專利名稱：電容器電極的制造方法和電容器制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從一條電極引線和一個(gè)與之接觸的物體起地制造電容器電極的方法，在這里，通過氧化物體表面層形成一個(gè)電極體，該電極體在其表面上具有一個(gè)電介質(zhì)層。此外，本發(fā)明涉及電容器制造方法。
在鈮電容器中的已知方法具有以下缺點(diǎn)，即由此制成的電容器沒有足夠高的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這是因?yàn)?，氧從電介質(zhì)層中擴(kuò)散到燒結(jié)體的金屬鈮中，由此在氧化物層中形成低值氧化物，所述低值氧化物具有半導(dǎo)體(NbO2)或?qū)щ?NbO)性能。由此一來，電介質(zhì)有效地變薄，從而喪失了擊穿強(qiáng)度并且電容器失效。
根據(jù)本發(fā)明，通過如權(quán)利要求1所述的方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。由其它權(quán)利要求中得到了本發(fā)明的其它改進(jìn)方案以及一種電容器制造方法。
本發(fā)明給出了這樣一種方法，該方法能夠制造出一種具有一電極體、一與電極體接觸的電極引線、一在電極體表面上的電介質(zhì)層以及一個(gè)在電介質(zhì)層和電極體之間的中間層的電極。
本發(fā)明的方法基于一個(gè)電極陰險(xiǎn)和一個(gè)與之接觸的且由含有成分A和成分B的金屬構(gòu)成的物體。所述成分是如此選擇的，即成分A是一種導(dǎo)電材料，其表面可以通過氧化被轉(zhuǎn)變成電介質(zhì)。此外，如此選擇這些成分，即在成分A中的氧化自由焓ΔG的絕對(duì)值高于在成分B中的氧化自由焓的絕對(duì)值。這樣一來，在表面上優(yōu)先氧化成分A。最后，還必須遵守這樣的邊界條件，即成分A的表面能高于成分B的表面能。
基于上述材料成分，進(jìn)行以下步驟a)材料的成分A在該物體的一個(gè)表面層中氧化，由此形成一個(gè)電極體，該電極體在其表面上具有一個(gè)電介質(zhì)層；b)隨后，電極體在適當(dāng)溫度下一直進(jìn)行熱處理，直到材料的成分B在電極體表面上偏析。在那里，成分B形成一個(gè)在電極體和電介質(zhì)層之間的中間層。
此外，本發(fā)明給出了一種電容器制造方法，它具有以下附加步驟c)用一個(gè)對(duì)電極覆蓋該電極的孔的表面；d)使對(duì)電極接觸一根對(duì)電極引線。
通過適當(dāng)選擇成分B，可以制定本發(fā)明電極的中間層的功能，即它阻止了材料在電介質(zhì)層和電極體之間的交換。
本發(fā)明的方法具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即由中間層構(gòu)成的材料以物體材料成分的形式存在。因此，中間層材料可以很簡(jiǎn)單地被加入該方法中，如以均勻合金的形式。
例如，以鈮為成分A并以釩為成分B地滿足了形成成分A和成分B的氧化物的能量前提條件。在鈮(Nb2O5)的情況下，氧化自由焓ΔG為ΔGox＝-210.5kcal/mol。而釩(V2O5)的氧化自由焓為ΔGox＝-135.7kcal/mol。這意味著，在氧化情況下，例如由陽(yáng)極氧化造成的氧化情況下，優(yōu)先形成Nb2O5而不是V2O5。這樣確保了，電極的電介質(zhì)層因氧化引發(fā)偏析而優(yōu)選地由適用于此的成分A的材料構(gòu)成。
如果人們以鈮為成分A并以釩為成分B，則人們也可以獲得適用于各自表面能的尺寸比。鈮的表面能為γ＝2983Jm-2，而釩的表面能為γ＝2983Jm-2。這樣就實(shí)現(xiàn)了，通過在氧化后進(jìn)行的電極體熱處理，表面能低的成分B在電極體表面上或者說在電介質(zhì)層和電極體之間通過偏析而富集。
由此為本發(fā)明的方法得到以下優(yōu)點(diǎn)，即成分B可以通過很簡(jiǎn)單的熱處理而不需要其它附加措施地被送往理想地點(diǎn)，即送到電極體表面和電介質(zhì)層之間。
在該方法的一個(gè)有利實(shí)施方式中，可以如此選擇成分B，即由其形成的中間層阻止了氧在電介質(zhì)層和電極體之間的交換。為此，氧在成分B中擴(kuò)散速度必須小于其在成分A中的擴(kuò)散速度，并且氧在成分B中的溶解明顯弱于其在成分A中的溶解。通過以鈮為成分A并以釩為成分B而滿足了這個(gè)要求。通過這樣的阻止氧擴(kuò)散的中間層，有效抑制了因氧缺少而在Nb2O5的電介質(zhì)層中形成低值氧化物。
