WO2015029631A1 - タングステン粉及びコンデンサの陽極体 - Google Patents

タングステン粉及びコンデンサの陽極体 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to tungsten powder, a capacitor anode body, a manufacturing method thereof, and an electrolytic capacitor having the anode body.
  • Patent Document 1 discloses a tungsten powder or capacitor having a tungsten silicide on the particle surface and having a silicon content of 0.05 to 7% by mass, which gives good leakage current (LC) characteristics.
  • An anode body, an electrolytic capacitor, a method for producing tungsten powder, and a method for producing an anode body of a capacitor are disclosed.
  • tungsten-zirconium alloy powder is disclosed as an example in which good LC characteristics cannot be obtained.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-294875; US Pat. No. 7,362,541 discloses a capacitor having a small leakage current in a solid electrolytic capacitor including an anode, a cathode, and a dielectric layer formed by anodizing the anode.
  • the anode includes a first metal layer made of niobium, aluminum, tantalum or an alloy mainly composed of niobium, aluminum, tantalum, and a part of the surface of the first metal layer. Is coated with a second metal layer containing any one of titanium, zirconium, and hafnium.
  • a solid electrolytic capacitor is disclosed.
  • an object of the invention is to provide tungsten powder capable of reducing variation in capacity in an electrolytic capacitor having a sintered body of tungsten powder as an anode body as a valve action metal, an anode body of a capacitor using the same, and the anode body as an electrode It is in providing the electrolytic capacitor used as.
  • the present invention includes the following tungsten powder, capacitor anode body, electrolytic capacitor, tungsten powder manufacturing method, and capacitor anode body manufacturing method.
  • the tungsten powder according to any one of items 1 to 4 wherein the tungsten particle surface layer has a compound of zirconium and tungsten or a compound of hafnium and tungsten.
  • the tungsten powder according to any one of items 1 to 5 wherein the tungsten powder is a granulated powder.
  • An electrolytic capacitor comprising the capacitor anode body according to the preceding item 7 as one electrode and a dielectric interposed between the counter electrode.
  • a raw material tungsten powder is mixed with a zirconium compound and / or a hafnium compound and heated under vacuum to cause the surface of the tungsten powder to react with the mixed compound.
  • a method for producing tungsten powder wherein the mixing amount of the compound is adjusted so that the content of the higher element of either the zirconium element or the hafnium element is 0.04 to 1% by mass.
  • a zirconium element in the obtained tungsten powder comprising mixing a zirconium compound and a hafnium compound with the raw material tungsten powder, and heating the resultant in a vacuum to react the particle surface of the tungsten powder with the compound. 10.
  • the method for producing tungsten powder according to 9 above wherein the mixing amount of the compounds is adjusted so that the total content of the hafnium element is 1% by mass or less.
  • the tungsten powder of the present invention can be obtained, for example, by mixing a raw material tungsten powder, a zirconium compound and / or a hafnium compound, and heating the mixture under vacuum to react with the particle surface of the tungsten powder. Therefore, the zirconium element and hafnium element in the obtained tungsten powder are likely to be localized in the particle surface layer constituting the tungsten powder.
  • the effect of the tungsten powder of the present invention is obtained by containing a predetermined amount of either zirconium element or hafnium element, but it is also possible to add a predetermined amount of both zirconium element and hafnium element in the tungsten powder. An effect is obtained.
  • the zirconium powder or the hafnium element in the tungsten powder of the present invention preferably contains 0.04 to 1% by mass of the element having the higher content. Further, when the contents of both the zirconium element and the hafnium element are defined in the tungsten powder in total, it is preferable that the zirconium element and the hafnium element are included in a total of 1.2% by mass or less, and the total is 1% by mass or less. When it contains, LC becomes small and more preferable.
  • the volume average primary particle diameter of the raw material tungsten powder is preferably from 0.1 to 1 ⁇ m, more preferably from 0.1 to 0.7 ⁇ m. Within this range, it is easy to produce a capacitor having a large capacity. What is marketed can be used as raw material tungsten powder.
  • a method for easily obtaining a raw material tungsten powder having a relatively small particle size for example, a method of pulverizing tungsten trioxide powder in a hydrogen atmosphere can be mentioned.
  • tungstic acid and its salts (such as ammonium tungstate) or tungsten halide powder can be obtained by using a reducing agent such as hydrogen or sodium and appropriately selecting the reducing conditions. Further, it can be obtained directly from the tungsten-containing mineral powder or by obtaining a plurality of steps and selecting reduction conditions.
  • raw material tungsten powder having a desired particle size by classification can be used.
  • the raw material tungsten powder may be granulated as described later (hereinafter, when distinguishing whether the tungsten powder is granulated, the ungranulated tungsten powder is referred to as “ungranulated”. "Powder” and granulated tungsten powder are called “granulated powder”.)
  • Zirconium element and hafnium element can be contained in tungsten powder by mixing commercially available organic zirconium compound solution and organic hafnium compound solution with tungsten powder and heating under vacuum. This method may be performed simultaneously with the granulation described later. At high temperatures, zirconium and hafnium alkoxide compounds are decomposed into metals.
