(57)【要約】  タンタルコンデンサのキャパシタンスを最大化する方法並びにタンタルフレーク状粉末及び陽極が開示されている。所望の厚みのフレークスを有するタンタルフレーク状粉末にタンタル粒子を粉砕するために２段粉砕プロセスを使用することが可能である。次にこのフレーク状粉末をプレス及び焼結させ、かくして陽極を形成することができる。その他のフレークキャパシタンスの方法及び製品も同様に開示されている。
2008504692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンタルフレーク状粉末において、前記フレークスの厚みが一次フレーク厚みの＋／−２００％以内にある平均フレーク厚みであり、前記一次フレーク厚み＝２．５ＫｏＫｔａ／（Ｄｔａ・Ｋｆ）・１／ＣＶであり、ここでＣＶ＝２．５ＫｏＫｔａ／（Ｄｔａ・２Ｋｆ）・１／Ｖｆであり、かつＫｏが真空の誘電率であり、Ｋｔａが誘電定数であり、Ｄｔａがタンタル材料の密度であり、Ｋｆが形成定数（１ボルト当りの誘電厚み）であり、ＣＶがμＦＶ／ｇ単位であり、そしてＶｆが形成電圧（なお、Ｖｆは約６ボルト〜５００ボルトである）である、タンタルフレーク状粉末。
【請求項２】
前記平均厚みが前記一次フレーク厚みの＋／−５０％以内にある、請求項１に記載のタンタルフレーク状粉末。
【請求項３】
前記平均厚みが前記一次フレーク厚み＋／−１０％以内にある、請求項１に記載のタンタルフレーク状粉末。
【請求項４】
０．０２ミクロン〜４ミクロンの単峰型フレーク厚み分布を有する、タンタルフレーク状粉末。
【請求項５】
前記タンタルフレーク状粉末が１つのフレーク厚み分布を有し、ここでＴ50が約０．０８ミクロン〜約１ミクロン、Ｔ10がＴ50の約−１００％であり、かつＴ90がＴ50の約±１００％である、請求項４に記載のタンタルフレーク状粉末。 
【請求項６】
５０Ｖの形成電圧で形成され、１０分間の約１３００℃〜約１４００℃の温度と９００℃の形成温度で焼結された場合に、前記キャパシタンスが約３７，０００〜約３９，０００ＣＶ／ｇである、請求項５に記載のタンタルフレーク状粉末。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のタンタルフレーク状粉末を含んで成る陽極。
【請求項８】
請求項７の陽極を含んで成るコンデンサ。 
【請求項９】
一定の形成電圧について、請求項１〜６のいずれか１項のためのタンタルフレーク状粉末中のキャパシタンス能力を最大化するための方法において、一次フレーク厚みの＋／−１００％以内の平均フレーク厚みまで前記タンタルフレークスを形成する段階を含んで成る方法であって、前記一次フレーク厚み＝２．５ＫｏＫｔａ／（ＤｔａＫｆ）・１／ＣＶであり、ここで、ＣＶ＝２．５ＫｏＫｔａ／（Ｄｔａ２Ｋｆ）・１／Ｖｆであり、Ｋｏが真空の誘電率であり、Ｋｔａが誘電定数であり、Ｄｔａがタンタル材料の密度であり、Ｋｆが形成定数（１ボルト当りの誘電厚み）であり、ＣＶがμＦＶ／ｇ単位で測定され、そしてＶｆが形成電圧（なお、Ｖｆは６ボルト〜約５００ボルトである）である、方法。
【請求項１０】
前記ＣＶ範囲が、６Ｖで１００，０００〜１，５００，０００、２５Ｖで２５，０００〜４００，０００、５０Ｖで２０，０００〜１８０，０００、１００Ｖで９，０００〜９０，０００、１５０Ｖで６，０００〜６０，０００、２００Ｖで４，０００〜４５，０００、或いは３００Ｖで３，０００〜３０，０００である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記形成段階が多段粉砕プロセスでタンタル粒子を粉砕する段階を含んで成る、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記段階的粉砕プロセスが２段粉砕プロセスである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記平均厚みが前記一次フレーク厚みの＋／−１００％以内である、請求項１に記載のタンタルフレーク状粉末。
【請求項１４】
Ｔ50が約０．６ミクロンであり、Ｔ10がＴ50の約−１００％であり、かつＴ90がＴ50の約＋１００％であるフレーク厚み分布を有する、タンタルフレーク状粉末。
【請求項１５】
前記タンタルフレーク状粉末が単峰型のフレーク厚み分布を有する、請求項１に記載のタンタルフレーク状粉末。
【請求項１６】
前記タンタルフレーク状粉末が多峰型のフレーク厚み分布を有する、請求項１に記載のタンタルフレーク状粉末。
【請求項１７】
前記タンタルフレーク状粉末が多峰型のフレーク厚み分布を有する、請求項１４に記載のタンタルフレーク状粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、本書中にその全体が参考として内含されている２００４年６月２８日に出願された先行米国仮特許出願第６０／５８３，４９８号の優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、高キャパシタンスタンタルフレークス及びその製造方法に関する。本発明は、同様にコンデンサ及び陽極にも関する。
