита с пониженной ионной подвижностью, не устраняет искрение электролита и, следовательно, не обеспечивает получение ниобиевых анодов, а соответственно и ниобиевых конденсаторов, повышенного рабочего напряжения, в частности 40 В.The disadvantage of the prototype is that this method, despite the increase in the strength of the dielectric oxide layer due to the use of a molding electrolyte with reduced ionic mobility, does not eliminate the sparking of the electrolyte and, therefore, does not provide niobium anodes, and therefore niobium capacitors, and an increased operating voltage , in particular 40 V.
Задача изобретения - получить ниобиевый объемно-пористый анод повышенного номинального напряжения, в частности 40 В.The objective of the invention is to obtain a niobium volume-porous anode of high nominal voltage, in particular 40 V.
Эта задача решается в предлагаемом способе изготовления ниобиевого объемно-пористого анода при формировании оксидного слоя путем электрохимического оксидирования с получением технического результата, заключающегося в предотвращении искрения формовочного электролита при достижении необходимой величины повышенного напряжения формовки.This problem is solved in the proposed method for manufacturing a niobium volume-porous anode during the formation of the oxide layer by electrochemical oxidation to obtain a technical result, which consists in preventing the sparking of the forming electrolyte when the required magnitude of the increased molding voltage is achieved.
Для достижения этого технического результата в предлагаемом способе применяют формовочный электролит с пониженной подвижностью ионов, который состоит из водного раствора фосфорной (ортофосфорной) кислоты с существенной добавкой этиленгликоля в качестве сорастворителя, при этом формовку проводят при пониженной комнатной температуре, в результате повышается величина напряжения искрения формовочного электролита.To achieve this technical result, the proposed method uses a molding electrolyte with reduced ion mobility, which consists of an aqueous solution of phosphoric (orthophosphoric) acid with a significant addition of ethylene glycol as a co-solvent, and molding is carried out at a reduced room temperature, as a result, the magnitude of the sparking voltage of the molding electrolyte.
Предлагаемое изобретение реализовано в серийном производстве на ОАО «Элеконд», г.Сарапул.The present invention is implemented in serial production at OJSC Elecond, Sarapul.
Технологический процесс изготовления объемно-пористых анодов повышенного рабочего напряжения 32-40 В содержит типовые операции, такие как прессование анодных таблеток из подготовленного гидрированного ниобиевого порошка, спекание ниобиевых анодных таблеток, электрохимическая обработка (подформовка) анодов в горячем электролите (после формовки спеченных анодов и измерения электропараметров формованных анодов), и отличается операцией формовки анодов, которая включает в себя следующие этапы и режимы.The technological process for manufacturing volume-porous anodes of an increased operating voltage of 32–40 V contains typical operations, such as pressing anode tablets from prepared hydrogenated niobium powder, sintering niobium anode tablets, electrochemical processing (molding) of anodes in a hot electrolyte (after forming the sintered anodes and measuring electrical parameters of molded anodes), and differs in the operation of forming anodes, which includes the following steps and modes.
1. Предварительная обработка анодов перед формовкой для улучшения последующей пропитки формовочным электролитом, когда аноды выдерживают в течение 30 минут в электролите из 0,01%-ного водного раствора ортофосфорной кислоты (удельное сопротивление в нормальных условиях, то есть при нормальной комнатной температуре, (НУ) 1500-1800 Ом·см) при температуре 60±5°С.1. Pre-treatment of the anodes before molding to improve the subsequent impregnation with molding electrolyte, when the anodes are kept for 30 minutes in an electrolyte from a 0.01% aqueous solution of phosphoric acid (resistivity under normal conditions, that is, at normal room temperature, (NU ) 1500-1800 Ohm · cm) at a temperature of 60 ± 5 ° С.
2. Формовка анодов, состоящая из двух этапов (переход на второй этап осуществляется без промывки), в режимах:2. The molding of the anodes, consisting of two stages (the transition to the second stage is carried out without washing), in the modes:
- 1 этап. Формовочный электролит - 5%-ный водный раствор ортофосфорной кислоты (удельное сопротивление в НУ 36-40 Ом·см); температура формовки - нормальная комнатная; формовочный ток на партию анодов из расчета 30 мА/г ниобия; напряжение формовки 35-40 В; длительность цикла формовки не менее 1 часа;- Stage 1. Molding electrolyte - 5% aqueous phosphoric acid solution (resistivity in NU 36-40 Ohm · cm); molding temperature - normal room temperature; molding current per batch of anodes at the rate of 30 mA / g niobium; molding voltage 35-40 V; molding cycle duration of at least 1 hour;
- 2 этап. Формовочный электролит - раствор ортофосфорной кислоты в смеси деионизованной воды и этиленгликоля (этиленгликоль - 50-60 л, деионизованная вода - 30-40 л, ортофосфорная кислота - 1,5-1,7 л; удельное сопротивление в НУ 400-600 Ом·см); температура формовки - пониженная комнатная, равная 8±3°С; напряжение формовки 120-200 В; формовочный ток на партию анодов из расчета 50-60 мА/г ниобия до достижения напряжения формовки 120 В и 10 мА/г ниобия при напряжении формовки более 120 В; длительность цикла формовки не менее 4 часов.- 2 stage. Molding electrolyte - a solution of orthophosphoric acid in a mixture of deionized water and ethylene glycol (ethylene glycol - 50-60 l, deionized water - 30-40 l, orthophosphoric acid - 1.5-1.7 l; resistivity in NU 400-600 Ohm · cm ); molding temperature - lowered room temperature equal to 8 ± 3 ° С; molding voltage 120-200 V; molding current per batch of anodes at a rate of 50-60 mA / g niobium until the molding voltage reaches 120 V and 10 mA / g niobium when the molding voltage is more than 120 V; molding cycle duration of at least 4 hours.