  • an alkoxide solution such as a tetrapyrrole compound solution, an acetylacetone compound solution, an amide compound solution, or a 1-butanol solution of a butoxide compound can be used. Since the butoxide compound undergoes a hydrolysis reaction, it is preferably mixed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. If necessary, it is preferable to appropriately dilute with 1-butanol from which water and oxygen have been removed and mix with the tungsten powder.
  • the zirconium element and the hafnium element are likely to be localized in the surface layer usually within 50 nm from the tungsten particle surface. When produced in this manner, it is expected that most of the zirconium element and the hafnium element are present as a solid solution in the tungsten particle surface layer.
  • a part of the zirconium element may exist as a W 5 Zr 3 or W 2 Zr crystal, and a part of the hafnium element may exist as a W 2 Hf crystal.
  • the tungsten powder When mixing at least one of a zirconium compound, a hafnium compound and a silicon powder described later with the raw material tungsten powder, the tungsten powder may be an ungranulated powder or a granulated powder. Powder is preferred.
  • the leakage current of the obtained capacitor can be further reduced.
  • the silicon element content in the tungsten powder of the present invention is preferably 7% by mass or less, more preferably 0.05 to 7% by mass, and particularly preferably 0.2 to 4% by mass.
  • a raw material tungsten powder mixed with silicon powder is used and heated at a temperature of 1200 to 2000 ° C. with a vacuum of usually 10 ⁇ 1 Pa or less. It can be obtained by reacting.
  • This method may be performed simultaneously with the granulation described later.
  • the silicon powder reacts from the tungsten particle surface, and tungsten silicide such as W 5 Si 3 is likely to be localized and formed on the surface layer usually within 50 nm from the particle surface. Therefore, the central part of the primary particles remains as a metal having high conductivity, and when the anode body of the capacitor is manufactured, the equivalent series resistance of the anode body is preferably kept low.
  • the silicon powder to be mixed with the raw material tungsten powder it is preferable to use a fine silicon powder to facilitate uniform mixing with the tungsten powder.
  • the volume average particle size of the silicon powder is preferably 0.5 to 10 ⁇ m, more preferably 0.5 to 2 ⁇ m.
  • the granulated powder is obtained, for example, by adding at least one kind of liquid such as ethanol or liquid resin to ungranulated powder to form a granule of an appropriate size, and then heating and sintering under vacuum. You can also.
  • the tungsten powder of the present invention may be obtained at the same time that the granulated powder is obtained using an ungranulated powder mixed with a zirconium compound and / or a hafnium compound. More specifically, it can be produced as follows.
  • Tungsten non-granulated powder (which may be mixed with zirconium element, hafnium element and / or silicon element) is allowed to stand at a temperature of 160 to 500 ° C. for 20 minutes to 10 hours at a vacuum of 10 4 Pa or less, Return to the atmosphere at room temperature, mix, leave at a vacuum of 10 2 Pa or less at 1200 to 2000 ° C., preferably 1200 to 1500 ° C. for 20 minutes to 10 hours. If necessary, classification is performed to adjust the particle size distribution to obtain granulated powder.
  • the volume average particle size of the granulated powder is preferably 50 to 200 ⁇ m, more preferably 100 to 200 ⁇ m. If it is this range, it is convenient to flow smoothly from the hopper of the molding machine to the mold.
  • the obtained tungsten powder of the present invention is molded.
  • the tungsten powder may be mixed with a molding binder resin (acrylic resin or the like), and a molded body may be produced using a molding machine.
  • the tungsten powder of the present invention to be molded may be any of ungranulated powder, granulated powder, and mixed powder of ungranulated powder and granulated powder (partially granulated powder).
  • the granulated powder is preferable to obtain good pores as the capacitor anode.
  • the obtained molded body can be vacuum-sintered to obtain a sintered body.
  • Preferable sintering conditions include, for example, a vacuum degree of 10 2 Pa or less, 1300 to 2000 ° C., more preferably 1300 to 1700 ° C., further preferably 1400 to 1600 ° C., 10 to 50 minutes, more preferably 15 to 30 minutes.
  • a dielectric layer can be formed on the surface of the anode body (including the surface in the pores and the outer surface).
  • a capacitor element can be obtained by forming a cathode on the dielectric layer. From such a capacitor element, a capacitor comprising an anode body as one electrode and a dielectric interposed between the counter electrode is obtained. In addition, the capacitor thus manufactured is usually an electrolytic capacitor.
  • the cathode can be composed of an electrolytic solution or a semiconductor layer.
  • a solid electrolytic capacitor element is obtained.
  • a conductive polymer is obtained by polymerizing a semiconductor precursor (for example, at least one selected from pyrrole, thiophene, a monomer compound having an aniline skeleton, and various derivatives of these compounds) on the dielectric layer a plurality of times.
  • a capacitor element can be obtained by forming a semiconductor layer having a desired thickness.
  • the volume average particle diameter was measured by laser diffraction scattering method using HRA9320-X100 manufactured by Microtrac Co., Ltd., and the cumulative volume% was a particle diameter value (D 50 ; ⁇ m) corresponding to 50 volume%. The average particle size was taken.
  • the volume average particle diameter measured by this method can be regarded as the volume average primary particle diameter.
