TWI267413B - Capacitor-grade lead wires with increased tensile strength and hardness - Google Patents

Description

A7 1267413 五、發明說明（1) ' 發明所屬之技術領域 本發明大體上關於電容器導線，更明確地說是關於可搭配鈕 或說之陽極壓密物使用的鈮導線。本發明包含摻矽之鈮的鈮粉 末冶金衍生導線，最好具有提高的強度和硬度而不明顯損及導 5 線的額定漏電功率。 先前技術 長期以來眾人使用具熔體原始導出物的鈮和鈮合金導線做為 電容器導線。熔融加工原始物的純鈮導線在115(rc和更高溫的 10燒結溫度具有低漏電。然而此等導線的抗拉強度和硬度有限， 這使其難以用在工作上；如此在將導線黏合於電容器陽極壓密 物時及/或該壓密物之燒結過程中或是附著於該導線之固態電解 質的裂解過程中導致低生產率。鈮合金（例如鈮—锆合金）在 1150 C以上具有優於熔融加工原始物之純鈮導線的抗拉強度和 15可接文的漏電。然而在1050°C以上，锆擴散出導線外且污染陽 極，使得其不適合做為一電容器導線。 發明内容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之一目標為改善電容器級導線在化學、機械、冶金 20 學、和機能方面的一致性。 本發明之另一目標為減少燒結和結合問題。 本發明之另一目標為改善鈮導線以克服上述缺點而不明顯影 響導線和導線-陽極總成之電氣特性。 本發明關於一種製造電容器級石夕摻雜的鈮導線之程序，其包 25 括（a)藉由使一鈮錠或一鈮棒氫化且磨变贫錠或該棒以形成一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公楚） 1267413

ίο 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 低氧銳粉末，藉此製造-f雪平均雛餘（Η# 如心Diameter)的粒徑範圍約小於150微米之粉末， (b)使該粉末脫氫，且視需要使該粉末脫氧，形成—低氧銳粉 末’（c)使該低峰粉末與—麵加物粉末齡且以低溫等靜 壓方式將嫌末壓密成-棒條；⑷職棒條織械處理變成 一才干條，且（e)使該桿條接受函^口^驟之一組合，且形 成該摻料線。本發明亦關於—種由jt^序製得的電容器級 摻矽導線。 本發明包含一種以粉末冶金術（P/M)製成的鈮導線，其含 有一約低於600 ppm的矽添加物。一般而言，矽的量在約15〇 ppm至約600 ppm的範圍内。較佳來說，矽的量在約15〇酬要 300 ppm的範圍内。本發明對最終直徑之鈮導線賦予一受控較高 機械抗拉強度’其超過以直接得自鍵冶金術（I/M)之銳和銳一 锆合金形成的電容器級導線。即使矽是以氧化物形式加入，最 好該粉末冶金原料錕的、氧含量低於400 ppm。粉末冶金衍生銳和 銳-矽導線亦增加硬度而具有高於錠冶金的鈮和鈮-鍅導線之電 容器級導線之硬度，且符合現行對約115〇°C和更高溫或約1250 °。和更高溫之燒結溫度之規範内的漏電。如果在約低於115(rc 或1250°C之溫度和更高溫度燒結，且/或附著於約低於115〇。〇 或低於1250°C燒結之陽極壓密物，粉末冶金原始材料會具有較 高漏電。但在大約1150°C或1250°C和更高溫度，差異變得極 要瞭解到以上概要說明和下文詳細說明僅為範例說明且是想 要以其為本發明提供更多解釋。 25 4 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1267413 五、發明說明（3) 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 實施方式 線。銳^車又佳實施例其中之一為依下述方式製造的摻石夕的說導 錠姆^ 驗—峨或棒條氫化且研磨或礙磨該 ，於15G _雪平均顆粒直徑（_的 铲揭-夕f*脫氧。如Flncham等人之美國專利第3, 295, 951 =氧作業（有-合併的脫氫脫氧作用），該^|=: 本中’上述兩專利共同讓渡給本申請人且Ku為 旦\ 以同發明人。銳粉末較佳達到低於4〇〇 _的氧含 ^ ’取好低於 ppm雜加婦末_ ^以低溫轉壓（高達6GKSI)壓密成_擠壓或燒結 預成形坯料，最好產生一大約13英吋 ” 熱機械，理成—桿條。