一种形成烧结阀金属材料的方法技术

公开了一种形成烧结阀金属的方法。该方法包括在碘源存在的情况下烧结阀金属如钽或铌。该方法任选地包括使用用于烧结和／或与组合步骤中相同的设备来使金属脱氧。由本发明专利技术方法形成的烧结阀金属优选具有相对大的孔和用于制造具有高电容和低泄漏的电容器所期望的其它性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及阀金属和使用阀金属的电解电容器以及制造阀金属和电容器的方法。更特别地，本专利技术涉及烧结阀金属材料和烧结体，如由烧结阀金属材料制造的具有高电容的电容器。通常，电容器且特别是阀金属电容器已经成为电子电路小型化的主要贡献者。阀金属电容器通常这样制备通过压制阀金属粉末以形成片，在炉子中烧结该片以形成多孔的钽体(电极)，然后将多孔体放在适当电解质中作阳极化处理从而在烧结体上形成连续的介电氧化物薄膜。适用于固体电解电容器的阳极电极中的阀金属粉末可以包括如铌、钽、钛、钨、和/或钼的粉末。由电容器级粉末形成的电容器或电极的性能特性以荷质比和电流泄漏表示。荷质比是电容器电荷容量的量度，通常与作为烧结并阳极化处理的片的粉末表面积成比例。电泄漏是电容器将荷质比保持得怎样的指示。具有改善的电泄漏特性的电容器被认为具有更高的可靠性。适于制造电容器的阀金属粉末的开发已由电容器制造商和阀金属加工者两者的努力产生，以描绘最好地用于在高质量电容器生产中的电容器级粉末所需的特性。这样的特性包括比表面积、纯度、收缩率、可压制性等。当粉末形成多孔体并得到烧结时，其优选提供适当的电极表面积。钽电容器的μFV/g可以与由烧结阀金属粉末片制造的烧结多孔体比表面积有关。阀金属粉末的比表面积可以与烧结多孔体中可得到的最大μFV/g有关。粉末的纯度是重要的考虑事项。金属和非金属杂质趋向于使阀金属电容器中的介电氧化物薄膜降级。当高烧结温度用于去除一些挥发性杂质时，高温也易于使多孔体收缩，减小其净比表面积及产生的电容器电容。在烧结条件下使比表面积的损失最小，即使收缩最小，对生产高μFV/g的阀金属电容器来说是期望的。公知的，阀金属片的μFV/g可以被烧结粉末比表面积影响。通过增加每个片粉末的质量(克)当然能获得更大的净表面积；但是，成本和尺寸的考虑已经表明开发集中在增加阀金属粉末比表面积的方法上。烧结是通过应用热以实现消除或减少颗粒之间接触界面的几种原子运动机理中的一种或多种的粉块结合。说明烧结过程的机理是已知的并描述在例如，“Sintering Theory and Practice”，R.M.German，J.Wiley and Sons，New York(1996)中，其全部内容在此引入作为参考。烧结机理包括粘性流、液相溶解-沉积、体扩散、表面扩散和蒸发-凝结。烧结机理通常导致稠化，从而促进烧结体的收缩。然而，例如S.Adelman在www.mit.edu/-sca23/simonadelman/surfactant.html上的“Surfactant AidedDispersion of Nanoparticular Suspension of Welding Fume”中已报道烧结机理、表面扩散和蒸发/凝结不会导致烧结材料的稠化，该文作为参考在此引入。典型地，烧结是在高温下(如1500～2000℃)真空下进行。烧结导致单独的粉末颗粒结合在一起以形成多孔的结构。这种结构优选具有高的机械强度和密度，但是也优选是高度多孔的，显示出大的内表面积。烧结过长时间或在高温下烧结的烧结体易于形成过多熔融在一起的烧结材料，导致由此形成的阳极具有低比表面积和低电容量。类似地，如果阳极没有烧结足够长的时间，或炉温不足地低，则即使电容量高，机械强度也不足。阀金属材料的氧化可通过各种活性(active)或钝态过程(passive process)而发生于阀金属材料的生产或加工的各个阶段。例如，阀金属可由于在周围环境或其它条件下与空气发生表面反应而具有氧化层。阀金属材料的氧含量可以通过如在其加工的一个或多个阶段中使阀金属脱氧来进行控制。一般，脱氧是通过将氧吸气剂引入阀金属材料中来实现的。常规地，烧结和脱氧是在分离的步骤中实现，经常使用分离的装置。将烧结和脱氧步骤结合起来可节省大量与阀金属加工有关的时间和金钱。因此，需要一种烧结阀金属的方法，以优选实现烧结阀金属材料的粗化而不会稠化，这为孔体积和表面积的保持、烧结的有限程度和压块或压碎体强度的提高作准备。此外，需要一种在一个组合步骤中烧结和使阀金属材料脱氧的方法，该阀金属材料用于形成具有高电容电容器。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个特征是提供用来精细控制阀金属材料烧结过程的方法。本专利技术的另一特征是提供低温烧结方法，其中主要的烧结机理是表面扩散和/或蒸发-凝结。本专利技术的进一步特征是提供使用基本上相同的设备、在组合步骤中烧结和使阀金属材料脱氧的方法。本专利技术另一特征是提供在烧结过程中形成促进烧结的烧结助剂的方法，以及提供收集至少一部分烧结助剂，以在进一步烧结过程中再利用的方法。本专利技术的附加特征和优点将在下面的说明书中部分阐明。为了获得这些和其它优点，并根据本专利技术的目的，如在此具体表达和概括描述的，本专利技术涉及在至少一种碘源存在的情况下对阀金属材料进行烧结以形成烧结阀金属材料的方法。