【背景技術】
【０００３】
タンタルなどのコンデンサ材料に対する増え続ける需要に伴い、コンデンサ材料単位あたりの最大限のキャパシタンスを確保することが極めて望ましくなってきている。タンタルコンデンサは標準的に、タンタル粉末を圧縮してペレットを形成し、該ペレットを焼結して多孔質タンタル体（電極）を形成し、その後該多孔質体を適切な電解質中での陽極酸化に付して焼結体上に連続的な誘電酸化物薄膜体を形成することにより製造されている。
【０００４】
コンデンサ中に貯蔵され得る電気量（以下ＣＶと称する）は、コンデンサの容量に電圧を乗じたものの尺度である。タンタルコンデンサのＣＶ（μＦＶ／ｇ単位で測定されたもの）は、陽極を形成するタンタル粉末の特性によって大きく影響される。かかる特性には、比表面積、純度、収縮、プレス性及び粉末粒子形状が含まれ得る。
【０００５】
第１に、該粉末は、多孔質体の形に形成されかつ焼結された時点で適正な電極表面積を提供しなければならない。タンタルコンデンサのＣＶ測定は、タンタル粉末ペレットの焼結によって生産された焼結多孔質体の比表面積に関係づけることができる。タンタル粉末の比表面積を、焼結多孔質体の中で達成可能な最大ＣＶに関係づけることも同様に可能である。
【０００６】
粉末の純度も同様に、重要な考慮事項であり得る。金属及び非金属汚染はタンタルコンデンサ中の誘電酸化物薄膜を劣化させる傾向がある。高い焼結温度は、一部の揮発性汚染物質を除去するのに役立つものの、高温には、多孔質体を収縮させてその正味比表面積を削減し、かくして結果として得られたコンデンサのキャパシタンスを低減させる傾向もある。焼結条件下での比表面積の損失すなわち収縮を最小限にすることは、高ＣＶのタンタルコンデンサ陽極を生産する上で重要である。
【０００７】
上述の通り、タンタルペレットのＣＶは、焼結粉末の比表面積の関数であり得る。ペレット当たりの粉末量（グラム数）を増加させることでより大きな正味表面積を達成することは当然可能である。しかし、コスト及びサイズ面の考慮から、開発はタンタル粉末の比表面積を増大させる手段に集中させられるべきであることが指示されてきた。
【０００８】
タンタル粉末比表面積を増大させるために提案された１つの方法は、粉末粒子をフレーク形状に平坦化することにある。タンタルフレークスは、高信頼性タンタルコンデンサを作るために広く使用されている。しかしながら、当該技術分野においては一般に、特定の形成電圧で特定のキャパシタンスを確保するためにいかなるタンタルフレーク厚みを用いるべきかについての指針が欠如している。かくして当該技術分野には、特定の形成電圧で最大のキャパシタンスを生み出すためにタンタルフレークの適正な厚みを形成する方法に対する必要性が長年にわたって存在している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従って、最大のキャパシタンスを確保するため所定の形成電圧でタンタルフレークの様々な厚みを形成する方法を提供することが本発明の１つの特長である。
【００１０】
本発明のもう１つの特長は、所定の形成電圧についてコンデンサの陽極に形成された時点で最大のキャパシタンスを提供するように設計されたタンタルフレーク状粉末を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらなる特長は、均一なフレーク厚みを有し、そのフレーク厚みが所定の形成電圧で最大キャパシタンスを提供するように適合されているタンタルフレーク状粉末を提供することにある。
【００１２】
本発明の付加的な特長及び利点は、その一部が以下の記述中で記されており、かつ一部は該記述から明らかとなり、そうでなければ本発明を実施することによって理解され得るものである。本発明の目的及びその他の利点は、該記述及び添付のクレーム中で特に指摘されている要素及び組合せを用いて完全に実施されかつ達成されるであろう。
【００１３】
これらの及びその他の利点を達成するため、本書中で実施され広範に記述されているような本発明の目的に従って、本発明は、最大化されたキャパシタンス能力を有するタンタルフレーク状粉末に関する。
【００１４】
本発明は同様に、改良されたキャパシタンス特性を有する陽極の製作方法にも関する。
【００１５】
本発明のその他の特長は、所定のキャパシタンスのために最少量のタンタルしか必要としない陽極を提供することである。
【００１６】
当然のことながら、以上の一般的記述及び以下の詳細な記述は、両方共、一例にすぎず、請求されている通りの本発明のさらなる説明を提供するように意図されたものである。
