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Kondensator.
Die. Erfindung bezieht sich auf Kondensatoren, z. B. Block-, Wickel-oder Drehkondensatoren.
Bei einem Kondensator gemäss der Erfindung besteht wenigstens eine der Elektroden aus einem der Metalle der ersten Untergruppe der vierten Hauptgruppe des periodischen Systems der Elemente und das Dielektrikum ganz oder teilweise aus einer Schicht einer stabilen chemischen Verbindung, die durch Umsetzung des Elektrodenstoffes an der Elektrodenoberfläche entsteht. Die Umsetzung kann auf chemischem elektrolytischem oder auf andenn Wege durchgeführt werden. Selbstverständlich werden nur diejenigen Verbindungen hergestellt, die elektrisch nicht leitend sind, und gemäss der Erfindung werden aus diesen Verbindungen die meist stabilen, d. h. diejenigen Verbindungen ausgewählt, die sich nur mittels kräftiger chemischer Agenzien in andere Verbindungen überführen lassen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Kondensatoren herzustellen, die mit aus bestimmten Metallen, z. B. Aluminium oder Tantal, bestehenden Elektroden und mit einem aus Verbindungen, z. B. Oxyden, von den auf obige Weise hergestellten Metallen bestehenden Dielektrikum versehen sind. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Verbindungen chemisch weniger beständig sind als die zu diesem Zweck in Betracht kommenden Verbindungen der Metalle der ersten Untergruppe der vierten Hauptgruppe. Die dielektrischen Eigenschaften der erstgenannten Verbindungen unterliegen z. B. infolge chemischer Einwirkung Veränderungen, so dass es unmöglich ist, die Kapazität eines solchen Kondensators unter allen Umständen gleichbleibend zu erhalten.
Dagegen sind die Verbindungen, die als Dielektrikum in einem Kondensator gemäss der Erfindung benutzt werden, so stabil, dass die dielektrischen Eigenschaften keiner Änderung unterliegen. Ausserdem haben diese Verbindungen gegenüber den aus Tantal und Aluminium bestehenden Verbindungen den Vorteil, dass sie viel fester an dem Stoff anhaften, aus dem sie hergestellt sind. Infolgedessen kann das so erzielte Gebilde mechanisch sozusagen als ein Ganzes betrachtet werden, so dass die Gefahr von Beschädigungen praktisch ausgeschlossen ist. Diese Eigenschaft kann bei der Herstellung eines Drehkondensators gemäss der Erfindung ausgenutzt werden.
Als zu diesem Zweck geeignete Verbindungen können z. B. die Phosphate genannt werden. Es hat sich aber gezeigt, dass die Oxyde der in Betracht kommenden Metalle in chemischer und mechanischer Hinsicht die meist beständigen Eigenschaften haben, so dass sie sich ganz besonders als Dielektrikum in einem Kondensator gemäss der Erfindung eignen. Gute Ergebnisse lassen sich z. B. erzielen, wenn wenigstens eine der Elektroden aus Zirkonium hergestellt und als Dielektrikum Zirkoniumoxyd gewählt wird. Als zweite Elektrode lässt sich jeder andere Stoff benutzen, der sich dazu in elektrischer Hinsicht eignet, z. B. Kupfer, das gut leitend ist.
Wie bereits erwähnt, werden gemäss der Erfindung die Metallverbindungen auf elektrolytischem, chemischem oder auf anderm Wege aus dem Stoff der Elektroden selbst gebildet.
Man kann z. B. eine Zirkoniumplatte in einer Sauerstoffatmosphäre auf eine Temperatur von 700 bis 8000 C erhitzen, bei der eine Zirkoniumoxydschicht entsteht, welche die Eigenschaft hat, dass sie sehr fest an der Zirkoniumplatte haftet. Natürlich kann man zur Bildung der Schicht das Metall auch in Chemikalien eintauchen.
In entsprechender Weise kann man für die Bildung einer Schicht auf Titan, Thorium oder Hafnium verfahren.
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Zur Erzielung einer Oberll, Åachenschicht auf elektrolytischem Wege, kann man z. B. zur Oxydation von Zirkonium die Elektrolyte Phosphorsäure, Lauge oder Ammoniumborat benutzen. In dem Bade wird dann als die eine Elektrode eine Zirkoniumplatte angeordnet, während für die andere Elektrode ein aus Platin, Kohle oder aus einem andern bei Verwendung dieser Elektrolyte unangreifbaren Material bestehender Stab benutzt wird. Die Dicke der Schicht lässt sich aus der Farbe, welche die Platte während der Oxydation aufweist, ableiten. Wenn man z.
B. für eine der Elektroden eine Zirkoniumplatte von 2 x 2 cm wählt und diese so lange in Phosphorsäure elektrolytisch oxydiert, bis eine Schichtdicke von annähernd 10-4 bis 10-3 cm entsteht, so erzielt man einen Kondensator mit einer Kapazität von 1000 bis 1200 cm, der sich für geringe Spannungen eignet. In entsprechender Weise kann man für die Metalle Titan und Hafnium verfahren. Es hat sich aber gezeigt, dass dieses Verfahren für Thorium weniger geeignet ist, so dass man in diesem Fall vorzugsweise chemische Mittel verwenden wird.
