[發明專利]閥金屬粉末的脫氧

無效

• 申請號: 200580037624.X
• 申請日: 2005-08-26
• 公開（公告）號: CN101052488A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發明（設計）人: J·洛費爾霍爾茨;U·巴特曼
• 申請（專利權）人: H.C.施塔克公司
• 主分類號: B22F9/22
• 分類號: B22F9/22;H01G9/15;C22B34/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 周鐵;李連濤

本發明涉及用于對閥金屬粉末，特別是鈮粉末、鉭粉末或它們的合金脫氧的方法，該方法是通過用選自鈣、鋇、鑭、釔和鈰組中的脫氧劑來處理閥金屬粉末而進行的，并涉及特征在于低含量的鈉、鉀和鎂的閥金屬粉末。

閥金屬，應理解為特別是鈮及其合金、鉭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)族的其他金屬及其合金，在元件制造中廣泛使用。

特別提及在電容器，特別是固體電解質電容器的制造中鈮或鉭的使用。在鈮或鉭電容器的制造中，通常使用相應的金屬粉末作為起始材料，該金屬粉末首先被壓制再被燒結以獲得多孔體。在適合的電解質中該多孔體被陽極氧化，其中介電氧化膜在燒結體上形成。所用金屬粉末的物理和化學性質對電容器的性質具有關鍵影響。關鍵特征為例如比表面、雜質含量和作為最重要的電參數的在給定形成電壓U_f下的比電容。比電容通常以每克微法拉×伏特(μFV/g)為單位給出。

電子工業中電路設計的總趨勢是朝著在更低的工作電壓下更高的時鐘頻率且電損失最小的方向。對于在那些應用中使用的固體電解質電容器來說，這意味著使用更低的形成電壓并且同時要求更少的泄漏電流。

將在電容器制造中使用的閥金屬粉末因此必須滿足更高的要求，其中雜質含量非常重要。這適用于例如閥金屬粉末中的氧含量，其一定不能太高，也適用于金屬雜質，其在電容器的泄漏電流性質上具有決定性的影響。這些雜質特別是Na、K、Mg，也有C、Fe、Cr、Ni。

然而，雜質Na、K和Mg特別地是在閥金屬粉末制備期間由于所使用方法而引入的。從而，例如，現今鉭粉末的制備通常仍根據從US-A2,950,185已知的用鈉或鉀還原K₂TaF₇來完成，其導致產品中鈉和鉀的含量高。

根據US-A?4,141,720，通過添加K₂TaF₇和堿金屬鹵化物并加熱反應混合物能夠加工具有高氧和鈉含量的鉭粉末。氧、鈉和鉀的含量能夠這樣得以降低。然而，即使這樣處理過的粉末仍有10到87ppm的鈉含量和112到289ppm的鉀含量。

為了制備具有高比表面且鈉和鉀含量盡可能低的鉭粉末，US-A?5442?987提出了通過逐步添加鈉來還原高度稀釋的K₂TaF₇，其中添加以高速率進行。根據實施例1以這種方式可以獲得具有鈉含量≤3ppm和鉀含量≤10ppm的鉭粉末。然而，為調整氧含量，脫氧步驟是必需的。為此，把鉭粉末與鎂混和然后加熱，其導致鎂被引入鉭粉末。

除了用堿金屬還原閥金屬的氟鹽之外，最近閥金屬的氧化物越來越多地被用作起始材料，如US?6,558,447?B1所述，用氣態鎂還原這些氧化物以形成相應的閥金屬。以這種方式能夠保持堿金屬含量低。然而，鎂的引入增加了。此外，這一過程方式在還原后通常需要脫氧步驟以降低氧含量，其中閥金屬粉末中的鎂含量進一步增加。

由于它們的高離子導電率和晶相的形成及在電容器制造期間產生的無定形閥金屬氧化物的介電層，雜質鈉、鉀和鎂導致在電容器制造商的處理方法期間在電場中或在熱負荷時增加的泄漏電流。這在現今電容器所具有的＜100nm的更薄的閥金屬氧化物層的情況下特別明顯。(1V形成電壓相應于例如約2nm的氧化鉭膜厚度)。

因此，本發明的目的是提供一種制備閥金屬粉末的經濟的方法，它制造特征在于低含量的對于電容器的剩余電流非常關鍵的元素鈉、鉀和鎂的閥金屬粉末。在電容器制造中，這樣的閥金屬粉末在高比電荷(＞35,000CV/g)下形成非常均勻的無定形氧化物層。

該目的通過對閥金屬粉末進行脫氧步驟而實現，其中使用具有低離子遷移率的脫氧劑。

本發明因此提供一種用于閥金屬粉末脫氧的方法，其中使用鈣、鋇、鑭、釔或鈰作為脫氧劑。

根據本發明的方法允許制備具有高離子導電率的雜質的含量非常低的閥金屬粉末。結果，在該閥金屬粉末到電容器的進一步加工期間沒有晶相隨著最后所得的閥金屬氧化物而形成，所以避免了氧化物晶格中的缺陷和高剩余電流。

根據本發明的方法適用于多種閥金屬粉末的脫氧。然而，優選鈮粉末、鉭粉末或鈮-鉭合金粉末的脫氧，特別優選鉭粉末的脫氧。

相應地，閥金屬優選鉭。

根據本發明，使用鈣、鋇、鑭、釔或鈰作為脫氧劑。優選采用鈣或鑭，特別優選鈣。待脫氧的閥金屬粉末與脫氧劑相混合。