具有结构化的烧结-活性表面的半成品以及它们的制造方法技术

本发明专利技术包括具有结构化表面的半成品，所述半成品包括经过氧化并且随后再还原的表面，所述表面包含至少一种高熔点金属，本发明专利技术还包括这些半成品的制造方法以及它们用于生产高电容组件的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半成品，例如具有结构化的烧结-活性表面的高熔点金属的线或片，涉及至少部分地具有这种表面的半成品，还涉及它们的制造和应用。
技术介绍
电容器是电气工程中的重要组件。特别是对于日益增加的便携设备的数量和快速发展的计算机技术，这些组件必须满足更高的要求。对于移动应用，这些组件的整体尺寸变 得越来越小，而电参数(例如具体是电容量和介电强度)保持不变。处理器(CPU)不断缩短的周期时间也要求这些组件有相应的进步，具有更低的电阻(等值串联电阻(ESR))或电感(ESL)0这对使用的材料和技术提出了很大的挑战。要增加电气组件的电容量，通常要使用高电容粉末。这种情况下这些粉末的比电荷必须变得越来越大，才能使小组件的电容量的体积得率增加。2000年的上限为70000微库仑/克，目前粉末的电容量约为100000-200000微库仑/克。通过增加比表面积，就能显著提高粉末的电荷。要制造用于电容器的阳极，通常将粉末压制成半成品(例如线)并在一般超过1200 V的高温下在高真空中烧结。同时伴随有粉末比表面积的损失。随着粉末电荷的增加，即比表面积的增加，这种损失会变得越来越大，因为粉末会变得更为烧结-活性。为了在电容器中获得最高的可能电荷，就要试图使烧结温度保持尽可能低，以使这种损失最小化。另一方面，粉末与阳极导体的粘结对电容器的品质具有决定性的重要意义。对于制造方法中进一步的加工性能、剩余电流行为、以及对于电流和电压峰值的稳定性，良好的粘结很重要。尽可能大的粘结面积产生特别低的电阻，并且由此产生低ESR 值。因此，使用特高电容的粉末制造高电容半成品时，与阳极导体形成良好粘结是一个障碍，因为这些粉末可能只是在较低温度下烧结。较高的温度会使表面积缩至太小，所以无法获得要求的电荷。另外，用于制造阳极导体的半成品(例如线或片)已经在生产过程中在高温下进行了处理(例如在铸块的熔体冶金生产过程中随后将铸块拉制成线或碾轧成片)，因此具有非常平滑的表面。因此在较低温度下，这些半成品并不具有很强的烧结-活性，只表现出较低的与粉末精细表面粘结的倾向。通过烧结粘结的高电容量粉末从半成品上脱离的作用力较低。US6226173B1、US649021B2和W001/7928A1描述了导电、海绵样结构的阳极的制造，这种阳极通过氧化、随后还原、并且在基材上以树枝状形式定向应用导电物质而制造。这种制造过程产生高电容组件。然后可以在这种海绵样表面上产生介电膜。但是，沉积过程比较繁冗。通过
技术介绍
可知，高电容组件的生产需要能够用高电容材料烧结的半成品，这些组件由此具有充分的机械稳定性、以及对于电流和电压峰值的稳定性。
技术实现思路
通过具有结构化表面的半成品实现了专利技术目的，所述半成品包括经过氧化、然后再次还原的表面，所述表面包含至少一种高熔点金属。由于这些半成品具有粗糙化的表面结构，它们特别适合用高电容材料通过烧结方式进行涂布。“半成品”应理解为优选表示阳极或阳极导体，例如为线、片、条或其他模制部件形式。这些阳极导体可以用高熔点金属涂布，所述高熔点金属优选自下组钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钥、和/或钨，或者直接由这些材料构成。优选的耐火材料是钛、钨和钥，特别是铌和钽。而且，还可以使用包含这些高熔点金属的合金，具体是与铝、硅、锌、镉、镓、锗、铟、锡、铺、締、铭、铅、秘、乾、或稀土元素或所述这些高熔点金属的合金，例如Ta-Ti、Nb-Ti、Nb-V>或Ta-Nb合金。阳极导体和/或涂料中可以另外掺杂有不同金属和/或金属离子或磷、氮或硼。掺杂这些元素在原理上是已知的，通常情况下，氮的掺杂量为10-10000ppm,磷的掺杂量为lO-lOOOppm，硼的掺杂量为10-1000ppm。对于经过涂布的阳极导体，所述高熔点金属可以施加在另一种导电金属上，例如银、铜或铝。具有高熔点金属的阳极导体的涂层厚度优选为10纳米-I毫米，更优选为100微米，具体为10纳米-50微米，特别优选为100纳米-10微米。依据本专利技术的半成品还包括结构化的表面，所述表面是通过氧化、并对经过氧化的表面进行还原而产生的层。所述表面的特征是具有粗糙化的结构，优选为开孔的结构。在一个优选的实施方式中，依据本专利技术的半成品的区别特征是，进行依据本专利技术的处理之后的半成品的比表面积与进行依据本专利技术的处理之前的比表面积相比大了10-100000、或 10-10000、或 10-1000、或 10-100、或 100-10000、或 100-1000 倍。