然後_桿條進行魏（或型== 抽，通常是以一如下所述之壓延和中間退火程序進行· * T 以2500°F退火1.5小時； 滾軋成0· 440英吋直徑； 以2500°F退火1.5小時； 壓延成0.103英吋直徑； 抽拉成〇· 0346英忖直徑的線； 抽拉成一最終直徑。 窃以一般用語來說，該桿條得經滾乳（或型锻）和冷抽 是以一如下所述之壓延和中間退火程序進行： 申 以一在約2100T至約2700T範圍内的溫度退火一 時至約2· 0小時的時間； ' ·小 從一大約1英吋的直徑滾軋成一大約〇· 25英吋的直徑. -5 - 1 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 1267413 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（4) - 以一在約21〇〇卞至約2700T範圍内的溫度退火一約〇.5小 時至約2· 0小時的時間； 從一大約1英吋的直徑壓延成一大約Q· 075英吋的直徑； 抽拉成一最終直徑。 5 依據本發明製成之導線的直徑得在約〇. 005英吋至約〇. 1英 忖的範圍内。本發明之導線得含有其他額外成分（例如其他金 屬）或是一般添加於鈮金屬的成分（例如钽、鍅、鈦、或以上 之混合物）。這些額外成分之類型和量得與習知搭配鈮使用的 成分相同且為熟習此技藝者所知。表一列出在粉末冶金原始物 10經壓延成0. 5英叶直徑和〇. 103英叶直徑之石夕摻雜銳導線^ 定實驗1-5中使用的樣本的化性。 、 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規袼（210 χ 297公釐） A7 1267413 B7 五、發明說明（5) 表一 cz> s g <NI LO r—Η 一 LO LD LO OO OO CO 卜 in LO CO oo 寸 CD g g g g CD o g CO co oo s g g <NI 〇 ▼—4 g I g 1 4 CD T—H s s T—< r-H F"H 1—1 Μ CD CD LO LO LO LO LQ LO LD LO <=> CO LO CO 卜 寸 CO CD 1 < C^l c^i T—H *rH & r—H CO CO 1—H 寸 CO m CO LO r-H s r—H LO LO in CO LT3 LO <D LO LO C£3 LO LO CN1 οα LO Lf3 <N1 <N1 CD s LO CO g u g CT> LO 寸 s LTD 寸 5 T-H cz> LO r—^ LD CO CO CO CO CO *rH S S τ—Η CD CO in LO LTD <NI CM LO 卜· T-H CO 0¾ 寸· CO LO CN1 oo LO 胃 < CO s CO CO CM CO CO CO > ( OJ ，< s s LTD CD T—H 卜 (N3 CNI CO <N1 LTD \ < 寸· 00 01 寸 1 τ—Η g § s ^Η LD CX> CD S LO OO § § z 03 却 g s CO oo CNI cx> 寸 <>5 LD LO o CO 寸 CO CNI eg CO oo LO CO 05 <NI CO CO S 1 < CM CO CM cn 03 oa oo CSI o oo oo g LD C<I 呀 i—i oo LO CO CO t—H ES s K s ζΐ c c oa T—ί s r—H s s T-H CO o r—^ CO o CO CD r»H 2 T—< (NI CO LQ r-H Cvl CO 寸 LO m M 您 遂 Cu ik 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 導線是由出現在表一實驗1-5中的矽母質混合物製備，且就 不同的尺寸階段取得樣本並進行抗拉強度和硬度（洛氏B硬度， HRB)測試。Ι/M導出鈮-锆導線（習知技藝）同樣接受測試。· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1267413 A7 B7 五、發明說明（6) 表二 4 00 s LO r—i 00 01 CO r-H CO 00 01 CO 1—H Csj s f—< oo oo cr> CO r-H r—< CO r-H CNJ 〇q· oo 寸 oi oo 03 CT> T—H CO od ΙΛ r—H 寸 oo cd CO 寸 CT> f—H in ai f—* 会 ^ 1 赛兰 ^ g g CN1 S CO ai oo 卜 寸 OO LO £ OO σ> oo CO c^> 寸 5 CO £ LO 5 CO CT> CD 卜 CT) CT> oo σ> CO g t—H 卜 ai CT) s T—H CO s s· r—H CM f—* 函 oo <>a 03 卜 CO CO CO 呀 oo CO t-H CO CO r—H £ oo LO g CO CO s CO oo CO s LO oo r—* C>4 1—H ai r—^ oo CM oa oo r-H £ r-H -ΐ ί兰 -s 铡 % CQ LO CO o- CD CO CT> CO oo LO Csj oo 寸 cd oo LO LO g 卜 σ> CsJ CO CT> LO oi cn> Csj s 卜 a> σ> oo σ> 寸 CD CD CM o 03 g f—^ LO T—H f—H CO s CO 芝 r-H 笮 OO oo CT> LO CO 03 s CO CM CO CN3 T—H CO CO r-H οα s f-H CO CO od CO oo 5； oo oo LO 寸 寸 CO T—H s oo CO r—* CO eva f—H CO CQ £ Μ ϊ 赛I k c ;g 卜 LO 卜 cd CO CO CD σί CM OO 寸 s cr> oo £ LO oi CD CO oo oo g CO 卜 cd CD 却 cd cn> CO CD CD oo od CT> 卜 ai σ> LO o t—< 卜 CJ5 σ> g r—< 4 CD LO LO (ΝΪ CO oo LO LO oi CO CO oo s CD ai co LO 卜 卜 oo 卜 03 OO 03 s 卜 £ CQ s CO CO σ> 卜 ct> cr» CO o oo oo CD 呀· CO c〇 … f—t f—< « OO 04 -ΐ £含 g CO OJ CO - CO CO CO OO CD CO LO ai 卜 oi oo 呀 oi oo 卜 CO oo CO s 呀 LO OO CO cd oo 卜 s oo LO oo CO LO oo oo LO oo oo LO cr> oo CT> cn oo 卜 σ> LO 芑 CNJ s 5¾ 4 CO LO LO Cn3 ct5 to C>J oi CO CO oo CO CO LO c^i CO LO CO oo C>3 s to CO oo CD oo oo CO CT> (Nl lO s CO σ> CD 寸 CO o T—H CNI CO c^i f-H r-H oo CO r-H CO LO ai r-H f—^ LO CD CO OJ f—^ —"s g g ίχ: CO CT> 寸 LO Cs3 CO LO oo OO 卜 oo 寸 s 寸 CO oo 寸 C^J oo LO oo 卜 CO oo s 寸 iri oo to cd oo LO oo oo to cd oo LO oo oo CD oo 05 oo LO ύ 卜 t—< CO c> oo 4 So 03 oo 03 LO uo LO CT> LO LO LO 03 CO 呀 s 卜 cd CO LO LO CO 完 o (>i CSJ eg CO CD oo CO CO oo oo LO CO LO CO oo 另 CM oo CO CO CO CO CO CO 5〇 ϋ 2 2 g w 卜 CO oo 呀 CNJ OO oo CJ5 oo CT> OO 卜 OO 03 ai LO OO CO CO oi CO 卜 c^i 寸 LO 寸 LfT1 CD CN3 CO oo LO oo 卜 CO oo 卜 s LO oo CO CO £ oo to oo oo cd oo oo Μ CO CD OJ c=> CO CO 04 o CO CD <=> c> S 〇 CO CO g o LO s o c=i LO CO o CO σ> 岂 ο 03 CO c o oo C£> s 二 s o LO CO 芝 d CM OJI 艺 o 03 oo s o 5 s o oo oo s 〇· 寸 CO CO Csj o c> 完 s cr> c=> CO CSJ s 〇· OJ CO o s c> LO σ> CD CO r—< o s to o G5 寸 CO CO y—i «=5 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如表二和圖1所示，鈮-矽導線在大約0.050英吋直徑和更 小直徑具有遠優於鈮-锆導線的抗拉強度和硬度。