作為用于本發(fā)明方法的材料，可以特別有利地采用一種金屬合金，其中成分B的含量一般為10重量％-50重量％。當(dāng)以鈮為成分A并以釩為成分B時(shí)，制備成合金形式的混合物在生產(chǎn)技術(shù)方面是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)樵谶@兩種情況下涉及金屬。但是，成分B可以以金屬中攙雜的形式存在。
此外，在物體材料申，為成分A采用單向?qū)щ娦越饘偃玮壔蜚g或或含單向?qū)щ娊饘俚暮辖?，如?鉭合金。在成分A是鈮/鉭合金的情況下，人們將為電介質(zhì)層得到一種具有特別有利的性能的混合氧化物。
在該方法中采用的物體可以非常有利地是一種多孔物體，它例如通過燒結(jié)粉末或膏劑來制成。作為電極體的多孔物體具有表面積大的優(yōu)點(diǎn)，因此，用該電極制成的電容器具有大電容。
為了抑制在電介質(zhì)層和電極體之間的氧擴(kuò)散，尤其是考慮使用含有Sc、Y、鑭系元素、Ti、Zr、Va、Cr、Mo或Wo的成分B。在這里，作為鑭系元素，可以考慮鑭、鈰、鐠、釹、釙、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、鐿或镥。
此外，特別有利的是，在物體材料中的成分B的含量以及電極體熱處理的時(shí)間和溫度是如此選擇的，即形成一個(gè)有至少兩個(gè)原子單層厚的中間層。不過，陽(yáng)極體的生產(chǎn)條件可以通過延長(zhǎng)加熱時(shí)間或提高加熱溫度來如此選擇，即形成一個(gè)厚中間層。這樣的中間層例如可以在以鈮(成分A)和釩(成分B)的情況下通過使成分B占合金的1％并使加熱時(shí)間一般為0.5小時(shí)-3小時(shí)且加熱溫度高達(dá)450℃來獲得。


圖1以橫截面示意圖舉例示出了本發(fā)明電極的基本結(jié)構(gòu)。
圖2以橫截面示意圖舉例示出了以本發(fā)明電極為陽(yáng)極的電解質(zhì)電容器。
圖1示出了一個(gè)有一電極體2的電極，該電極體與一電極引線1導(dǎo)電連接。在電極體2表面上，設(shè)有一個(gè)電介質(zhì)層3。在電極體2和電介質(zhì)層3之間，設(shè)有一個(gè)中間噌。
圖2示出了一個(gè)以本發(fā)明電極為陽(yáng)極的電解質(zhì)電容器，在這里，電極對(duì)應(yīng)于圖1所示的基本結(jié)構(gòu)并且電極的電極體2是一個(gè)帶有孔7的多孔體。電極體2最好含有單向?qū)щ娊饘偃玢g或鈮，可以有這樣的金屬并通過陽(yáng)極氧化制成電介質(zhì)氧化物。
電極體2最好由成粉末形狀的鈮和釩的合金制成。在這種情況下，一個(gè)電極引線1被設(shè)計(jì)成一個(gè)金屬絲的形狀或平面金屬引線的形式。例如，一根含鉭的線或一根含鈮的線或一由相應(yīng)的材料制成的平面引線被粉末包圍并壓緊并隨后與之一起燒結(jié)。由此形成一個(gè)與電極引線1連接的多孔電極體2。此外，釩在合金中的含量一般為10重量％-50重量％。
或者，電極的制造可以借助一種膏劑來實(shí)現(xiàn)，所述膏劑通過適當(dāng)?shù)姆绞饺缃z網(wǎng)印刷被涂覆在電極引線1上并隨后進(jìn)行燒結(jié)。
在另一個(gè)工序中，在電極體2表面上通過陽(yáng)極氧化而形成一個(gè)Nb2O5的電介質(zhì)層。該層構(gòu)成所述電介質(zhì)層3。一個(gè)由鈮構(gòu)成的電極的特點(diǎn)是比電荷高并且所形成的電介質(zhì)的介電系數(shù)高。本領(lǐng)域技術(shù)人員將上述工序稱為成形并且例如該工序可以在一般為30℃-85℃的溫度下用一個(gè)電極體2來進(jìn)行，該電極體被浸入其磷酸含量一般為0.1％-5％的電解質(zhì)中。在電極引線1和成形時(shí)所用的對(duì)電極之間，施加一個(gè)最好為10-80伏的成形電壓。
在另一個(gè)加工步驟中，在形成氧化物后，通過在250℃-450℃下熱處理0.5小時(shí)-3小時(shí)，合金中的部分釩偏析到電極體2表面上并且在電極體2和電介質(zhì)層3之間形成一個(gè)中間層4。偏析可以因鈮和釩的表面能不同而實(shí)現(xiàn)。釩中間層4由釩構(gòu)成，它或許還可含有雜質(zhì)。釩具有這樣的性能，即它允許氧比鈮差許多地溶解和擴(kuò)散。因此，它是適用于在由Nb2O5構(gòu)成的電介質(zhì)層3中放出的氧的擴(kuò)散阻擋層，否則的話，氧會(huì)擴(kuò)散到鈮電極體2中。由于這種氧損失，氧化物層可能隨著時(shí)間的推移轉(zhuǎn)變成低值氧化物。