  • the amount of element in the tungsten powder was measured by ICP emission analysis using ICPS-8000E (manufactured by Shimadzu Corporation). The crystalline state in the tungsten powder was analyzed using an X-ray diffraction apparatus (manufactured by X'pert PRO PANalytical).
  • Examples 1-3 and Comparative Examples 1-3 Commercially available zirconium t-butoxide (80% 1-butanol solution) is added to the raw material tungsten powder having a volume average particle size of 0.5 ⁇ m obtained by hydrogen reduction of tungsten dioxide to the Zr amount (mass%) shown in Table 1. Then, the mixture was mixed, and left at 300 ° C. for 30 minutes under a nitrogen gas atmosphere of 10 3 Pa. The mixture was returned to room temperature and atmospheric pressure, mixed again, and allowed to stand at 1360 ° C. for 30 minutes under 10 Pa. After returning to the atmosphere at room temperature, it was crushed with a hammer mill and sieved to a particle size of 26 to 130 ⁇ m to produce granulated powder (volume average particle size 105 ⁇ m).
  • Examples 4-7 and Comparative Examples 4-5 The raw material tungsten powder of Example 1 is classified to obtain the raw material tungsten powder used in the present example and comparative examples having a volume average particle size of 0.3 ⁇ m, and is commercially available instead of zirconium t-butoxide (80% 1-butanol solution).
  • 500 sintered bodies were obtained in the same manner as in Example 1 except that the hafnium t-butoxide (80% 1-butanol solution) was added so as to have the Hf amount (mass%) shown in Table 2.
  • the size of the sintered body was 4.45 ⁇ 0.13 ⁇ 1.5 ⁇ 0.06 ⁇ 1.0 ⁇ 0.06 mm.
  • Table 2 summarizes the hafnium content (% by mass) in the granulated powder of each example.
  • Examples 8 to 13 and Comparative Examples 6 to 7 The raw material tungsten powder of Example 1 is classified to obtain the raw material tungsten powder used in the present example and comparative example having a volume average particle size of 0.1 ⁇ m, and added to zirconium t-butoxide (80% 1-butanol solution) and hafnium.
  • 500 sintered bodies were obtained for each example in the same manner as in Example 1 except that t-butoxide (80% 1-butanol solution) was added so as to have the amounts of Zr and Hf (mass%) shown in Table 3.
  • the size of the sintered body was 4.44 ⁇ 0.08 ⁇ 1.5 ⁇ 0.08 ⁇ 1.0 ⁇ 0.07 mm.
  • the zirconium content and the hafnium content (mass%) in the granulated powder of each example are summarized in Table 3.
  • Examples 14 to 16 and Comparative Examples 8 to 9 At the same time when zirconium t-butoxide (80% 1-butanol solution) was mixed in Example 1, the commercially available silicon powder (volume average particle diameter 1 ⁇ m) was adjusted to the Zr and Si amounts (mass%) shown in Table 4. Except for the addition, 500 sintered bodies were obtained in the same manner as in Example 1. Table 4 summarizes the zirconium content and silicon content (% by mass) in the granulated powder of each example.
  • Examples 17 to 19 and Comparative Examples 10 to 11 When mixing hafnium t-butoxide (80% 1-butanol solution) in Example 4, the commercially available silicon powder (volume average particle diameter 1 ⁇ m) was simultaneously adjusted to the Hf and Si amounts (mass%) shown in Table 5. Except for the addition, 500 sintered bodies were obtained in the same manner as in Example 4. Table 5 summarizes the hafnium content and silicon content in the granulated powder of each example.
  • Examples 20 to 26 and Comparative Examples 12 to 13 Table 6 shows commercially available silicon powder (volume average particle diameter 1 ⁇ m) at the same time when zirconium t-butoxide (80% 1-butanol solution) and hafnium t-butoxide (80% 1-butanol solution) were mixed in Example 8. 500 sintered bodies were obtained for each example in the same manner as in Example 8 except that the Zr, Hf, and Si amounts (mass%) were added. Table 6 summarizes the zirconium content, hafnium content, and silicon content (mass%) in the granulated powder of each example.
  • W 5 Zr 3 was a reactant from the particle surface of the granulated powder of Example 3, and particles of the granulated powder of Example 7 Some amount of W 2 Hf was detected as a reaction product from the surface. It is considered that at least a compound of zirconium and tungsten or a compound of hafnium and tungsten, such as crystals of the reactant, is present in the particle surface layer of the tungsten powder of the present invention.
  • tungsten silicide was present in the range from the particle surface of the granulated powder to 30 nm. I understood. Furthermore, from the X-ray diffraction analysis, tungsten silicide was detected as a reactant from the particle surface of the granulated powder. Most of the tungsten silicide detected was W 5 Si 3 . That is, it was confirmed that silicon is present as tungsten silicide in at least a part of the particle surface of the granulated powder.
  • the sintered bodies of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 13 were used as anode bodies for electrolytic capacitors, and the capacity and LC value were determined.
  • the anode body was formed in a 0.1% by mass nitric acid aqueous solution at 10 V for 5 hours to form a dielectric layer on the anode body surface.
  • the anode body on which the dielectric layer was formed was immersed in a 30% aqueous sulfuric acid solution using platinum black as a cathode to form an electrolytic capacitor, and the capacitance and LC value were measured.