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210x297公釐） 1267413 五 發明說明（7) 精、琴石夕：對t線（電容器測試條件中的導線一陽極總成）或是具 牿質4物之陽極（實驗1和2)進行漏電職（40伏 陽；、且、會於圖2。針對具備以不同燒結溫度製成之導線的 可垃:進行這些測試。如表三和** 2的結果所示，銳一石夕導線 1又用於125G C和更高溫（但非更低溫）的燒結溫度，符合 订组電容器級導線聰在·。C之(U Win2漏電。 (@1250〇C) 漏電 I^A/in2 _鈮錠 0·1 一 鈮-锆 0. 25 實驗1 0. 35 _ 實驗2 0· 6 規範 0.6 一 Μ M π w y电谷芬导深I頁例的惻視 10 圖和正視圖繪於圖3A-3F。 圖3A和3B繪出一對頭焊接於一陽極壓密物12之鈮-矽電容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 器導線10。圖3C和3D繪出一埋入壓密物12内一段長度14之 銳石夕電谷器導線1〇。圖3E和3F繪出將導線1〇焊接於壓密物 12頂部16之另一接合技術。圖3A-3F中任一者之導線1〇及/或 任一圖式的壓密物12得為圓形或平板形（帶狀形式）或其他形 狀。 又，對導線（電容器測試條件中的導線—陽極總成）或是具 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公楚） 1267413 A7 B7 五、發明說明（s) 精選石夕母質混合物之陽極（實驗3、4和5) ___⑽ 伏特_%)赠_ 4。針對具触不同燒結溫度製成之導線 的陽極總成進行這些測試。如表四和圖4的結果所示，錕一石夕導 線可接受用於115G°C和更高溫（但非更低溫）的燒結溫度符 合現行钽電容器級導線規範在1150。〇之〇 6 漏電。 表四 (@1150°〇 漏電 βλ/ιη2 鈮錠 0.1 鈮-锆 0·25 實驗3 0·09 實驗4 0.118 實驗5 0.103 規範 0· 6 為便於說明，圖式中省略熟習此技藝者所熟知的電解質浸潰 和裂解陰極附著物和包裝等人造物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 熟習此技藝者在考量過本說明書和其所揭示之實施方式會想 10 到本發明的其他實施例。本說明書和實例僅為範例說明。 圖式簡單說明 15 圖1為一以得自粉末冶金術之本發明精選鈮和鈮合金導線與 得自錠冶金術之鈮和鈮合金導線作比較的導線直徑對極限抗拉 強度的函數曲線圖； 10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1267413 B7 五、發明說明（9) 圖2為一以付自粉末冶金術之本發明精選銳和銳合金導線與 得自鍵冶金術之銳和銳合金導線作比較的燒結溫度對直流漏電 的函數曲線圖； 圖3A-3F為結合於陽極壓密物之電容器導線實例的側視圖和 5 正視圖；且 圖4為一以得自粉末冶金術之本發明精選鈮和鈮合金導線與 得自錠冶金術之銳和銳合金導線作比較的燒結溫度對直流漏電 的函數曲線圖。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（21〇 x 297公爱） A7 B7 代表符號 10 12 14 16 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1267413 五、發明說明（10: 圖式之元件代號說明： 名稱 鈮-矽電容器導線 陽極壓密物 埋入長度 頂部 -12· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. [267413 六 申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 1· 一種製造矽摻雜的鈮導線之方法，其包括： (a) 藉由使一鈮錠或一鈮棒氫化且磨碎該錠或該棒 以形成一低氧鈮粉末，且藉此製造一費雪平均顆粒直後（Fisher Average Particle Diameter) 的粒徑範圍約小於150微米之粉末， (b) 使該粉末脫氫且視需要使該粉末脫氧，形成一 低氧鈮粉末， (c) 使該低氧鈮粉末與一矽添加物粉末混合且以低 溫等靜壓枝將該粉墟純-棒條； (d) 將該棒條熱機械處理成一桿條，且 (e) 使該桿條接受滾軋和冷抽步驟之一組合，且形 成一電容器級矽摻雜導線。