DE1928043A1 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators - Google Patents

Description

DIpI .--Phys. Leo Thul
Patentanwalt
Stuttgart-Feuθrbach
Kurze Straße 8

Case: A.J.Langton-A.J.James 1-1

International Standard Electric Corp., New York, U.S.A.

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kondensators mit einer aus gesintertem Metallpulver bestehenden porösen Anode, die durch anodische Behandlung mit einer Oxidschicht und dann nacheinander mit mehreren Schichten aus Mangandioxid versehen wird.

Es Ist bekannt, In den Poren einer anodisch behände I ten SInteranode aus Ventilmetall, wie z.B. Tantal, Niob oder AI um!η I um, durch wiederholtes Tränken mit einer geelgneten .Lösung, vorzugsweise einer Mangann I trat lösung, und thermisches Zersetzen dieser Lösung MnO„ niederzuschlagen. Dieses Verfahren zum Aufbringen des MnO~ wird als Mangan IsIerung bezeichnet.

Beim wiederholten Mangan IsIeren können In der anodisch erzeugten Oxidschicht Beschädigungen auftreten, die durch eins Hachformierung jedesmal nach mehreren Mangan I sterungsstufen beseitigt werden mUssen. Hierbei Ist die Nachformlerspannung nach jeder Formierungsstufe zu verringern, um Überlastungen des Dielektrikums zu vermelden. Als Ergebnis erhält man einen Kondensator mit 9lner^: Arbeltsspannung von ca, V_w = 0,25 Vp, wobei Vp die Formierspannung bezeichnet. Das Verhältnis V.,,/Vp gibt den sogenannten Leistungsfaktor an.

Wk! - 29.5.1969 - 2 -

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Nach Fertigste!iung der MnO„-SchIcht wird diese mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen, die aus einem Graphitüberzug und einem darauf befindlichen, aus Sllborpasto hergestellten Silberüberzug bestehen kann. Un das Eindringen der als Kathode wirkenden Graphit-Silber-Überzüge in die dielektrische Oberflächenschicht zu vermeiden, muH die ."lungan is I erung so längs fortgesetzt werden, bis nicht nur dlo Poren des Anodenkörpers gefüllt sind, sondern auf der Außenseite der Anode eine dichte f!n0_o-Sch i cht gebildet wird, auf die dann Graphit und SUber aufgebracht v/erden können.

Da die beim i-iangan I s I eren Im" Dielektrikum auftretenden Beschädigungen nicht reproduzierbarer Art sind und auch durch iiachformleren nicht vo ! I stand Jg ausgehe M t werden können, Ist die Fertigungsausbeute trotz scheinbar gleicher Verfahrensweise großen Schwankungen unterworfen. Insbesondere ist die Fertigungsausbeute von Kondensatoren höherer Spannungswerte (über 35 V Arbeltsspannung) zu niedrig.

Im Falle einer Vergrößerung des Leistungsfaktors lassen sich Kondensatoren höherer Arbeltsspannung bei Verwendung der bisherigen Formlerspannungen herstellen. Ebenso könnte hierdurch auch eine MI η IaturIslerung durch Verwendung einer geringeren Pulvermenge bei niedrigerer Form Ierspannung für den bisherigen Bereich der Kapazitätswerte bewirkt werden.

Falls aber andererseits ein erhöhter Leistungsfaktor durch eine höhere Formierspannung erzielt wird, kann der Reststrom der bisherigen Kondensatoren verringert werden, so daß eine Erweiterung des Arbeltstemperaturberelches von -55 C auf 125 C möglich Ist; denn bisher sind Kondensatoren lediglich Im Temperaturbereich von -55°C bis 35°C bei Nennspannung, Im Falle einer Arbeltstemperatur von 125 C aber nur mit zwei Drittel Nennspannung betrieben worden.

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Dl.e-Erzielung-der oben genannten VorteI Ie Ist weitgehend abhängig von der Beseitigung der bei der Mangan Islerung auftretenden schädlichen Wirkungen, da dann höhere Formierspannungen benutzt werden können. Es Ist Aufgabe der Erfindung, dies durch Änderung des Manganisierungsvorganges zu erreichen.

Zur Lösung dieser"Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art gernäß der Erfindung vorgeschlagen, daß auf die Oxidschicht zuerst eine Schicht aus ^-Mangandioxid aufgebracht wird. .

Im Unterschied zu der Erfindung wird bei der bekannten Manganlsierung vorwiegend ß-Mangandloxid aufgebracht, das einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist.

Gemäß.vortöf{hafter We I terb5I dung der Erfindung werden zur Herstellung des *~MangandSoxlds bestimmte PermanganatsaI ze, Insbesondere. Arnmon I umpermanganat, Kadmtumpermanganat, Magnes i urnpermanganat und ZI nkpermanganat, bei Temperaturen unter 200 C zerlegt. Hierdurch ergeben sich sauerstoffarme Modifikationen des MnO₂, die sogenannten -g*-Mod 5 f ! katlonen . Während der Zersetzung dieser Substanzen tritt keine oder nur eine geringe Beschädigung der dielektrischen Oxidschicht auf. An sich wäre die ^-Modifikation des MnO„ als Festelektrolyt wegen seines hohen elektrischen Widerstandes Im Vergleich zu den bekannten Schichten, die durch Zersetzen von i-iangannf trat lösungen erhalten werden, nicht geeignet. Jedoch hat die Schicht aus #~MnO₂ die Eigenschaft, die dielektrische Oxidschicht vor Veränderungen während der Mangan Isterüng zu schützen.