3. Промывка анодов: сначала горячей проточной деионизованной водой (температура 50-60°С) в течение 20 минут в ванне промывки, а затем в агрегате промывки и сушки (температура воды 70±10°С, проточность воды не менее 2 л/мин, температура сушки 150±10°С) в двух позициях по 15-20 минут.3. Anode washing: first with hot running deionized water (temperature 50-60 ° С) for 20 minutes in the washing bath, and then in the washing and drying unit (water temperature 70 ± 10 ° С, water flow rate at least 2 l / min , drying temperature 150 ± 10 ° С) in two positions for 15-20 minutes.
Данные по электрическим характеристикам (емкость, tg δ, ток утечки) анодов, изготовленных по заявляемому способу для ниобиевых оксидно-полупроводниковых конденсаторов с рабочим напряжением 40 В и самих конденсаторов приведены в таблице и указаны в связи с той технологической операцией, после которой производилось измерение.Data on the electrical characteristics (capacitance, tan δ, leakage current) of anodes made by the present method for niobium oxide semiconductor capacitors with an operating voltage of 40 V and the capacitors themselves are shown in the table and are indicated in connection with the technological operation after which the measurement was performed.
Данные представлены по большому числу партий конденсаторов, объем партии составляет 150-300 штук, одного из представителей каждого габаритономинала из всей шкалы номиналов с рабочим напряжением 40 В, которая реализована по предлагаемому способу.The data are presented for a large number of batches of capacitors, the batch volume is 150-300 pieces, one of the representatives of each dimension of the entire nominal scale with an operating voltage of 40 V, which is implemented by the proposed method.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107902/09A RU2287869C1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Method for producing enhanced-voltage porous niobium bulk anode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107902/09A RU2287869C1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Method for producing enhanced-voltage porous niobium bulk anode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005107902A RU2005107902A (en) | 2006-09-10 |
RU2287869C1 true RU2287869C1 (en) | 2006-11-20 |
Family
ID=37112224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005107902/09A RU2287869C1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Method for producing enhanced-voltage porous niobium bulk anode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2287869C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456697C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-07-20 | Открытое акционерное общество "Завод "Мезон" | Method for generation of oxide layer on anodes of oxide-semiconductor and electrolytic capacitors |
-
2005
- 2005-03-21 RU RU2005107902/09A patent/RU2287869C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2456697C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-07-20 | Открытое акционерное общество "Завод "Мезон" | Method for generation of oxide layer on anodes of oxide-semiconductor and electrolytic capacitors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005107902A (en) | 2006-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103400694B (en) | A kind of manufacture method of high-voltage electrolysis capacitor | |
CN111696786B (en) | Preparation method of high-voltage chip type solid electrolyte tantalum capacitor | |
CN103310981A (en) | Producing method for full-tantalum-gas sealed capacitor | |
RU2287869C1 (en) | Method for producing enhanced-voltage porous niobium bulk anode | |
EP2866238B1 (en) | Capacitor production method | |
EP2461337B1 (en) | Manufacturing method for solid electrolytic capacitor | |
KR20010051810A (en) | Fabrication method of solid electrolytic capacitor | |
US9396881B2 (en) | Solid electrolytic capacitor | |
CN1805088A (en) | Preparation method of dielectric film of aluminum electrolytic capacitor | |
CN114267542B (en) | Method for manufacturing positive electrode structure of high-capacity aluminum electrolytic capacitor | |
CN102751102B (en) | Method for reducing equivalent series resistance of electrolytic capacitor | |
JP6012115B2 (en) | Method for manufacturing solid electrolytic capacitor element | |
JP4398794B2 (en) | Manufacturing method of solid electrolytic capacitor | |
CN103500657B (en) | The method reducing tantalum capacitor volume | |
RU2463679C1 (en) | Method of making capacitor cathode plate and solid-electrolyte capacitor | |
CN112133563A (en) | Six-stage formation process of high-capacity low-leakage medium-voltage anode foil | |
CN115188593B (en) | Interface treatment method for manganese dioxide cathode layer of tantalum capacitor | |
KR101415642B1 (en) | Producting method for electrode foil for high voltage stacked type aluminium capacitor | |
KR20150045051A (en) | Producting method for electrode foil for accunulated type aluminum electrolytic capacitor | |
JP2004018966A (en) | Method for forming titanium oxide coating film and titanium electrolytic capacitor | |
RU2033899C1 (en) | Process of fabricating volume-porous anodes for electrolytic and solid-electrolyte capacitors | |
CN117038339A (en) | Pretreatment method for preparing high-pressure formed foil by adopting corrosion foil | |
US20160189875A1 (en) | Anode body for solid electrolytic capacitor elements and method for producing same | |
EP1909298B1 (en) | Method for producing solid electrolytic capacitor | |
CN113201774A (en) | Long-life formed foil for aluminum electrolytic capacitor and preparation process thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210322 |