【００１７】
本出願に内含されその一部を構成する添付図面は、本発明の一部の実施形態を例示するものであり、明細書と併せて本発明の原理を説明する役割を果たすものである。
【００１８】
［発明の詳細な説明］
本発明は、その一部が、所定の形成電圧について最大化されたキャパシタンス能力を有するタンタルフレーク状粉末を調製するための方法に関する。本発明はさらに、所望のキャパシタンス需要にとって理想的であるにフレーク厚みを有するタンタルフレーク状粉末に関する。陽極及びコンデンサも同様に記述されている。
【００１９】
タンタルは、鉱石から抽出されかつ任意の抽出プロセスによって粉末の形に形成され得る。かかる一つのプロセスは、例えば本書中にその全体が参考として内含されている米国特許第６，３４８，１１３号中に一般的に記述されている一次金属プロセッサによる化学的還元である。標準的に一次金属プロセッサにより実施可能なさらなる金属精錬技術には、例えば、本書中にその全体が参考として内含されている米国特許第６，３１２，６４２の中で開示されている通り、熱により金属粉末を凝集させる段階、凝集した金属粉末をゲッター材料の存在下で脱酸素する段階、そして次に酸浸出溶液中で脱酸素金属粉末を浸出させる段階が含まれる。
【００２０】
フレークスを含むタンタル粉末の例は、本書中にその全体が参考として内含されている米国特許第５，５８０，３６７；５，４４８，４４７；５，２６１，９４２；５，２４２，４８１；５，２１１，７４１；４，９４０，４９０；及び４，４４１，９２７号中に記述されている。該タンタルフレーク状粉末はインゴット由来の粉末又は化学的に還元（例えばナトリウム還元）された粉末であり得る。
【００２１】
その他の金属フレークス、金属フレークス製作のための方法及び金属フレークスの用途は、各々本書中に全体として参考として内含されている以下の米国特許、すなわち米国特許第４，６８４，３９９；５，２６１，９４２；５，２１１，７４１；４，９４０，４９０；５，４４８，４４７；５，５８０，５１６；５，５８０，３６７；３，７７９，７１７；４，４４１，９２７；４，５５５，２６８；５，２１７，５２６；５，３０６，４６２；５，２４２，４８１；及び５，２４５，５１４号中に記されている。タンタル粉末は水素化又は非水素化粉末であり得る。同様に、該タンタル粉末は、凝集状態（又は造粒状態）でも或いは非凝集状態でもあり得る。これらの特許中に記述されている性質及び物理的及び／又は化学的特性のいずれのものも、本発明に関して本書中で使用され得る。
【００２２】
１つの実施形態において、本発明は、特定の形成電圧でキャパシタンスを最大化させるタンタルフレーク厚み(例えば平均フレーク厚み)を形成する方法に関する。逆に、本発明は、所定の形成電圧で所定のキャパシタンスのために求められる最少量のタンタルを用いてタンタルフレーク状粉末を形成することができる。
【００２３】
一般に、タンタルフレーク状粉末は、タンタルフレークスを生産する能力をもつ任意の方法又は装置によりタンタル粒子から調製可能である。考えられる１つのタンタルフレークス製造方法は、タンタルフレークスを生産する能力をもつ任意の既知の粉砕装置の使用を通したタンタル粒子の粉砕によるものである。例えば、タンタル粒子をフレークスに粉砕するためにはアトリター（Attritor）ミルなどといったボールミルを使用してもよい。フレーク厚みは一般に、粉砕時間及び媒体サイズによって制御される。より大型の粉砕媒体は、タンタル粒子をより強力に粉砕することができ、かつ粒子平坦化のため初期粉砕において非常に効果的であり得る。より大型の媒体は、同じく一定の最小厚みに達したフレークスを破砕させる傾向もあるという点で欠点が存在する可能性がある。一方、より小型の媒体は、有意な断片化を引き起こすことなく比較的厚みの少ないフレークスをさらに薄化させる上で効果的であるが、一般により長い粉砕時間を必要とする。その上、より小型の媒体は、所定の体積中でその数が多いことに起因して所定の時限内でフレーク粒子をより高い頻度で打撃することができ、より均一な厚みのフレークスを生み出す。本発明においては段階的粉砕が有用である。段階的粉砕では、少なくとも２つの粉砕段があり、第１段では、粉砕媒体の直径が第２段以降の破砕段で使用される粉砕媒体の直径よりも大きい。この段階的粉砕によって、仕上がった材料のより狭い粒径分布範囲を含めた、さまざまな有益な特性が導かれる。その上、段階的粉砕によって、材料の標的粒径を達成するための粉砕時間がより速くなる。
【００２４】
本書中に記述されている粉砕段階に加えて、任意の予備又は中間又は最終粉砕段階を用いることが可能である。例えば、任意の箇所でジェット粉砕を用いることができる。
【００２５】
かかる好ましい出発粉末の例には、約６０／１００〜約１００／３２５メッシュ及び約６０／１００〜約２００／３２５メッシュのメッシュサイズを有するものが含まれる。もう１つのサイズ範囲は、−４０メッシュ〜約＋３２５メッシュである。