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Wird deshalb auf der Dielektrlkumsschlcht eine erste Schicht aus tf—MnO,, durch thermisches Zersetzen eines Permanganatsälzes erzeugt, während die folgenden MnO~-Schlchten durch die bisherige Mangan I sl'erung hergestellt werden, so kann eine Endformierspannung von ungefähr 0,7 V^ angewendet werden.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellte Kondensatoren weisen neben der bisherigen Kapazität und dem üblichen Leistungsfaktor bei niedriger Frequenz die folgenden verbesserten Eigenschaften auf :

A. Höhere Betriebsspannung; werden beispielsweise normale 35V-Kondensatoren bei 140 V formiert, so daß V_w - 0,25 Vp Ist, so kann der verbesserte Kondensator bei 50 V, d.h. V_w ^e 0,35 Vp, betrieben werden.

B. Extren niedrigen Reststrom; Im MIttel kann ein um den Faktor zehn niedrigerer Wert gegenüber vergleichbaren Kondensatoren, bei denen die übliche ManganIslerung benutzt wird, erreicht werden.

C. Erweiterten Arbeitstemperaturbereich fm Vergleich zu den gegenwärtig betriebenen Kondensatoren»

D. Verminderung der Manganlsferungsschrltte, da das Eindringen von Graphit nicht schädlich Ist, und somit Abkürzung des Herstellungsprozesses.

E. Kapazitätskonstanz bei höherer Frequenz gegenüber Kondensatoren, die nach der Üblichen Mangan!slerung hergesteiIt sind. ■

F» Erniedrigten Scheinwiderstand bei hoher Frequenz, .z»EÜ - um den Faktor zwei gegenüber Kondensatoren _t die nach der üblichen Manganlslerung hergestellt sind.

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•Im folgenden sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzelnen Verfahrensschritte bei der Herstellung von 1/UF-Kondensatoren erläutert. Zur Erzeugung einer Schicht aus *2f-Mangand loxl d sei Ammonl umpermanganat benutzt.

1. Gesinterte Tantal anöden v/erden nach bekannter Technik In wäßriger Phosphorsäure bet 140 V anodisch behandelt.

2. Die anodisch behandelten Anoden werden zur Entfernung der Phosphorsäure In entlonlslertem Wasser gekocht und dann getrocknet,

3. Die Anoden werden mit 0,5-molarer wäßriger Ammohiumpermanganat lösung durch Tauchen Imprägniert.

4. Das Permanganatsalζ wird In einem Ofen bei 200⁰C zehn Minuten lang zersetzt.

5.. Die Schritte (3) und (4) werden so lange. Im allgemeinen dreimal wiederholt,, bis eile Farbe des Tantaloxids nicht mehr sichtbar Ist.

6. Nochmalige anodische Behandlung bei 100 V In wäßriger Essigsäure, die eine Leitfähigkeit von 80,u0hm aufweist. .

7. Trocknen durch Erhitzen zur Entfernung der Essigsäure»

8. Aufbringen des hochieltfählgen fV-Mangandioxlds als Festelektrolyt durch wiederholtes imprägnieren der Anoden mit 5-molarer wäßriger Mangann I trat lösung, Trocknen b©| 85°C und Zersetzen bei 2QQ°C jeweils eins Stunde tang nach Jeder Imprägnierung; b©i d@m AusführungsbeIspie! war ©Ins fünfmalige Wiederholung ausrelchejisS.

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9. Nochmalige anodtsche Behandlung nach der ersten und jeder nachfolgenden ungeradzahM gen thermischen Zersetzung.

10..HerstelI en eines lötfähigen Überzuges aus Graphit und Silber enthaltenden Lösungen auf der Mangandioxidschicht und Einlöten der Anode In einen metallischen Becher.

An Iagen;

Patentansprüche

Claims (7)

1. A.J.Langton-A.J.Janes 1-1

   Patentansprüche ;

   Verfahren zur -Herste! lung eines elektrischen Kondensators mit einer aus gesintertem Metallpulver bestehenden porösen Anode, die durch anodische Behandlung mit einer Oxidschicht und dann nacheinander mit mehreren Schichten aus Mangandioxid versehen wird, dadurch g e k e π η ze lehnet, daß auf die OxIdschlcht "zuerst eine Schicht aus ^-Mannandioxld aufgebracht wird»
2. 2.)Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus ^-nangandloxld durch Imprägnieren der Anode ■mit einer Permanganatsalzlösung und thermische Zersetzung dieser Lösung bei
   hergestelIt wird.

   dieser Lösung bei einer Temperatur von höchstens 200⁰C
3. 3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als , Permanganatsa I ζ Ammon I umpermanganat, Kadnl umpermanganat,, MagnesIumpermanganat oder ZInkpermanganet verwendet wl^d.
4. 4.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen der Schicht aus ^-Mangandioxid die Poren der Anode hauptsächlich mit ß-Mangandloxld-verschlossen werden.
5. 5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dfe Poren der Anode durch wiederholtes Imprägnieren mit einer Mangannitratlösung und thermisches Zersetzen dieser Lösung verschlossen werden.

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6. 6.) Verfahren nacii Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Verschließen der Poren die Anode mit einer . Kathode verseilen wird.
7. 7.) Verfahren nach Anspruch G, dadurch gekennzeichnet, daß auf die verschlossenen Poren der Anode, zuerst eine Graphitschicht und dann eine Silberschicht aufgebracht wird.

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