  • the capacity was measured at room temperature, 120 Hz, and a bias value of 2.5 V using an Agilent LCR meter.
  • the LC value was measured 30 seconds after applying 2.5 V at room temperature.
  • Tables 1-6 The results of each Example and each Comparative Example are shown in Tables 1-6. In addition, a numerical value is an average value of 32 examples.
  • the electrolytic capacitors of Examples 1 to 13 made from a sintered body of tungsten powder containing a predetermined amount of zirconium (Zr) element and / or hafnium (Hf) element are provided with Zr element and / or Hf element. It can be seen that the variation in capacitance is small compared to the electrolytic capacitors of Comparative Examples 1 to 7 that do not include fixed amounts. It can be seen that Examples 1 to 12 in which the total of the zirconium element and the hafnium element is 1 mass% or less have a smaller LC.
  • electrolytic capacitors obtained by chemical conversion of sintered tungsten powders (Examples 14 to 26) containing a predetermined amount of silicon element shown in Tables 4 to 6 have a small variation in capacitance. It can be seen that Examples 14 to 24, in which the total of the zirconium element and the hafnium element is 1 mass% or less, have a smaller LC. Although the mechanism of action of zirconium and hafnium elements is not clear, zirconium and hafnium have a more uniform and dense dielectric film because the change in density when converting from metal to oxide by chemical conversion is smaller than that of tungsten. It is conceivable that there is some relationship with the fact that the variation in capacity is small and the LC tends to be small.

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Abstract

本発明は、ジルコニウム元素及び／またはハフニウム元素を含有し、両元素のうちのいずれか含有量の多い方の元素が０．０４～１質量％含まれ、該元素がタングステン粒子表層に局在しているタングステン粉を焼結して焼結体とし、該焼結体をコンデンサの陽極体として用いた電解コンデンサを提供する。本発明による電解コンデンサは、容量が大きく、容量ばらつきが小さく、かつＬＣ特性が良好である。

Description

タングステン粉及びコンデンサの陽極体
　本発明は、タングステン粉、コンデンサ陽極体、その製造方法、及び前記陽極体を有する電解コンデンサに関する。
特許文献１（ＷＯ２０１２／０８６２７２公報）には、良好な漏れ電流（ＬＣ）特性を与える、粒子表面にケイ化タングステンを有しケイ素含有量が０．０５～７質量％であるタングステン粉、コンデンサの陽極体、電解コンデンサ、タングステン粉の製造方法及びコンデンサの陽極体の製造方法が開示されている。また、良好なＬＣ特性を得られなかった例としてタングステン－ジルコニウム合金粉が開示されている。
特許文献２（特開２００７－２９４８７５号公報；ＵＳ７３６２５４１）には、陽極と、陰極と、該陽極が陽極酸化されて形成される誘電体層とを備えた固体電解コンデンサにおいて、漏れ電流の小さいコンデンサを得るために、前記陽極は、ニオブ、アルミニウム、タンタルのいずれか又はニオブ、アルミニウム、タンタルのいずれかを主成分とする合金からなる第一金属層と、該第一金属層の表面の一部がチタン、ジルコニウム、ハフニウムのいずれかを含む第二金属層で被覆されていることを特徴とする固体電解コンデンサが開示されている。