Abhängig von der Dicke der dielektrischen Schicht kann der Kondensator in einem grossen Spannungsbereich Anwendung finden. Je nachdem der Kondensator für niedrigere Spannungen bestimmt ist, kann das Dielektrikum natürlich dünner ausgebildet werden, ohne dass ein Durchschlag zu befürchten ist. Praktisch wird sehr dünnen Schichten eine Grenze gesetzt. Es hat sich gezeigt, dass sich der Kondensator bei solchen Schichtdicken ausserdem als Gleichrichter für Spannungen verwenden lässt, welche die für den Kondensator in Betracht kommenden Spannungen übersteigen. Für eine solche Gleichrichterwirkung ist es aber Bedingung, dass von je zwei Elektroden, die durch eine Schicht getrennt sind, nur eine, z.
B. mit einer Oxydschicht, bedeckt ist, wenn beide Elektroden aus dem gleichen Metall, also aus einem Metall der ersten Untergruppe der vierten Hauptgruppe des Systems der Elemente, hergestellt sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kondensator, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Elektroden aus einem der Metalle der ersten Untergruppe der vierten Hauptgruppe des periodischen Systems der Elemente und das Dielektrikum ganz oder teilweise aus einer Schicht einer stabilen chemischen Verbindung besteht, die durch Umsetzung des Elektrodenmaterials an der Elektrodenoberfläche entsteht.
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Capacitor.
The. Invention relates to capacitors, e.g. B. block, wound or rotary capacitors.
In a capacitor according to the invention, at least one of the electrodes consists of one of the metals of the first subgroup of the fourth main group of the periodic system of elements and the dielectric consists entirely or partially of a layer of a stable chemical compound that is formed by the reaction of the electrode material on the electrode surface. The reaction can be carried out chemically, electrolytically or in other ways. Of course, only those connections are made which are electrically non-conductive, and according to the invention the most stable ones, i.e. H. selected those compounds that can only be converted into other compounds by means of powerful chemical agents.
It has already been proposed to manufacture capacitors made of certain metals, e.g. B. aluminum or tantalum, existing electrodes and with one of compounds such. B. oxides, are provided by the existing metals produced in the above manner dielectric. It has been shown, however, that these compounds are less chemically stable than the compounds of the metals of the first subgroup of the fourth main group which are suitable for this purpose. The dielectric properties of the former compounds are subject, for. B. changes due to chemical action, so that it is impossible to keep the capacitance of such a capacitor constant under all circumstances.
In contrast, the compounds that are used as a dielectric in a capacitor according to the invention are so stable that the dielectric properties are not subject to any change. In addition, these compounds have the advantage over the compounds consisting of tantalum and aluminum that they adhere much more firmly to the material from which they are made. As a result, the structure thus obtained can be viewed mechanically, so to speak, as a whole, so that the risk of damage is practically excluded. This property can be used in the manufacture of a rotary capacitor according to the invention.
As compounds suitable for this purpose, e.g. B. the phosphates are called. It has been shown, however, that the oxides of the metals in question have mostly stable properties in chemical and mechanical terms, so that they are particularly suitable as a dielectric in a capacitor according to the invention. Good results can be achieved e.g. B. achieve if at least one of the electrodes made of zirconium and chosen as the dielectric zirconium oxide. Any other material that is suitable for electrical purposes can be used as the second electrode, e.g. B. Copper, which is a good conductor.
As already mentioned, according to the invention the metal compounds are formed electrolytically, chemically or in some other way from the substance of the electrodes themselves.
You can z. B. heat a zirconium plate in an oxygen atmosphere to a temperature of 700 to 8000 C, at which a zirconium oxide layer is formed, which has the property that it adheres very firmly to the zirconium plate. Of course, the metal can also be immersed in chemicals to form the layer.
A similar procedure can be used to form a layer on titanium, thorium or hafnium.
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To achieve a Oberll, Åachenschicht electrolytically, you can z. B. Use the electrolytes phosphoric acid, alkali or ammonium borate to oxidize zirconium. A zirconium plate is then placed in the bath as one electrode, while a rod made of platinum, carbon or some other material which cannot be attacked when using these electrolytes is used for the other electrode. The thickness of the layer can be derived from the color that the plate has during the oxidation. If you z.
For example, if you choose a zirconium plate of 2 x 2 cm for one of the electrodes and electrolytically oxidize it in phosphoric acid until a layer thickness of approximately 10-4 to 10-3 cm is formed, a capacitor with a capacity of 1000 to 1200 is obtained cm, which is suitable for low voltages. A similar procedure can be used for the metals titanium and hafnium. It has been shown, however, that this method is less suitable for thorium, so that chemical agents are preferably used in this case.
Depending on the thickness of the dielectric layer, the capacitor can be used in a wide voltage range. Depending on whether the capacitor is intended for lower voltages, the dielectric can, of course, be made thinner without the fear of breakdown. In practice, a limit is set for very thin layers. It has been shown that, with such layer thicknesses, the capacitor can also be used as a rectifier for voltages which exceed the voltages considered for the capacitor. For such a rectifier effect, it is a condition that of every two electrodes that are separated by a layer, only one, e.g.
B. is covered with an oxide layer if both electrodes are made of the same metal, that is, of a metal of the first subgroup of the fourth main group of the system of elements.
PATENT CLAIMS:
1. Capacitor, characterized in that at least one of the electrodes consists of one of the metals of the first subgroup of the fourth main group of the periodic system of the elements and the dielectric consists wholly or partially of a layer of a stable chemical compound that is created by converting the electrode material on the electrode surface arises.