【００２６】
材料の調製段階において、好ましくはサイズが約５〜約３００ミクロンである均一な粒径分布を得るために引き続きふるいにかけられる粉末へとインゴットを圧壊する目的で、金属（例えばタンタル）を脆化するための水素化プロセスをインゴットに施すことができる。必要な場合は、所望の均一な粒径分布を達成するために、該粉末を２回以上クラッシャーにかけることができる。その後、該粉末は、好ましくは、約０．０２ミクロン〜約２ミクロン（又はそれ以上）のサイズである所望の平均フレーク厚みを得る目的で粉砕に付される。
【００２７】
このプロセスにおいて、フレーク状粉末を形成するための金属の粉砕は好ましくは、一つの選択肢として、材料と接触する全ての表面がタンタルであるミルの中で行われる。換言すると、好ましくは、ミル、アーム、及びミル中で用いられる細砕媒体の全ての接触表面がタンタル表面を有している。ミル及び細砕媒体の接触部域上の該タンタル表面は、例えば細砕媒体及びミルの内部表面をタンタル金属でコーティングすることにより達成することができ、そうでなければミル内にタンタル金属板を配置（例えば溶接）することができる。例えばボールなどといった細砕媒体は、タンタルでコーティングするか又は全体をタンタルで作ることができる。ミル及び細砕媒体の全接触表面をタンタルで作ることによって、材料に対する汚染の量は大幅に削減され、好ましくは酸浸出作業が不要である、又は好ましくは回避される程度にまで削減される。このことは、酸浸出作業が一貫性に乏しくロット毎の汚染レベルの変動を導く可能性があることから、特に有利である。
【００２８】
好ましくは、ミル及び細砕媒体の接触表面上に存在するタンタルの量は、粉砕プロセス中、いずれの非タンタル下層表面もタンタル材料と接触することがないように十分なレベルのものである。好ましくは、ミル及び細砕媒体の接触表面上のタンタル厚み（例えば約ｌｍｍ以下〜約１００ｍｍ以上）は、ロット毎に反復的な粉砕を行うことができるのに十分なものである。好ましくは、タンタル粉末の粉砕は湿式ミル内で行われ、これがタンタルのより均一なフレーク厚みを導く。湿式粉砕において、使用される液体は、水、アルコールといったような水性又は非水性のものであり得る。好ましくは、粉砕は、結果として約０．０２〜約２ミクロン、そしてより好ましくは約０．０８ミクロン〜約１．０ミクロンの平均フレーク厚みを得るのに十分なものである。
【００２９】
好ましい実施形態では、粉砕は、約２５０ｒｐｍｓ又はその他の速度で運転される１Ｓミルといったアトリターミル内で行われる。粉砕が完了した時点で、次に混合物を熱処理に付すことができる。
【００３０】
タンタル材料の粉砕は、異なるボール直径を用いた粉砕により逐次的に行うことができる。この段階式粉砕の使用は、それ自体１つの段階として用いることができ、そうでなければ上述の段階の単数又は複数のものと組み合わせて使用することもできる。この好ましい方法は、所望の平均厚みを得るために必要とされる時間を劇的に短縮させる。例えば、材料の粉砕は、異なるミル又は同一のミル内で段階的に行うことができる。好ましい実施形態では、より大きなボール直径対製品直径比を用いることによりプロセス中で早い時期により高速の粉砕が達成される。製品集合が増大した時点で、ボール対製品比を増大させかくして製品が打撃され粉々になる機会を増やすように、ボール直径を低減すべきである。好ましくは、材料（以下供給原料という）のサイズをボール直径のサイズの１／１０程度の大きさにすることができる。この供給原料対ボール比は、供給原料対ボール比のサイズが約１／１０００〜約１／５００になるまで、より好ましくは供給原料対ボール比が約１／２００になるまで使用することができる。次に、供給原料対ボール直径の比が約１／１０となるように該ボール直径を変更することが可能である。このプロセスは、当初の供給原料が約０．０２〜約２ミクロンの厚みサイズに到達するまで継続することができる。より長い時間がかかりかつ広い分布を作り出すことになる非常に小さいボール直径のボールを第２の粉砕段階のために使用するのではなく、むしろ数は依然として多い一方で相対的に大きいこという点を利用し、しかも供給原料対ボール直径の比１／１０になおも従うようなボール直径が逐次選択される。
【００３１】
本発明の多段粉砕の実施形態においては、次第に小さくなる直径を用いた２つ以上の粉砕段階が用いられる。換言すると、第１の初期粉砕段では、粉砕媒体の直径は、第２段で用いられる粉砕媒体の直径よりも大きい。さらに、３つ以上の段階が用いられる場合には、好ましくは後続の各粉砕段は、先行する粉砕段よりも小さな直径を有する粉砕媒体を用いる。最終製品に望まれる粒径に応じて３つ以上の粉砕段を使用することができる。本発明の目的のためには、少なくとも２つの粉砕段で所望の結果すなわち約０．０２ミクロン〜約２ミクロンのフレーク平均厚みを有する製品が達成される。