ＷＯ２０１２／０８６２７２公報 特開２００７－２９４８７５号公報（ＵＳ７３６２５４１）
　特許文献１に記載のタングステン粉を使用した電解コンデンサでは、ＬＣ特性は良好ではあるものの、コンデンサの容量値のばらつきが大きいという問題があった。
　従って、発明の目的は、弁作用金属としてタングステン粉の焼結体を陽極体とする電解コンデンサにおける容量のばらつきを低減し得るタングステン粉、それを用いたコンデンサの陽極体、及びその陽極体を電極として用いた電解コンデンサを提供することにある。
　すなわち、本発明は下記のタングステン粉、コンデンサの陽極体、電解コンデンサ、タングステン粉の製造方法及びコンデンサの陽極体の製造方法を含む。
（１）ジルコニウム元素及び／またはハフニウム元素を含有し、両元素のうちのいずれか含有量の多い方の元素が０．０４～１質量％含まれ、該元素はタングステン粒子表層に局在しているタングステン粉。
（２）ジルコニウム元素及び／またはハフニウム元素は、粒子表面から５０ｎｍ以内に局在する前項１に記載のタングステン粉。
（３）ジルコニウム元素及びハフニウム元素の合計が１質量％以下である前項１または２に記載のタングステン粉。
（４）さらにケイ素元素を７質量％以下含む前項１～３のいずれかに記載のタングステン粉。
（５）タングステン粒子表層にジルコニウムとタングステンとの化合物またはハフニウムとタングステンとの化合物を有する前項１～４のいずれかに記載のタングステン粉。
（６）タングステン粉が造粒粉である前項１～５のいずれかに記載のタングステン粉。
（７）前項１～６のいずれかに記載のタングステン粉を焼結してなるコンデンサ陽極体。
（８）前項７に記載のコンデンサ陽極体を一方の電極とし、対電極との間に介在する誘電体とから構成された電解コンデンサ。
（９）原料タングステン粉にジルコニウム化合物及び／またはハフニウム化合物を混合し、真空下で加熱して該タングステン粉の粒子表面と前記混合した化合物とを反応させる工程を有し、得られるタングステン粉中のジルコニウム元素またはハフニウム元素のうちのいずれか含有量の多い方の元素の含有量として０．０４～１質量％となるように前記化合物の混合量が調整されるタングステン粉の製造方法。
（１０）原料タングステン粉にジルコニウム化合物及びハフニウムの化合物を混合し、真空下で加熱して該タングステン粉の粒子表面と前記化応物とを反応させる工程を有し、得られるタングステン粉中のジルコニウム元素及びハフニウム元素の含有量として合計が１質量％以下となるように前記化合物の混合量が調整される前項９に記載のタングステン粉の製造方法。
（１１）さらに、タングステン粉を造粒する工程を含む前項９または１０に記載のタングステン粉の製造方法。
（１２）前項１～６のいずれかに記載のタングステン粉を焼結することを特徴とするコンデンサの陽極体の製造方法。
　本発明のタングステン粉を用いてコンデンサを作製することにより、容量のばらつきが小さいコンデンサを得ることができる。
　本発明のタングステン粉は、例えば、原料タングステン粉と、ジルコニウム化合物及び／またはハフニウム化合物とを混合し、真空下で加熱してタングステン粉の粒子表面と反応させて得ることができる。そのため、得られるタングステン粉中のジルコニウム元素、ハフニウム元素は、前記タングステン粉を構成する粒子表層に局在しやすい。
本発明のタングステン粉はジルコニウム元素またはハフニウム元素のいずれかを所定量含有することによって効果が得られるが、タングステン粉中にジルコニウム元素とハフニウム元素の両方の元素を合計で所定量含有することによっても効果が得られる。本発明のタングステン粉中のジルコニウム元素またはハフニウム元素のうち、いずれか含有量の多い方の元素を０．０４～１質量％含むことが好ましい。また、タングステン粉中にジルコニウム元素とハフニウム元素の両方の元素の含有量を合計で規定する場合には、ジルコニウム元素及びハフニウム元素を合計１．２質量％以下含むことが好ましく、合計１質量％以下含むとＬＣが小さくなりより好ましい。
　原料タングステン粉の体積平均一次粒子径は０．１～１μｍが好ましく、０．１～０．７μｍがより好ましい。この範囲であると容量が大きいコンデンサを作製し易い。
　原料タングステン粉としては市販されているものを使用することができる。
　比較的粒径の小さい原料タングステン粉を得やすい方法としては、例えば、三酸化タングステン粉を水素雰囲気下で粉砕する方法が挙げられる。また、タングステン酸及びその塩（タングステン酸アンモニウム等）やハロゲン化タングステンの粉を水素やナトリウム等の還元剤を使用し、還元条件を適宜選択することによって得ることができる。
　さらに、タングステン含有鉱物粉から直接または複数の工程を得て、還元条件を選択することによっても得ることができる。
　さらに、分級して所望の粒径とした原料タングステン粉を使用することができる。
　原料タングステン粉は、後述するように造粒されたものを使用してもよい（以後、タングステン粉が造粒されたものかどうかを区別する場合は、未造粒のタングステン粉を「未造粒粉」、造粒されたタングステン粉を「造粒粉」と言う。）
　原料タングステン粉に混合するジルコニウム化合物、ハフニウム化合物及びケイ素の素材としてはいずれも市販されているものを使用することができる。
　ジルコニウム元素及びハフニウム元素は、市販の有機ジルコニウム化合物溶液及び有機ハフニウム化合物溶液をタングステン粉と混ぜ合わせ、真空下で加熱することによりタングステン粉に含有させることができる。この方法は、後述する造粒と同時に行なってもよい。なお、高温下ではジルコニウムやハフニウムのアルコキシド化合物は分解して金属となる。
