[发明专利]阀金属粉末的脱氧

说明书

本发明涉及用于对阀金属粉末，特别是铌粉末、钽粉末或它们的合金脱氧的方法，该方法是通过用选自钙、钡、镧、钇和铈组中的脱氧剂来处理阀金属粉末而进行的，并涉及特征在于低含量的钠、钾和镁的阀金属粉末。

阀金属，应理解为特别是铌及其合金、钽及其合金以及元素周期表第IVb(Ti、Zr、Hf)、Vb(V、Nb、Ta)和VIb(Cr、Mo、W)族的其他金属及其合金，在元件制造中广泛使用。

特别提及在电容器，特别是固体电解质电容器的制造中铌或钽的使用。在铌或钽电容器的制造中，通常使用相应的金属粉末作为起始材料，该金属粉末首先被压制再被烧结以获得多孔体。在适合的电解质中该多孔体被阳极氧化，其中介电氧化膜在烧结体上形成。所用金属粉末的物理和化学性质对电容器的性质具有关键影响。关键特征为例如比表面、杂质含量和作为最重要的电参数的在给定形成电压U_f下的比电容。比电容通常以每克微法拉×伏特(μFV/g)为单位给出。

电子工业中电路设计的总趋势是朝着在更低的工作电压下更高的时钟频率且电损失最小的方向。对于在那些应用中使用的固体电解质电容器来说，这意味着使用更低的形成电压并且同时要求更少的泄漏电流。

将在电容器制造中使用的阀金属粉末因此必须满足更高的要求，其中杂质含量非常重要。这适用于例如阀金属粉末中的氧含量，其一定不能太高，也适用于金属杂质，其在电容器的泄漏电流性质上具有决定性的影响。这些杂质特别是Na、K、Mg，也有C、Fe、Cr、Ni。

然而，杂质Na、K和Mg特别地是在阀金属粉末制备期间由于所使用方法而引入的。从而，例如，现今钽粉末的制备通常仍根据从US-A2,950,185已知的用钠或钾还原K₂TaF₇来完成，其导致产品中钠和钾的含量高。

根据US-A 4,141,720，通过添加K₂TaF₇和碱金属卤化物并加热反应混合物能够加工具有高氧和钠含量的钽粉末。氧、钠和钾的含量能够这样得以降低。然而，即使这样处理过的粉末仍有10到87ppm的钠含量和112到289ppm的钾含量。

为了制备具有高比表面且钠和钾含量尽可能低的钽粉末，US-A 5442 987提出了通过逐步添加钠来还原高度稀释的K₂TaF₇，其中添加以高速率进行。根据实施例1以这种方式可以获得具有钠含量≤3ppm和钾含量≤10ppm的钽粉末。然而，为调整氧含量，脱氧步骤是必需的。为此，把钽粉末与镁混和然后加热，其导致镁被引入钽粉末。

除了用碱金属还原阀金属的氟盐之外，最近阀金属的氧化物越来越多地被用作起始材料，如US 6,558,447 B1所述，用气态镁还原这些氧化物以形成相应的阀金属。以这种方式能够保持碱金属含量低。然而，镁的引入增加了。此外，这一过程方式在还原后通常需要脱氧步骤以降低氧含量，其中阀金属粉末中的镁含量进一步增加。

由于它们的高离子导电率和晶相的形成及在电容器制造期间产生的无定形阀金属氧化物的介电层，杂质钠、钾和镁导致在电容器制造商的处理方法期间在电场中或在热负荷时增加的泄漏电流。这在现今电容器所具有的＜100nm的更薄的阀金属氧化物层的情况下特别明显。(1V形成电压相应于例如约2nm的氧化钽膜厚度)。

因此，本发明的目的是提供一种制备阀金属粉末的经济的方法，它制造特征在于低含量的对于电容器的剩余电流非常关键的元素钠、钾和镁的阀金属粉末。在电容器制造中，这样的阀金属粉末在高比电荷(＞35,000CV/g)下形成非常均匀的无定形氧化物层。

该目的通过对阀金属粉末进行脱氧步骤而实现，其中使用具有低离子迁移率的脱氧剂。

本发明因此提供一种用于阀金属粉末脱氧的方法，其中使用钙、钡、镧、钇或铈作为脱氧剂。

根据本发明的方法允许制备具有高离子导电率的杂质的含量非常低的阀金属粉末。结果，在该阀金属粉末到电容器的进一步加工期间没有晶相随着最后所得的阀金属氧化物而形成，所以避免了氧化物晶格中的缺陷和高剩余电流。

根据本发明的方法适用于多种阀金属粉末的脱氧。然而，优选铌粉末、钽粉末或铌-钽合金粉末的脱氧，特别优选钽粉末的脱氧。

相应地，阀金属优选钽。

根据本发明，使用钙、钡、镧、钇或铈作为脱氧剂。优选采用钙或镧，特别优选钙。待脱氧的阀金属粉末与脱氧剂相混合。