【００３２】
段階的粉砕を用いると、同一の粉砕媒体を使用し唯一の粉砕段階を有する粉砕に比較して、全体的な粉砕時間を少なくとも１０％短縮することが可能であり、より好ましくは少なくとも１５％、そしてさらに一層好ましくは少なくとも５０％だけ短縮することが可能である。
【００３３】
好ましい実施形態では、各粉砕段階においてボール直径は、先行する粉砕段階のボール直径よりも小さい。ボール直径が小さくなければなるほど均一な粉砕が可能となることから、上述のプロセスによってより均一な原料粉砕が可能になる。この段階的粉砕は、本発明において用いられる構成要素（単数又は複数）のいずれも粉砕に応用可能である。本発明のこの好ましい方法を用いることの利点は、この方法によって、約０．０２ミクロン〜約２ミクロンの標的フレーク厚みサイズを達成するために、全体的粉砕時間が短縮されるということにある。さらに、粉砕時間の短縮により生産コストが削減され、かつ汚染物質への曝露時間も短縮される。その上、汚染をさらに削減するために、各ミル及びその細砕ボールをタンタル金属製にするか又はタンタル金属でライニングすることができる。好ましくは、この好ましい方法の粉砕プロセスは、湿式粉砕プロセスである。湿式粉砕プロセス用の適切な比率例は、８００グラムのタンタル粉末対３００ｍｌの水というものである。ミル内の残りの容積は粉砕媒体が占有する。湿式粉砕の代わりに乾燥粉砕を用いることも可能であり、一般に粉砕プロセスは不活性雰囲気内で実施される。
【００３４】
本発明の目的のためは、本書中にその全体が参考として内含されているPCT特許出願の国際公開WO 00/56486号中に記述されているもののように、本出願中に記述されている粉砕段階のいずれも、加熱下で実行することができる。同様に、いずれの粉砕段階中でも、結合剤、潤滑剤、表面活性剤、分散剤、溶剤などといったその他の添加剤を加えることが可能である。
【００３５】
本発明によると、より狭いフレーク厚み分布範囲（Ｔ１０、Ｔ５０、Ｔ９０）を達成することが可能である。例えば、該厚み分布範囲はＴｌ０及び／又はＴ９０がＴ５０の±２００％以内、好ましくはＴ５０の±１００％又は±７０％以内、より好ましくはＴ５０の３５％以内、さらにより一層好ましくはＴ５０の２０％又は１０％以内となるようなものであり得る。このような、より緊密な厚み分布範囲は、陽極中のように、特に改良された電気的特性に関して好ましい特性を導く。その上、材料の各バッチが好適にもより類似の物理的及び電気的特性を有することになるため、より緊密な厚み分布範囲は最終製品のより優れた品質管理を導く。
【００３６】
ひとたびフレークが形成されると、以上で指摘した通り、粒子は結合剤と混合させられ、その後に任意には圧密され得る。粉砕後の平均粒径は約６０〜１２０ミクロンである。次にフレークスは水素化され、１〜１０ミクロンの粒子に圧壊される。後続する熱処理の結果として、約１ミクロン〜約１０００ミクロン、そしてより好ましくは約１ミクロン〜約５００ミクロンの粒径分布を有する粒塊が形成されることになる。これらの粒子又は粒塊は次に陽極の形にプレスされ、当業者にとっては既知のものである従来の技術を用いて陽極生産のために焼結され得る。
【００３７】
使用される選択された方法が厚み約０．０２ミクロン〜約２．０ミクロンの範囲のタンタルフレークスを製造する限りは、粉砕のタイプ又は方法は本出願にとって決定的な重要性を持たない。
【００３８】
好ましい粉砕の方法には、さまざまな異なるサイズの媒体の使用が関与し、各サイズの媒体が少なくとも２つの分離された粉砕段の１つにおいて個別に使用される。例えば厚み１〜２μｍのフレークスを得るために初期の期間中（例えば１時間、２時間又はそれ以上）３／１６インチの第１段媒体を使用することができると思われる。次に１μｍ未満のフレーク厚みを達成するために、１／８インチ又は１／１６インチといったより小さいサイズの媒体を、任意の期間（例えば1時間、２時間又はそれ以上）中使用することができると思われる。
【００３９】
図１は、以下の媒体及び期間（すなわち、３／１６インチで２時間、その後１／８インチで１時間；３／１６インチで２時間、その後１／８インチで２時間；３／１６インチで２時間、その後１／８インチで３２時間；及び３／１６インチで２時間その後１／１６インチで４時間）を用いて２段粉砕されたタンタル製品の厚み分布（スコット（Scott）密度）をプロットしている。より低いスコット密度は類似のプロセス段階でのより薄いフレークスを表す。図１は、２段粉砕から最低のスコット密度が得られることを示している。光学定量的画像解析から、段階的に粉砕されたフレークスが、図１中にＣ２７５（Cabot Corporationから市販されているタンタルフレーク）として記されている従来通りの３／１６インチの媒体の単段使用といった従来の単段粉砕プロセスにより生産されたフレークスと比べて、より薄くかつより狭い厚み分布を有することが確認されてきた。