该方法任选包括阀金属-碘化合物的形成。本专利技术进一步涉及一种通过本专利技术方法所形成的烧结阀金属材料。本专利技术还涉及由该烧结阀金属材料制造的电容器。应当理解，前面概述和下面详述都仅仅是示范性和说明性的，且用来对要求保护的本专利技术提供进一步的解释。引入并构成本申请一部分的附图显示了本专利技术的一些实施方式，并和说明书一起用来说明本专利技术的原理。附图说明图1是根据本专利技术一个实施方式的设备配置的略图。其它设备配置是可能的。图2是用于TaI5的蒸发-凝结机理的略图。图3是根据本专利技术一个实施方式的烧结阳极横截面的SEM照片。具体实施例方式根据本专利技术用于形成烧结阀金属材料的方法包括在至少一种碘源存在的情况下烧结起始阀金属。阀金属可以包括氧化层，且本专利技术的方法可以包括在阀金属烧结之前、期间和/或之后，在氧吸气剂存在的情况下使该阀金属脱氧。对本专利技术来说，起始阀金属或基体阀金属或阀金属通常包括钽、铌及其合金，且还可以包括IVB、VB和VIB族的金属、与铝和铜及、其合金。例如，阀金属描述于Diggle的“Oxides and Oxide Films”，Vol.1，94-95页，1972，Marcel Dekker，Inc.，New York中，其全部内容作为参考在此引入。阀金属通常是从其矿石中提取出来，并通过利用原生金属处理器的包括例如在美国专利No.6,348,113中描述的化学还原的加工形成粉末。本专利技术中使用的阀金属可以这样形成例如通过金属钠对钾钽氟化物盐的化学还原，随后酸处理、水洗并干燥。处于该阶段的干燥钽基材料通常是指钠还原的粉末。在另一种方法中，基体材料是通过使锭氢化、并将锭破碎成期望尺寸的粉末来由例如钽的锭制成的。将粉末在真空中进一步脱气，以除去氢。产生的粉末通常称为锭-衍生的粉末(ingot-derived powder)。不论原料，阀金属粉末可以是任何粉末，如颗粒状、微粒状、纤维状、薄片状、角形、结节状、珊瑚状及其混合或变化。钽粉的实例描述于美国专利No.6,348,113 B1；5,580,367；5,580,516；5,448,447；5,261,942；5,242,481；5,211,741；4,940,490和4,441,927中，其全部内容作为参考在此引入。铌粉和其他金属粉末的实例描述于美国专利No.6,420,043 B1；6,402,06本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧结阀金属的方法，包括在至少一种碘源存在的情况下烧结所述阀金属以形成烧结阀金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-4-25 60/465,5761.一种烧结阀金属的方法，包括在至少一种碘源存在的情况下烧结所述阀金属以形成烧结阀金属。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述烧结过程中，阀金属-碘化合物与所述烧结阀金属一起形成。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述碘源是气体。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述碘源是液体。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述碘源是固体。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结发生在真空炉或反应器中。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结发生在具有可隔离捕集器的真空炉中。8.如权利要求2所述的方法，进一步包括在可隔离捕集器中收集所述阀金属-碘化合物的至少一部分以重新使用。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述阀金属是钽。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述阀金属是铌。11.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述阀金属-碘化合物是碘化钽。12.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述阀金属-碘化合物是TaI5或NbI5。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结在低于约1200℃的温度下。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结在约350至约900℃的温度下。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结在约450至约850℃的温度下。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结在其中主要烧结机理包括表面扩散和蒸发/凝结的温度下。17.如权利要求1所述的方法，其特征用于所述烧结时间为约10分钟至约50小时。18.