　有機ジルコニウム化合物溶液及び有機ハフニウム化合物としては、例えばテトラピロール化合物溶液、アセチルアセトン化合物溶液、アミド化合物溶液、ブトキシド化合物の１－ブタノール溶液などのアルコキシド溶液を用いることができる。ブトキシド化合物は加水分解反応するので、窒素やアルゴンなど不活性ガス雰囲気下で混合することが好ましい。必要ならば、水及び酸素を除去した１－ブタノールを用いて適宜希釈してタングステン粉と混合することが好ましい。
　本発明のタングステン粉中にジルコニウム元素及びハフニウム元素を所望量残すためには、収率を考慮して所望量と当量以上のアルコキシド化合物を原料タングステン粉に混合しておく必要がある。具体的な混合量については予備実験により求めればよい。また、この方法の場合、ジルコニウム元素及びハフニウム元素はタングステン粒子表面から通常５０ｎｍ以内の表層に局在して存在しやすい。このようにして作製すると、ジルコニウム元素及びハフニウム元素の大半はタングステン粒子表層に固溶して存在すると予想される。またジルコニウム元素の一部はＷ5Ｚｒ3またはＷ2Ｚｒの結晶として存在し、ハフニウム元素の一部はＷ2Ｈｆの結晶として存在する場合もある。
　原料タングステン粉に、ジルコニウム化合物、ハフニウム化合物及び後述するケイ素粉の少なくとも１種を混合する際、該タングステン粉は未造粒粉でも造粒粉でも良いが、均一に混合しやすい点から未造粒粉の方が好ましい。
　本発明の好ましい態様では、本発明のタングステン粉中にケイ素元素を含ませると、得られるコンデンサの漏れ電流をより小さく抑えることができる。本発明のタングステン粉中のケイ素元素含有量は、７質量％以下が好ましく、０．０５～７質量％がより好ましく、０．２～４質量％が特に好ましい。
　本発明のタングステン粉中にケイ素元素を含ませるためには、例えば、ケイ素粉を混合した原料タングステン粉を使用し、通常１０-1Ｐａ以下の真空度で１２００～２０００℃の温度にて加熱し反応させることにより得ることができる。この方法は、後述する造粒と同時に行なってもよい。また、この方法の場合、ケイ素粉はタングステン粒子表面より反応し、Ｗ5Ｓｉ3等のケイ素化タングステンが粒子表面から通常５０ｎｍ以内の表層に局在して形成されやすい。そのため、一次粒子の中心部は導電率の高い金属のまま残り、コンデンサの陽極体を作製したとき、陽極体の等価直列抵抗が低く抑えられるので好ましい。
　原料タングステン粉に混合するケイ素粉としては、タングステン粉と均一に混合され易くするためにケイ素粉の細粉を使用することが好ましい。ケイ素粉の体積平均粒径として、好ましくは０．５～１０μｍ、より好ましくは０．５～２μｍである。
　造粒粉は、例えば、未造粒粉にエタノール等の液体や液状樹脂等の少なくとも１種を加えて適当な大きさの顆粒状とした後に、真空下に加熱し、焼結して得ることもできる。造粒の際、ジルコニウム化合物及び／またはハフニウム化合物を混合した未造粒粉を用いて、造粒粉を得ると同時に本発明のタングステン粉を得てもよい。より具体的には以下のようにして作製できる。
　タングステン未造粒粉（ジルコニウム元素、ハフニウム元素及び／またはケイ素元素が混合されていてもよい）を、１０4Ｐａ以下の真空度で１６０～５００℃の温度で２０分～１０時間放置した後、室温で大気下に戻し、混合し、１０2Ｐａ以下の真空度で１２００～２０００℃、好ましくは１２００～１５００℃で、２０分～１０時間放置し、室温で大気下に戻した後に解砕し、必要であれば分級して粒度分布を整え、造粒粉を得る。造粒粉の体積平均粒径は、好ましくは５０～２００μｍ、より好ましくは１００～２００μｍの範囲である。この範囲であれば成形機のホッパーから金型にスムーズに流れるために好都合である。
　次に、得られた本発明のタングステン粉を成形する。例えば、該タングステン粉に成形用のバインダー樹脂（アクリル樹脂等）を混合し、成形機を用いて成形体を作製してもよい。成形する本発明のタングステン粉は、未造粒粉、造粒粉および未造粒粉と造粒粉との混合粉（一部造粒されている粉）のいずれであってもよい。好ましくは造粒粉である方がコンデンサの陽極としての良好な細孔を得やすい。
　得られる成形体には、コンデンサ素子の陽極リードとなる線材または箔片を植立させておいてもよい。陽極リードの材質としてタンタル、ニオブ、チタン、タングステン、モリブデン等の弁作用金属、または弁作用金属の合金が挙げられる。
　次に、得られた成形体を真空焼結して焼結体を得ることができる。好ましい焼結条件としては、例えば、１０2Ｐａ以下の真空度で、１３００～２０００℃、より好ましくは１３００～１７００℃、さらに好ましくは１４００～１６００℃で、１０～５０分、より好ましくは１５～３０分である。
　得られた陽極リード付の焼結体を陽極体とし、該陽極体を電解化成することにより、陽極体表面（細孔内の表面及び外表面を含む）に誘電体層を形成することができる。さらに、誘電体層上に陰極を形成することにより、コンデンサ素子が得られる。このようなコンデンサ素子からは、陽極体を一方の電極とし、対電極との間に介在する誘電体とから構成されるコンデンサが得られる。また、このように作製されたコンデンサは、通常、電解コンデンサとなる。
　前記陰極は、電解液または半導体層で構成することができる。
　陰極を半導体層で構成する場合、固体電解コンデンサ素子が得られる。例えば、半導体前駆体（例えば、ピロール、チオフェン、アニリン骨格を有するモノマー化合物、及びこれら化合物の各種誘導体から選択される少なくとも１種）を複数回、誘電体層上で重合反応させて導電性高分子からなる所望厚みの半導体層を形成し、コンデンサ素子を得ることができる。さらに、半導体層の上にカーボン層及び銀層を順次積層した電極層を設けたコンデンサ素子とすることが好ましい。このコンデンサ素子を封止し、製品となるコンデンサを得る。