【００４０】
以上で示されたとおり、タンタルフレークスひいてはタンタルフレーク状粉末を生産することのできる多様な方法が存在する。一つの実施形態において、本発明は、フレークスの厚みが一次フレーク厚みの±２００％又は±１００％又は±１０％又は±５０％又は±３５％以内の平均フレーク厚みであり、その一次フレーク厚みが、２．５ＫｏＫｔａ／（Ｄｔａ・Ｋｆ）・１／ＣＶ（なお、ＣＶ＝２．５ＫｏＫｔａ／（Ｄｔａ・２Ｋｆ）・ｌ／Ｖｆ）に等しい、タンタルフレーク状粉末に関する。Ｋｏ（真空の誘電率）＝８．８５・１０-12Ｊ-1Ｃ2ｍ-1、Ｋｔａ（誘電定数）＝２７、Ｄｔａ（タンタル材料の密度）＝１６．７ｇ／ｃｍ3、Ｋｆ（形成定数（１ボルト当りの誘電厚み））＝２ｎｍ／Ｖ、ＣＶ＝μＦＶ／ｇ、そしてＶｆ（形成電圧）は、好ましくは約４ボルト〜約５００ボルト、より好ましくは６ボルト〜４００ボルト、さらに一層好ましくは１０ボルト〜３００ボルトである。好ましくは、形成温度は８５〜９０℃である。例えば、６Ｖでは、ＣＶ範囲が１００，０００〜１，５００，０００であり得る。２５Ｖでは、ＣＶ範囲が２５，０００〜４００，０００ＣＶ／ｇであり得る。５０Ｖでは、ＣＶ範囲が２０，０００〜１８０，０００ＣＶ／ｇであり得る。１００Ｖでは、ＣＶ範囲が９，０００〜９０，０００ＣＶ／ｇであり得る。１５０Ｖでは、ＣＶ範囲が６，０００〜６０，０００ＣＶ／ｇであり得る。２００Ｖでは、ＣＶ範囲が４，０００〜４５，０００ＣＶ／ｇであり得る。３００Ｖでは、ＣＶ範囲が３，０００〜３０，０００ＣＶ／ｇであり得る。
【００４１】
様々なフレーク厚みが、形成電圧及びＣＶ／ｇと共に以下に記されている。
【表１】
2008504692.tif 000003
【００４２】
本発明のタンタルフレーク状粉末は、０．０８ミクロン〜１．０ミクロンの範囲の平均厚みを有し得る。所望のフレーク厚みは、本発明中に記述されている粉砕プロセス条件を注意深く制御することによって得ることができる。より狭い厚み分布も同様に達成可能である。このことは、より広い厚み分布を有するフレークスが、より均一に分布する厚みプロフィールをもつフレークスに比べて全体により低いＣＶを有する傾向があることから、非常の望ましいことである。本発明を用いると、タンタル粉末のフレーク厚みは特定のコンデンサ用途向けに最大化され、特定のキャパシタンス範囲で働くようにタンタルフレークを調整することができる。かくして、本発明のタンタルフレーク状粉末は、ほぼ全ての（但し全部ではない）タンタル金属が酸化物に転換され、単層厚みのタンタル原子のみが酸化物の中央に残留して電極として機能する特定の形成電圧用に設計されている。本発明によって、好ましい実施形態において、この所望のフレーク設計の達成が可能になる。
【００４３】
本発明のタンタルフレーク状粉末は、任意のＢＥＴ表面積を有することができる。好ましくは、本発明のフレーク状粉末には、約０．１〜約６ｍ2／ｇ以上の範囲のＢＥＴ表面積が含まれる。該フレーク状粉末は同様に、例えば約１５〜約４０ｇ／ｉｎｃｈ3（約０．９１〜約２．４ｇ／ｃｍ3）の範囲のスコット密度といったような任意のスコット密度を有することもできる。さらに、本発明のフレーク状粉末の個々のフレークは、あらゆる異なるサイズを有することもできる。好ましくは、フレーク粒子は、その全体的サイズが約０．１〜約２００ミクロンの範囲にある。フレーク状粉末は任意の凝集サイズを有することができる。好ましくは、フレーク状粉末には、約１〜約５００ミクロンの範囲の凝集されたサイズが含まれる。
【００４４】
図２は、上述のフレーク厚みとＣＶの関係を通して定義される最大ＣＶ、最小フレーク厚み及び形成電圧間の上記の関係を例示している。すなわち、フレーク厚みが誘電厚みよりも遥かに大きい場合、ＣＶは１／（フレーク厚み）に比例し得る。誘電体は、電解質の存在下で形成電圧の作用により陽極表面上に形成される金属酸化物の絶縁層であり得る。
【００４５】
形成電圧は、タンタル金属基板及び電解質間の酸化反応を通して誘電体の形成を引き起こし、かくしてタンタル金属基板を消費することができる。最大ＣＶ（タンタルの最も効率のよい使用）は、ほぼ全てのタンタルが酸化物に転換されるような厚みにフレークを設計した場合に達成することができる。ここから、ＣＶフレーク厚み関係、すなわちフレークスが薄くなればなるほどＣＶが高くなるという関係から引き出され得る第２の利点が生み出される。但し、所定の形成電圧にとって過度に薄いフレークスは、完全に誘電体へと転換される可能性があり、０のＣＶを有することになる。図３は、約１５０Ｖの形成電圧についておよそ０．２５μｍのフレーク厚みでの最大ＣＶの急激な降下を示す関係を詳細に示している。
【００４６】