此外，如此形成的本發(fā)明電極可以按照眾所周知的方式被完善成一個(gè)電容器。
電極的孔7被一種對(duì)電極材料5填充如MnO2或?qū)щ娋酆衔铩Ｔ谄渌ば蛑?，產(chǎn)生接觸層8、9，所述接觸層最后與對(duì)電極引線6連接。第一接觸層8例如可以由石墨構(gòu)成，第二接觸層9例如由銀導(dǎo)電漆制成。
本發(fā)明不局限于舉例描述的實(shí)施例，其最普遍的形式由權(quán)利要求1限定。
權(quán)利要求
1.從一條電極引線(1)和一個(gè)與之接觸的并由一種含有成分A和成分B的材料制成的物體開始制造電容器電極的方法，所述成分是如此選擇的，即-該成分A是一種導(dǎo)電材料，它可以通過氧化被部分地轉(zhuǎn)換成電介質(zhì)，-在該成分A中的氧化自由焓ΔG的絕對(duì)值大于在該成分B中的氧化自由焓，-該成分A的表面能高于該成分B的表面能，該方法具有以下步驟a)該成分A在該物體的一個(gè)表面層中氧化，從而形成一個(gè)電極體(2)，該電極體在其表面上具有一個(gè)電介質(zhì)層(3)，b)在適當(dāng)溫度下一直對(duì)電極體(2)進(jìn)行熱處理，直到該成分B偏析到電極體(2)的表面上并且在那里形成一個(gè)在電極體(2)和電介質(zhì)層(3)之間的中間層(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，該成分B是如此選擇的，即該中間層(4)阻止在電介質(zhì)層(3)和電極體(2)之間的材料交換。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，作為該物體的材料而采用一種金屬合金，其中該合金的成分B的含量為10重量％-50重量％。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，采用這樣一種合金，其中該成分A是單向?qū)щ娦越饘倩蚝瑔蜗驅(qū)щ娊饘俚暮辖穑摮煞諦是一種金屬。
5.如權(quán)利要求1-4所述的方法，其中，采用一種多孔物體。
6.如權(quán)利要求1-5所述的方法，其中，該成分B是如此選擇的，即該中間層(4)阻止氧在電介質(zhì)層(3)和電極體(2)之間擴(kuò)散。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其中，該成分B是如此選擇的，即它含有Sc、Y、鑭系元素、Ti、Zr、Va、Cr、Mo或Wo。
8.如權(quán)利要求1-7所述的方法，其中，作為該成分A地選擇Nb，作為該成分B地選擇Va，在這里，該成分A被氧化成Nb2O5，該電極體在高達(dá)450℃的溫度下接受熱處理達(dá)0.5小時(shí)-3小時(shí)。
9.如權(quán)利要求1-8所述的方法，其中，在該物體材料中的成分B的含量以及該電極體(2)的熱處理溫度和時(shí)間是如此選擇的，即形成一個(gè)厚度至少為兩個(gè)原子單層的中間層(4)。
10.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該成分B作為攙雜地位于該物體的材料中。
11.采用如權(quán)利要求1-10之一所述的方法制造電容器的方法，它具有以下附加步驟c)用一個(gè)對(duì)電極(5)覆蓋該電極的孔(7)的表面，d)使對(duì)電極(5)接觸一條對(duì)電極引線(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及從一種含有成分A和成分B的合金開始制造用于電容器且尤其是電解質(zhì)電容器的電極的方法，其中成分A的表面能高于成分B的表面能，通過氧化引起的合金偏析及回火，在一個(gè)含成分A的物體的表面上形成一個(gè)含成分B的層。此外，本發(fā)明涉及制造電容器的方法。通過形成阻止氧擴(kuò)散并比電極體(2)溶解更少的氧的中間層(4)，可以改善電極或電容器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01G9/04GK1454389SQ01815384
公開日2003年11月5日 申請(qǐng)日期2001年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月8日
發(fā)明者M·施藤策爾, H·茨爾根, J·吉伯 申請(qǐng)人:埃普科斯股份有限公司