　以下に実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらによって何等制限されるものではない。
　実施例及び比較例において使用したタングステン粉の体積平均粒子径、元素量及び結晶状態は、特に断りの無い限り以下の方法で測定した。
　体積平均粒子径は、マイクロトラック社製ＨＲＡ９３２０－Ｘ１００を用い、粒度分布をレーザー回折散乱法で測定し、その累積体積％が、５０体積％に相当する粒径値（Ｄ50；μｍ）を体積平均粒径とした。なお、各実施例及び比較例で使用した原料タングステン粉は、ほとんど凝集せずに測定されるので、この方法で測定される体積平均粒子径は、ほぼ体積平均一次粒子径とみなせる。
　タングステン粉中の元素量は、ＩＣＰＳ－８０００Ｅ（島津製作所製）を用いＩＣＰ発光分析で測定した。
　タングステン粉中の結晶状態は、Ｘ線回析装置（X'pert PRO PANalytical製）を用いて分析した。
実施例１～３及び比較例１～３：
　二酸化タングステンを水素還元して得た体積平均粒径０．５μｍの原料タングステン粉に、市販のジルコニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)を、表１に示すＺｒ量（質量％）となるように加えて混合し、窒素ガス雰囲気１０3Ｐａ下、３００℃に３０分放置した。室温大気圧下に戻した後に再度混合し、１０Ｐａ下、１３６０℃で３０分放置した。室温で大気下に戻した後にハンマーミルで解砕し、粒度２６～１３０μｍを篩分して造粒粉（体積平均粒径１０５μｍ）を作製した。次に造粒粉１００質量部にアクリル樹脂２質量部を混合した後に株式会社精研製ＴＡＰ２成形機を用い、直径０．２９ｍｍのタンタル線を植立させて成形体を作製し、さらに１０Ｐａ下、１４２０℃で３０分焼結した。室温で大気下に戻し、大きさ４．４５±０．１０×１．５±０．０４×１．０±０．０５ｍｍで１．５×１．０ｍｍ面にタンタル線が６ｍｍ植立された焼結体を各例５００個作製した。各例の造粒粉中のジルコニウム含量（質量％）を表１にまとめて示す。
実施例４～７及び比較例４～５：
　実施例１の原料タングステン粉を分級して体積平均粒子径０．３μｍの本実施例及び比較例で使用する原料タングステン粉を得、ジルコニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)の代わりに市販のハフニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)を表２に示すＨｆ量（質量％）となるように加えた以外は実施例１と同様にして焼結体を各例５００個得た。焼結体寸法は、大きさ４．４５±０．１３×１．５±０．０６×１．０±０．０６ｍｍであった。各例の造粒粉中のハフニウム含量（質量％）を表２にまとめて示す。
実施例８～１３及び比較例６～７：
　実施例１の原料タングステン粉を分級して体積平均粒子径０．１μｍの本実施例及び比較例で使用する原料タングステン粉を得、ジルコニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)に加えてハフニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)を表３に示すＺｒ及びＨｆ量（質量％）となるように加えた以外は実施例１と同様にして焼結体を各例５００個得た。焼結体寸法は、大きさ４．４４±０．０８×１．５±０．０８×１．０±０．０７ｍｍであった。各例の造粒粉中のジルコニウム含量とハフニウム含量（質量％）を表３にまとめて示す。
実施例１４～１６及び比較例８～９：
　実施例１でジルコニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)を混合するときに同時に市販のケイ素粉（体積平均粒子径１μｍ）を表４に示すＺｒ及びＳｉ量（質量％）となるように加えた以外は実施例１と同様にして焼結体を各例５００個得た。各例の造粒粉中のジルコニウム含量とケイ素含量（質量％）を表４にまとめて示す。
実施例１７～１９及び比較例１０～１１：
　実施例４でハフニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)を混合するときに同時に市販のケイ素粉（体積平均粒子径１μｍ）を表５に示すＨｆ及びＳｉ量（質量％）となるように加えた以外は実施例４と同様にして焼結体を各例５００個得た。各例の造粒粉中のハフニウム含量とケイ素含量を表５にまとめて示す。
実施例２０～２６及び比較例１２～１３：
　実施例８でジルコニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)とハフニウムｔ－ブトキシド(８０％１－ブタノール溶液)を混合するときに同時に市販のケイ素粉（体積平均粒子径１μｍ）を表６に示すＺｒ、Ｈｆ及びＳｉ量（質量％）となるように加えた以外実施例８と同様にして焼結体を各例５００個得た。各例の造粒粉中のジルコニウム含量、ハフニウム含量及びケイ素含量（質量％）を表６にまとめて示す。
　ここで、比較例１を除く各例における造粒粉をスパッタリングしてオージェ電子分光法により分析したところ、ジルコニウム元素またはハフニウム元素は造粒粉の粒子表面から３０ｎｍまでの範囲に存在することが分かった。