依据本专利技术的处理包括对半成品氧化、以及随后进行的还原。优选半成品的表面在使用20伏形成时，其电容量超过每平方厘米基底面积100纳法，优选为1-50微法，特别优选为2-10微法。“基底面积”理解为氧化/还原处理之前半成品的面积。优选电容量值与厚度为50纳米-100微米(1-50微法(用20伏形成))或100纳米-I微米(2-10微法(用20伏形成))的经过处理的层相关。电容量的测量值与通过氧化/还原处理制成的半成品的比表面积增加量成正比。未依据本专利技术进行处理的半成品的电容量小于200纳法/平方厘米，具体是10纳法/平方厘米。经过处理的半成品的电容量大于I微法/平方厘米。因此，优选的电容量值指示了结构化表面，所述表面一方面本身具有高电容量，另一方面特别适合通过烧结方式稳定地粘结高电容材料。依据本专利技术，对具有高比表面积的材料使用术语“高电容量”。例如，比表面积大于 0.3平方米/克的材料可以称为高电容量。电容器等式显示电容量C与比表面积A成正比，与介电厚度d成反比。比例因子e定义为介电常数，C= ε XA/d。对微观表面积与宏观表面积的比值或结构化表面积与非结构化表面积的比值至少为10的半成品使用术语“高电容半成品”。未经处理的宏观表面积(例如I平方厘米)在进行依据本专利技术的处理之后，微观表面积至少为10平方厘米。 通过上述电容器等式可以计算依据本专利技术对半成品的表面进行阳极化之后的微观表面积，并且确定其电容量。因此，由此测得的电容量是微观表面积的变量，可以用作为对微观表面积的量度。因为阳极化影响了实际微观表面，部分表面可能与其余部分的半成品绝缘，所以这些部分表面不会对测得的电容量作出贡献。结果是，半成品的实际微观表面远大于用这种方法测得的微观表面。通过扫描电子显微照片可以显示，结构化表面具有不同形式的开口，这些开口中主要是平均壁间距离为10纳米-10微米的开口。根据半成品的预期应用，并不绝对要求半成品的整个表面通过随后的烧结而活化。在制造高电容组件时，通常有O. 2平方毫米-I平方厘米的表面积涂布有高电容材料，因此，对半成品进行的相应部分表面处理可能是充分的。为了实现本专利技术的目的，包含经过氧化并随后再次还原的表面、包含高熔点金属的半成品是完全表面处理和部分地经过表面处理的半成品。本专利技术进一步的主题是制造表面结构化的半成品的方法，所述半成品的表面包含至少一种耐火材料，所述表面经过氧化、并且随后对获得的氧化层进行再次还原。具体通过对表面进行氧化/还原处理，使得在热处理条件下商业化制造的半成品(例如通过熔体冶金方法拉制成的线或轧制的片)能够转变成烧结-活性的半成品。要制造表面结构化的半成品，对所述半成品的至少部分表面进行氧化。所述氧化可以是例如热氧化、化本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有结构化的烧结？活性表面的阳极，所述的阳极具有钛、钼、钨、铌、钽或包含一种或多种这些金属的合金的高熔点金属表面，所述的阳极具有经过氧化并且随后再还原的表面。

【技术特征摘要】
2006.08.16 DE 102006038502.01.具有结构化的烧结-活性表面的阳极，所述的阳极具有钛、钥、钨、铌、钽或包含一种或多种这些金属的合金的高熔点金属表面，所述的阳极具有经过氧化并且随后再还原的表面。2.如权利要求I所述的阳极，其特征在于，所述阳极和/或其涂层掺杂有不同金属和/或金属离子、和/或掺杂有以下元素中的一种或多种磷、氮、硅或硼。3.如权利要求I所述的阳极，其特征在于，所述结构化的烧结-活性表面的厚度为50纳米-50微米。4.如权利要求I所述的阳极，其特征在于，所述阳极的比表面积在其氧化并随后还原之后比进行包括氧化和随后还原的处理之前的比表面积大了 10-100000倍。5.如权利要求I所述的阳极，其特征在于，以20伏阳极氧化时，厚度为50纳米-10微米的结构化表面的电容量为每平方厘米基底面积1-50微法。6.如权利要求I所述的阳极，其特征在于，通过烧结用比表面积大于O.3平方米/克的高电容粉末对阳极进行涂布。7.包含如权利要求1-6中任一项所述的阳极的比表面积大于O.3平方米/克的高电容组件。8.如权利要求7所述的包含如权利要求1-6中任一项所述的阳极的高电容组件，其特征在于，所述阳极上烧结了另一种高电容粉末。9.如权利要求8所述的高电容组件，其特征在于，所述另一种高电容粉末包含钛、钥、钨、铌、钽或包含一种或多种这些金属的合金的高熔点金属。10.制造如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯坦佐，A·沙夫，H·哈斯，H·布鲁姆，T·朗格特普，C·施尼特，
申请(专利权)人：H·C·施塔克有限公司，
类型：发明
国别省市：