本発明のタンタル粉末は、非フレーク状粉末と組み合わせて使用することができる。本発明タンタルフレークスは、任意の従来のドーパント（単複）、例えば窒素、ホウ素、リンなどでドープすることができる。同様に、米国特許第６，５７６，０３８号中に記述されているような水凝集といった任意の従来の技術を用いてタンタルフレークスを（例えば、熱的又は非熱的に）凝集させることも可能である。
【００４７】
本発明タンタルフレーク状粉末から、これまでの従来の粉末と同じの従来の要領で陽極を形成することができる。陽極形成は一般に、フレーク状の粉末を一定の時限の間プレス及び焼結することにより実施される。そのフレーク陽極は、４ｇ／ｃｍ3〜７ｇ／ｃｍ3の範囲、好ましくは４．５ｇ／ｃｍ3〜６．５ｇ／ｃｍ3の範囲のプレス密度でプレスすることができる。ポリエチレングリコール及びステアリン酸といった様々な結合剤及び潤滑剤を、様々な割合で使用して陽極プレスを補助することができる。これらの結合剤又は潤滑剤は、残留汚染を無くすためにプレスされた陽極からは除去されるべきである。焼結プロセスは、タンタル金属の酸化を妨げるＡｒといった不活性雰囲気中又は真空中で実施することができる。焼結は、それが起こる任意の温度で実施可能であるが、好ましくは約１０００℃〜約１８００℃の温度で実施されるものと思われる。フレーク状粉末は、焼結に十分なあらゆる時間的長さで焼結させることができ、好ましくは約１０分〜約１０時間焼結され得る。米国特許第６，６８９，１８７；６，６８７，１１７；６，６７９，９３４；６，６７８，１４４；６，６６０，０５７；６，６９６，１３８；６，０４０，９７５；５，９８６，８７７；５，６９９，５９７；６，５６３，６９５；６，４３２，１６１及び５，４４８，４４７号は、本発明のタンタルフレークスのために本発明において使用可能な様々な陽極／コンデンサを記述している。該陽極／コンデンサは、上記の特許中に記述された通りに形成されかつその通りの特性を有することができる。
【００４８】
本発明は、約６ボルトの形成電圧で約１，５００，０００ＣＶ／ｇのＣＶから約５００ボルトの形成電圧で約１８，０００ＣＶ／ｇのＣＶまでを有する陽極を製造するために使用され得る。
【００４９】
本出願中に詳細に説明されているフレーク状粉末から作られた陽極は、好ましくは低いＤＣ漏電、そして好ましくは例えば２ｎＡ／ＣＶ以下、約０．１〜約２ｎＡ／ＣＶといったような５ｎＡ／ＣＶ未満のＤＣ漏電を有する。さらに、陽極は、任意のサイズ数の任意の数の気孔を有していてよい。より好ましくは、陽極は約０．１ミクロン〜約１０ミクロンのサイズ範囲の気孔を有することができる。
【００５０】
本発明では、タンタルフレークの厚みが、一部の実施形態において単峰型の分布パターンを有することができる。例えば、単峰型分布の一つのタイプが図４に示されている。該厚み分布は、好ましくは、約０．０８ミクロン〜約１ミクロンのＴ50、Ｔ50の約−１００％のＴ10、及びＴ50の約＋１００％のＴ90を有する。Ｔ10、Ｔ50、及びＴ90は、粒径とは反対に粒子厚みに関係する場合を除き、基本的に標準粒径測定におけるＤ１０、Ｄ５０及びＤ９０と同じの意味を有する。粒子厚みは光学画像解析又は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）といった任意の技術により測定することができる。代替的には、コンデンサ陽極メーカが望む性能に応じて、該フレーク厚み分布は二峰型又は多峰型であり得る。 
【００５１】
本発明は、本発明の一例として意図されている以下の実施例によりさらに明確になるであろう。
【実施例】
【００５２】
実施例１
より緊密なフレーク厚み分布並びにより低い平均フレーク厚みを得るために、Cabot Corporation製のＣ２７５タンタルフレークを作るのに用いられるナトリウム還元及び酸浸出された基本ロット粉末である標準出発材料Ｋｄｅｌタンタル粉末を用いて様々な試料を製造した。５ポンド（２．３ｋｇ）のＫｄｅｌタンタルを、５０ポンド（２３ｋｇ）の３／１６インチのステンレス鋼媒体及び２７００ミリリットルのエチルアルコールが入ったＩＳアトリターミル中にゆっくりと添加した。２時間２５０ｒｐｍで粉砕した後にミルから粉末を取り出した。３／１６インチの媒体を１／８インチのステンレス鋼媒体で交換した後、ミルに２７００ミリリットルの新鮮なエチルアルコールと２．５ポンドの３／１６インチ媒体粉砕粉末を投入した。６時間２５０ｒｐｍで粉砕を行った後、フレーク状粉末を取り出し、脱イオン水ですすいだ。次にフレークスを酸浸出して、粉砕プロセス中に蓄積した表面汚染物質を除去した。フレーク試料をスコット密度及び化学組成について分析した。
【００５３】