　実施例３及び７の造粒粉についてＸ線回析の分析を行ったところ、実施例３の造粒粉の粒子表面より反応物としてＷ5Ｚｒ3が、実施例７の造粒粉の粒子表面より反応物としてＷ2Ｈｆがそれぞれ若干量検出された。本発明のタングステン粉の粒子表層には、少なくとも前記反応物の結晶など、ジルコニウムとタングステンとの化合物またはハフニウムとタングステンとの化合物が存在すると考えられる。
　また、同様のオージェ電子分光法分析で実施例１４～２６及び比較例８～１３の造粒粉を分析したところ、ケイ化タングステンは造粒粉の粒子表面から３０ｎｍまでの範囲に存在することが分かった。さらにＸ線回析’の分析から、造粒粉の粒子表面より反応物としてケイ化タングステンが検出された。検出されたケイ化タングステンのほとんどがＷ5Ｓｉ3であった。すなわち、ケイ素が造粒粉の粒子表層の少なくとも一部で、ケイ化タングステンとして存在することが確認された。
　実施例１～２６及び比較例１～１３の焼結体を電解コンデンサの陽極体として用い、容量及びＬＣ値を求めた。陽極体を０．１質量％の硝酸水溶液中で１０Ｖで５時間化成し、陽極体表面に誘電体層を形成した。誘電体層を形成した陽極体を、白金黒を陰極とした３０％硫酸水溶液中に漬け、電解コンデンサを形成し、容量及びＬＣ値を測定した。容量は、アジレント製ＬＣＲメーターを用い、室温、１２０Ｈｚ、バイアス２．５Ｖ値での値で測定した。ＬＣ値は、室温で２．５Ｖを印加して３０秒後に測定した。各実施例及び各比較例の結果を表１～６に併記する。なお、数値は、各例３２個の平均値である。
　表１～３からジルコニウム（Ｚｒ）元素及び／またはハフニウム（Ｈｆ）元素を所定量含むタングステン粉の焼結体から作製した実施例１～１３の電解コンデンサは、Ｚｒ元素及び／またはＨｆ元素を所定量含まない比較例１～７の電解コンデンサに比べて容量のばらつきが小さいことが分かる。ジルコニウム元素及びハフニウム元素の合計が１質量％以下である実施例１～１２はさらにＬＣも小さいことが分かる。また、表４～６の所定量のケイ素元素を含むタングステン粉の焼結体（実施例１４～２６）を化成して得た電解コンデンサは、容量のばらつきが小さいことが分かる。ジルコニウム元素及びハフニウム元素の合計が１質量％以下である実施例１４～２４はさらにＬＣも小さいことが分かる。
　ジルコニウム元素及びハフニウム元素の作用機序は明らかではないが、ジルコニウムやハフニウムは、化成により金属から酸化物となる際の密度変化がタングステンより小さいために誘電体膜がより均一で緻密になることが考えられ、容量ばらつきが小さいことや、ＬＣが小さくなりやすいことと何らかの関係があるものと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　表中、「±」を用いて表される範囲は、測定された試料がその範囲にすべて入っていたことを示す。これは表２～６でも同様である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　ジルコニウム元素またはハフニウム元素のいずれか含有量の多い方の元素が０．０４～１質量％含まれ、該元素がタングステン粒子表層に局在しているタングステン粉またはその造粒粉を焼結した焼結体をコンデンサの陽極体として使用することにより容量のばらつきが低減され、安定して容量が大きな電解コンデンサを製造することができる。

Claims (12)

  1. 　ジルコニウム元素及び／またはハフニウム元素を含有し、両元素のうちのいずれか含有量の多い方の元素が０．０４～１質量％含まれ、該元素はタングステン粒子表層に局在しているタングステン粉。
  2. 　ジルコニウム元素及び／またはハフニウム元素は、粒子表面から５０ｎｍ以内に局在する請求項１に記載のタングステン粉。
  3. 　ジルコニウム元素及びハフニウム元素の合計が１質量％以下である請求項１または２に記載のタングステン粉。
  4. 　さらにケイ素元素を７質量％以下含む請求項１～３のいずれかに記載のタングステン粉。
  5. 　タングステン粒子表層にジルコニウムとタングステンとの化合物またはハフニウムとタングステンとの化合物を有する請求項１～４のいずれかに記載のタングステン粉。
  6. 　タングステン粉が造粒粉である請求項１～５のいずれかに記載のタングステン粉。
  7. 　請求項１～６のいずれかに記載のタングステン粉を焼結してなるコンデンサ陽極体。
  8. 　請求項７に記載のコンデンサ陽極体を一方の電極とし、対電極との間に介在する誘電体とから構成された電解コンデンサ。
  9. 　原料タングステン粉にジルコニウム化合物及び／またはハフニウム化合物を混合し、真空下で加熱して該タングステン粉の粒子表面と前記混合した化合物とを反応させる工程を有し、得られるタングステン粉中のジルコニウム元素またはハフニウム元素のうちのいずれか含有量の多い方の元素の含有量として０．０４～１質量％となるように前記化合物の混合量が調整されるタングステン粉の製造方法。
  10. 　原料タングステン粉にジルコニウム化合物及びハフニウムの化合物を混合し、真空下で加熱して該タングステン粉の粒子表面と前記化応物とを反応させる工程を有し、得られるタングステン粉中のジルコニウム元素及びハフニウム元素の含有量として合計が１質量％以下となるように前記化合物の混合量が調整される請求項９に記載のタングステン粉の製造方法。
  11. 　さらに、タングステン粉を造粒する工程を含む請求項９または１０に記載のタングステン粉の製造方法。
  12. 　請求項１～６のいずれかに記載のタングステン粉を焼結することを特徴とするコンデンサの陽極体の製造方法。
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