[发明专利]含有球形粉末的阳极和电容器

说明书

描述了由高度球形的粉末例如钽粉末制成的阳极。进一步描述了制造所述阳极的方法。

背景技术

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2018年3月5日提交的在先美国临时专利申请No.62/638,328；2018年7月3日提交的美国临时专利申请No.62/693,464；和2019年1月17日提交的美国临时专利申请No.62/793,418的权益，将其完全引入本文作为参考。

本发明涉及阳极和电容器，并且具体地，涉及由粉末例如钽制成的阳极，其中所述粉末为或包括作为金属或金属氧化物的球形粉末。本发明进一步涉及制造所述阳极和电容器的方法。

在其许多应用中，电子管金属(valve metal)粉末例如钽粉末通常被用于生产电容器电极。

目前，例如，钽粉末通常是经由如下两种方法之一生产的：机械工艺或化学工艺。机械工艺包括如下步骤：对钽进行电子束熔融以形成锭，将所述锭氢化，研磨该氢化物，然后脱氢、破碎、和热处理。该工艺通常产生具有高纯度的粉末。

用于生产钽粉末的另一常用工艺是化学工艺。本领域中已知数种用于生产钽粉末的化学方法。授予Vartanian的美国专利No.4,067,736、和授予Rerat的美国专利No.4,149,876涉及如下化学生产工艺：其涉及氟钽酸钾(K₂TaF₇)的钠还原。典型技术的综述也描述于授予Bergman等的美国专利No.4,684,399、和授予Chang的美国专利No.5,234,491的背景部分中。将所有的专利和公布完全引入本文作为参考。

通过例如化学方法生产的钽粉末非常适合用于电容器中，因为与通过机械方法生产的粉末相比，它们通常具有更大的表面积。化学方法通常涉及将钽化合物用还原剂化学还原。典型的还原剂包括氢气和活性金属例如钠、钾、镁、和钙。典型的钽化合物包括，但不限于，氟钽酸钾(K₂TaF₇)、氟钽酸钠(Na₂TaF₇)、五氯化钽(TaCl₅)、五氟化钽(TaF₅)、及其混合物。最流行的化学工艺是将K₂TaF₇用液体钠还原。

在电子管金属粉末例如钽粉末的化学还原中，将氟钽酸钾回收、熔融和通过钠还原而还原为钽金属粉末。然后可将经干燥的钽粉末回收，并且任选地在真空下热附聚以避免钽的氧化，和将其破碎。由于电子管金属材料的氧浓度在电容器的生产中可为重要的，因此典型地然后将所述粒状粉末在升高的温度(例如，最高达约1000℃或更高)下在与电子管金属相比对氧具有更高亲和性的吸气剂材料例如碱土金属(例如，镁)存在下脱氧。在将材料进一步加工之前，可使用无机酸溶液(包括例如硫酸或硝酸)进行在正常大气条件(例如，大约760mm Hg)下进行的脱氧过程后酸浸提以溶解金属和难熔性氧化物污染物(例如，镁和镁氧化物(magnesium oxide)污染物)。将该经酸浸提的粉末洗涤和干燥，然后可将其以常规方式压缩、烧结、和阳极化以制造烧结多孔体例如用于电容器的阳极。

在开发钽粉末方面的大部分努力一直由电容器阳极工业驱动，其中粉末仅是针对该特定用途制造的。

目前，对于使用设计用于增材制造或3D打印的金属粉末通过增材制造而形成阳极存在大量兴趣。然而，通过增材制造来大规模生产阳极需要许多3D打印机并且“打印”这样的阳极的速度不快。因此，通过3D打印或增材制造技术生产阳极将会是或者是昂贵的和耗时的并且有可能未解决该工业中的库存需求。因此，需要且期望提供可利用增材制造的一些益处、但是没有与阳极的增材制造有关的问题的替代性阳极。

发明内容

本发明的一个特征是提供不使用增材制造或3D打印工艺的利用球形粉末例如钽粉末或其它金属粉末或其金属氧化物的方法。

本发明的另一特征是提供来自这样的方法的阳极和电容器。