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述阀金属和所述阀金属-碘化合物以平衡存在。19.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述真空炉进一步包括一个用于包含氧吸气剂的可隔离的添加系统。20.如权利要求6所述的方法，进一步包括在所述真空炉内使所述阀金属脱氧。21.如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述烧结过程中存在至少一种氧吸气剂。22.如权利要求21所述的方法，其特征在于所述氧吸气剂包括镁。23.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述烧结之前、期间和/或之后进行脱氧。24.如权利要求23所述的方法，其特征在于所述脱氧是镁脱氧。25.由权利要求1所述方法形成的烧结阀金属。26.包括如权利要求25所述的烧结阀金属的电容器。27.一种形成烧结阀金属的方法，包括在容器中在碘源存在的情况下烧结阀金属；在所述容器中在氧吸气剂存在的情况下使所述阀金属脱氧。28.如权利要求27所述的方法，其特征在于在所述烧结过程中，阀金属-碘化合物与所述烧结阀金属一起形成。29.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述碘源是气体。30.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述碘源是液体。31.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述碘源是固体。32.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述阀金属包括钽，所述阀金属-碘化合物包括TaI5，所述氧气吸气剂是MgI2。33.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述脱氧发生在所述烧结之前、期间和/或之后。34.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述容器包括真空炉。35.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述容器进一步包括可隔离的捕集器。36.如权利要求35所述的方法，进一步包括在一个或多个可隔离的捕集器中收集所述阀金属-碘化合物的至少一部分和所述氧吸气剂的至少一部分以重新使用。37.如权利要求34所述的方法，其特征在于所述容器进一步包括用于包含所述氧吸气剂的可隔离的添加系统。38.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述阀金属是钽。39.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述阀金属是铌。40.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述阀金属具有氧化层，该氧化层为五氧化钽或五氧化铌。41.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烧结在低于约1200℃的温度下。42.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述脱氧在低于约1200℃的温度下。43.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烧结和所述脱氧在大约350至约900℃的温度下。44.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述脱氧在约350至约900℃的温度下。45.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烧结在约450至约800℃的温度下。46.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述脱氧在约450至约850℃的温度下。47.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烧结在其中主要烧结机理包括表面扩散和蒸发/凝结的温度下。48.如权利要求27所述的方法，其特征在于所述烧结时间为约2至约50小时。49.由权利要求27所述方法形成的烧结阀金属。50.包括如权利要求49所述的烧结阀金属的电容器。51.如权利要求28所述的方法，其特征在于所述阀金属包括铌，所述阀金属-碘化合物包括NbI5，所述氧吸气剂是MgI2。52.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述烧结发生在任何阳极化处理之前。53.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特D马里亚尼，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]