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中矽的添加量約少於6〇〇 ppm ° 3·如申請專利範圍第1項之方法，其中石夕的添加量在約15〇 ppm至約300 ppm的範圍内。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中該桿條經歷一涉及退 火、滾軋、退火、壓延、和抽拉步驟的壓延及中間退火程 序。 5·如申請專利範圍第1項之方法，其中桿條經歷包括下列步 驟之一組合：（i) 一第一退火步驟，一滾軋步驟， (iii) 一第二退火步驟，（iv) 一壓延步驟，及（v) 一 抽拉步驟。 6·如申請專利範圍第5項之方法，其中該壓延及中間退火程 序涉及下列步驟之一組合：以一大約25〇〇°F的溫度退火 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1267413 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 10 15 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 20 25 1.5小時；滾軋成一大約〇· 440英吋的直徑；以一大約 2500°F的溫度退火1· 5小時；壓延成一大約〇· 1英忖的直 控；抽拉成一直徑至少約0· 005英吋的線。 7·如申請專利範圍第1項之方法，其中該導線更含有從下列 各物組成之群中選出的金屬組份··钽、锆、鈦 '及以上之 組合。 8·如申請專利範圍第1項之方法，其中該鈮粉末之氧含量約 低於 400 ppm。 9·如申請專利範圍第！項之方法，其中該導線有一高於直接 從錠冶金術導出之電容器級鈮導線和鈮-锆合金的抗拉強 度。 :種電容器級導線，其有—高於直接從錠冶金術導出之電 容器級鈮導線和鈮-鍅合金的抗拉強度，其令該導線之製造 程序包括·· (a) 藉由使一鈮錠或一鈮棒氫化且磨碎該錠或該棒 的方式形成一低氧鈮粉末，且藉此製造一費雪平 均顆粒直徑（Fisher Average Particle Diameter)的粒徑範圍約小於15〇微米之粉末， (b) 使歸末職且視需要使該粉末脫氧 ,形成一 低氧鈮粉末， (c) 使該低氧铌粉末與__添加物粉末混合且以低 溫等靜齡式將該粉末Μ密成-棒條； ⑷將該棒條熱機械處理成-桿條，且 (e)使該桿條接受滾乳和冷抽步驟之一組合，且形 成石夕摻雜導線。 10. 沐張尺度適財S时標準(CNS)A4 裝 訂 -14 - 1267413 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 11·如申請專利範圍第10項之電容器級導線，其十石夕的添加量 約少於600 ppm。 12·如申請專利範圍第10項之電容器級導線，其中石夕的添加量 在約150 ppm至約300 ppm的範圍内。 … 5 13·如申請專利範圍第10項之電容器級導線，其中該桿條經歷 一涉及退火、滾軋、退火、壓延、和抽拉步驟的壓延及中 間退火程序。 14·如申請專利範圍第10項之電容器級導線，其中桿條經歷包 括下列步驟之一組合：（i) 一第一退火步驟，（ii) 一滾 10 軋步驟’（iii ) 一第二退火步驟，（iv) —壓延步驟，及 (v) —抽拉步驟。 15·如申請專利範圍第14項之電容器級導線，其中該壓延及中 間退火程序涉及下列步驟之一組合：以一大約2500T的溫 度退火1· 5小時；滾軋成一大約〇· 440英忖的直徑；以一 15 大約2500°F的溫度退火1· 5小時；壓延成一大約〇· 1英忖 的直徑；抽拉成一直徑至少約〇· 005英吋的線。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 16·如申請專利範圍第10項之電容器級導線，其中該導線更含 有從下列各物組成之群中選出的金屬組份：钽、鍅、鈦、 及以上之組合。 20 17·如申請專利範圍第1〇項之電容器級導線，其中該鈮粉末之 氧含量約低於400 ppm。 18·如申請專利範圍第1〇項之電容器級導線，其中該導線有一 高於直接從錠冶金術導出之電容器級鈮導線和鈮—锆合金的 抗拉強度。 -15 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐）