[发明专利]一种电容器级钽粉的制造方法

说明书

本发明涉及一种制造电容器级钽粉的方法。

众所周知，钽电解电容器的性能可受到用于制造该电容器的钽粉的化学和物理特性的影响。含氧量高于300ppm(重量)的钽基体粉在烧结与阳极氧化时常常会在介电膜中生成像裂纹的结晶体，这种裂纹可使电流通过介电膜，产生具有过大漏电流和过早损坏的部分。对于阳极氧化处理电压为100伏或100伏以上的高可靠性电容器，这种裂纹生成的可能性增加。

曾作过各种努力通过少量的改性剂与钽基体材料粉反应以改进所制成的钽电解电容器的性能。曾使用许多添加剂或“掺杂剂”，其中包括氮、硅、磷、硼、碳和硫。

US 4154609便是作出这种努力的一个例子，该专利公开了在1600℃烧结之前，往钽金属粉中添加诸如氮化硼之类的无机润滑剂。公开的烧结温度范围为1550～1850℃。烧结和阳极氧化处理颗粒的电试验，得到平均漏电值的降低为0.15～0.26nA/μFA。这表明，与未掺杂的对照相比漏电流降低达4～38％。平均比电荷值也可达到7050～7035μFV/g。

在US 4544403中，钽基材料掺杂至少两种选自于碳、硫和氮中的添加剂。可使用的量以重量计高达1632ppm组合掺杂剂。因热处理使钽粉聚结，可破碎到粒度约-35目。烧结的阳极在阳极氧化处理电压为100伏时平均漏电流值降低达24～28％。对于相同的阳极氧化处理电压，公开的平均比电荷值为9564～约20237μFV/g。对于阳极氧化处理电压为200伏来说，还公开了平均漏流电降低约24～42％，比电荷为6004～19771μFV/g。

尽管漏电流降低和比电荷明显增加，但没有指出用氮和氧掺杂对漏电流的影响，或者这种掺杂对阳极氧化处理电压在100伏以上时电特性的影响。此外，对于阳极氧化处理电压在200伏以上来说，漏电流降低的百分率是相当低的，由此认为所使用的掺杂剂的作用是改变介电物质，而不是减少形成期间的介电缺陷。

在日本公开特许53(1978)-49254中，公开了一种形成均匀氮化钽膜的方法。在一实施方案中，使钽粉受到氨气和氮或氨与诸如氩之类的惰性气体的混合物的处理。另外一种方法是可以使钽粉末受到由NaCN、Na₂CO₃、BaCl₂和KCl组成的盐浴的处理。然后将其粉末压成阳极并烧结。

在日本公开特许63(1988)-86509中，公开了一种降低漏电流的方法。将压制成阳极并烧结的钽粉受到在温度1100℃的氨气氛处理。反应的氧保持在3000ppm以下。然而，未公开在本发明所要求保护的关键范围内的用氧与氮两者掺杂的意义。

曾注意到，高可靠性的电容器漏电流改进只是免强够格的。一般，这种稳定的电容器在电压200伏以上阳极氧化处理，并且在比电荷为5000～24000μFV/g，更好地为5000～15000μFV/g下使用。

因此，本发明的一个目的是提供一种电容器级钽粉的制造方法和制成的钽粉，用该钽粉制成的钽电解电容器在赋能电压为100伏或1000伏以上时能降低固体电解电容器的漏电流，同时保持比电荷在5000μFV/g以上，并能降低阳极体烧结时的收缩率，因此保持表面积以及与此相关的高水平比电荷。

一种高可靠性固体电极钽电容器其比电荷为5000μFV/g或5000μFV/g以上，在赋能电压100伏或100伏以上阳极氧化处理的、具有相近电容量的电极，其漏电改善至少为28％，研制出这种电容器用的电容器级钽粉将是很大的进步。

所以，本发明包括钽基体材料制作低漏电流电容器级钽粉的方法。钽基体材料与氮和氧反应，其氮量要足以在该材料中形成以重量计至少500～7000ppm的氮而其氧量要足以形成以重量计至少700～3000ppm的氧。

电极制备是通过由氮化和氧化的钽粉制成电容器阳极体，再将电容器阳极体于温度1400～1800℃下烧结而成。然后将烧结的电容器阳极体进行电压为100伏或100伏以上的阳极氧化处理，并制成电容器。由这些阳极氧化处理过的钽电容器阳极体制得的电容器，其比电荷值提高，在约100伏或100伏以上电压阳极氧极氧化处理时漏电流降低，与未掺杂的基体材料制作的电极相比，比电荷值最高达约25000μFV/g，漏电降低达28％或28％以上。

通过下面说明与非限制性附图将更容易理解本发明：

图1说明将钽基体材料与氧和氮分开反应相比，其钽基体材料与氧和氮一起反应的协同作用。说明在形成电压范围内漏电降低的百分数。