次に各々の試料を以下に記述されている通りに粉砕に付した。その後、平均フレーク厚み並びに厚み範囲を算定した。７５％計数に対する基準は、以下の表中に識別されている厚み範囲を有する計数されたフレーク厚みの百分率である。厚み測定は、粉砕中に形成されたフレークスを取り上げ、それを液体エポキシに添加し、振動ミキサー上で混合することによって得られ、かつ超音波プローブを用いた。一晩かけてゆっくりと硬化するエポキシは、フレークスが沈降するのに十分な時間を与え、こうしてフレークスを分離させ平坦で平行な方向性を提供した。エポキシ粘度の低減は、６：１のエポキシ対硬化剤比（重量比）を用い混合物を６０℃に加熱することによって達成された。より低粘度の樹脂の超音波撹拌及び振動が、フレークスの沈降と適正な方向性に加わった。エポキシが硬化した時点で、エポキシを半分に切断し、かくして測定を容易にするために様々なフレーク厚みを露出させた。エポキシマウントの調製にあたっては、およそ０．０５グラムのタンタルフレークを２ミリリットルの混合エポキシに対して添加し、混合物をおよそ５秒間混合した。次に混合物を、金型に添加し、振動装置を用いてそれを３０秒間撹拌した。その後材料を６０℃で４時間オーブン中で硬化させた。用いられたエポキシ樹脂は、Ｂｕｅｈｌｅｒエポキシキュア樹脂であり、硬化剤はＢｕｅｈｌｅｒエポキシコア硬化剤であった。
【００５４】
【表２】
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結果から分かるように、多段粉砕は、より低い平均フレーク厚み並びにより緊密な厚み範囲分布を導いた。
実施例２
【００５５】
Cabot Corporationから市販されているＣ２７５タンタルフレーク粉末を、多段粉砕により調製されたタンタルフレークスに比較した。該実施例中において、本発明のフレークスは２段粉砕プロセスを用いて調製された。Ｃ２７５ Ｃａｂｏｔフレーク製品用の標準出発材料であるＫｄｅｌタンタルの基本ロット粉末５ポンドを、３／１６インチ媒体を用いてＩＳアトリターミル内で２時間、２５０ｒｐｍで粉砕した（第１段）。次に、２．５ポンドの粉砕された材料を、さらに１／８インチ媒体を用いて同じミル内で６時間粉砕した（第２段）。その後、２段粉砕されたフレーク試料を酸浸出し乾燥させた。水素レベルが４０００ｐｐｍに達するまでフレーク試料を水素化し、そしてそのスコット密度を約４〜５ｇ／インチ3から約２０〜２５ｇ／インチ3まで上昇させるためにＶｏｒｔｅｃミル中で粉砕した。次に該試料を、それぞれ第１回及び第２回熱処理用の１２００℃及び１３００℃に調製済の熱処理温度で標準Ｃ２７５プロセスを用いて処理した。熱処理後、試料を圧壊し、Ｍｇ金属粉末を用いて約９５０℃で脱酸素した。残渣Ｍｇ金属及び酸化物を除去するためにふるい分け及び酸浸出を行った後に、電気特性について該試料を分析した。
【００５６】
以下の表は、本発明のフレークスについてのデータ及びＣ２７５のデータを示している。ここから分かるように、本発明のフレークスは、材料１グラムあたりより高いキャパシタンスを有している。
【表３】
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【００５７】
出願人は、引用された全ての参考文献を本開示中に特定的に内含させている。さらに、量、濃度或いはその他の数値又はパラメータが、好ましい上限数値及び好ましい下限数値の範囲、好ましい範囲又は一覧のいずれかとして与えられている場合、これは、それらの範囲が別途開示されているか否かとは無関係に、任意の範囲上限又は好ましい数値及び任意の範囲下限又は好ましい数値の任意の対から成る全ての範囲を特定的に開示するものとして理解されるべきである。数値範囲が本書中で列記されている場合、相反する指摘のある場合を除いて、該範囲はその端点並びにその範囲内の全ての整数及び分数を内含するように意図されている。本発明の範囲が、１つの範囲を定義づけする際に列記された特定の数値に制限されるということは意図されていない。
【００５８】
本発明のその他の実施形態は、本書中に開示されている該発明の明細書及びその実践を考慮することで当業者には明らかになることであろう。明細書及び実施例は例示のみを目的とするものとみなされ、該発明の真の範囲及び精神は以下のクレーム及びその均等なものによって示されるということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】異なる寸法の粉砕媒体を用いて様々な粉砕時間で粉砕された、タンタルフレークスのスコット密度を詳細に示すグラフである。
【図２】様々な形成電圧での、最小平均フレーク厚みと最大キャパシタンスの関係を示すグラフである。
【図３】タンタル粉末についての最大ＣＶと平均フレーク厚みの関係を示すグラフである。
【図４】様々なタンタル粉末についての平均フレーク厚み及び厚み分布を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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