СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АНОДОВ ТАНТАЛОВОГО КОНДЕНСАТОРА
METHOD OF MANUFACTURING ANODES OF TANTALUM CAPACITOR

Изобретение относится к технологии изготовления электрических конденсаторов и может использоваться для снижения содержания углерода в спеченных из порошков анодах электрических конденсаторов.
Известен способ изготовления анодов танталового конденсатора [1], в котором смесь порошка тантала и диметилсульфонового связующего в количестве, примерно от 1 до 6% масс, прессуется для образования формы анода с использованием традиционной технологии прессования, а удаление связующего из анодного тела проводится возгонкой или выщелачиванием. Возгонка включает в себя нагревание полученных анодных тел до температур 250-350°С в вакууме в течение 0,5-1,5 часов. Выщелачивание водой включает в себя полоскание анодов водой, по меньшей мере, один раз, предпочтительно три раза. Промывку проводят при температурах от 50°С до 95°С, в течение времени, достаточного для полного удаления связующего с последующей сушкой при 65°С. Концентрация углерода в образцах после трехстадийного выщелачивания составила 78, 34 и 30 ppm после первой, второй и третьей стадии соответственно.
Недостатком способа является загрязнение серой, приводящее к пробою конденсатора, а также использование повышенных температур возгонки диметилсульфона, что способствует увеличению содержания кислорода в тантале на 500-1000 ppm, наличие примесей которого ухудшает характеристики конденсатора.
Известен способ изготовления анодов танталового конденсатора [2], согласно которому танталовый порошок смешивают с небольшим количеством (5% по массе) стеариновой кислоты и полиэтиленгликоля. Смесь затем прессуют, с получением заготовки твердотельного конденсатора, погружают в 0,5% постоянно перемешиваемый водный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия или гидроксида аммония, нагретые до 80°С приблизительно на 30 минут, чтобы осуществить реакцию. В этом случае процесс удаления углерод-содержащего компонента может включать гидролиз стеариновой кислоты и полиэтиленгликоля в присутствии щелочного раствора. При этом образуется соль жирной кислоты, которая растворяется в растворе для удаления связующего. После того, как произошел процесс реакции/полного растворения, изделие извлекают из раствора и промывают этанолом, дистиллированной водой, чтобы удалить остатки стеарата, присутствующего в порах анодного тела.
Недостатком способа является неравномерное распределение связующего - стеариновой кислоты на танталовом порошке, что ухудшает процессы прессования и спекания, приводит к осыпанию части порошка тантала из заготовки анода, дефектам анода.
Известен также способ изготовления электрических конденсаторов [3], принятый за прототип. Изобретение раскрывает способ анодного спекания танталового электролитического конденсатора. После смешивания и прессования пресс-формы на танталовом порошке и связующем формируют танталовый анод и помещают его в вакуумную сухую камеру; в вакуумную сухую камеру вводят обезжиривающий агент; затем обезжиривание катализируют путем проведения низкотемпературного влажного метода; циклическое обезжиривание проводят более трех раз на танталовом аноде, помещенном в вакуумную сухую камеру; затем проводят вакуумную сушку; и, наконец, проводят вакуумное спекание на аноде. Связующее выбирают из парафина, бензойной кислоты, камфары, глицерина и стеариновой кислоты. Обезжиривающий агент выбирают из растворителей: этанола, этана, трихлорэтана или бензина. Благодаря применению способа содержание углерода уменьшается до 71 ppm.
Недостатком способа является плохое распределение связующего на частицах танталового порошка, что вызывает частичное разрушение анодов после прокаливания и появление дефектов, а также большое остаточное содержание углерода.
Задача изобретения - разработка способа изготовления анодов танталового конденсатора, позволяющего получать аноды без дефектов и снизить остаточное содержание углерода.
Поставленная задача была решена за счет того, что в способе изготовления анодов танталового конденсатора, включающем смешивание безводного танталового порошка и связующего, прессование порошка в заготовки анодов конденсаторов, возгонку связующего, обработку заготовок раствором поверхностно активного вещества, промывку заготовок обессоленной водой, сушку в вакууме и вакуумное спекание танталовых анодов, согласно изобретению в качестве связующего используют раствор камфары или стеариновой кислоты в этиловом спирте, вводимых в количестве 2-5% масс, в пересчете на сухое вещество, а в качестве поверхностно активного вещества используют водный раствор сульфанола и/или синтанола с суммарной концентрацией не менее 2,5% масс, при этом после обработки заготовок раствором поверхностно активного вещества промывку обессоленной водой проводят при температуре 70-90°С при перемешивании в течение не менее 30 минут, а сушку заготовок проводят в вакууме при температуре 150-160°С, остаточном давлении не более 0,15 Па и длительности процесса не менее 20 минут.
Использование в качестве связующего раствора камфары или стеариновой кислоты в этиловом спирте, вводимых в количестве 2-5% масс, в пересчете на сухое вещество, способствует хорошему распределению связующего на частицах танталового порошка. Это приводит к исключению дефектов (сколов, осыпаний) прессованных заготовок танталовых анодов.
Использование в качестве поверхностно активного вещества водного раствора сульфанола и/или синтанола с суммарной концентрацией ПАВ не менее 2,5% масс, промывка анодов обессоленной водой при температуре 70-90°С при перемешивании в течение не менее 30 минут способствует лучшей отмывке органических компонентов связующего и снижению содержания остаточного углерода в анодах.
Проведение сушки заготовок в вакууме при температуре 150-160°С, остаточном давлении не более 0,15 Па и длительности процесса не менее 20 минут обеспечивает достижение требуемых показателей качества анодов.
Примеры осуществления способа Пример 1.
2
Изготовление анодов танталового конденсатора включало смешивание 1000 г безводного танталового порошка и связующего, состоящего из 30 г камфары и 60 г высокочистого этанола, дальнейшее прессование заготовок анодов конденсаторов проводили до достижения плотности 3 г/см, Далее спрессованные заготовки подвергали возгонке при температуре 150°С и отмывали при непрерывном перемешивании мешалкой водным раствором поверхностно активного вещества при температуре 85°С в течение 120 минут. Состав поверхностно активного вещества представлял собой сульфанол - 2,5%, вода - остальное. Промывку заготовок проводили обессоленной водой при температуре 85°С в течение 90 минут (2 раза по 45 минут), сушку анода проводили в вакуумной камере при температуре 150°С, остаточном давлении не более 0,15Па, в течение 30 минут. Спекание танталовых анодов проводили в вакуумной печи при величине давления 80 кПа (Р=-0,09 кгс/м) и при температуре 1300°С. Характеристики полученного танталового анода приведены в таблице, из которой следует, что в полученных по примеру 1 анодах отсутствуют дефекты, а содержание остаточного углерода после возгонки связующего составляет 64 ppm.
Пример 2.
3
Изготовление анодов танталового конденсатора включало смешивание 1000 г безводного танталового порошка и связующего, состоящего из 25 г стеариновой кислоты и 50 г высокочистого этанола, дальнейшее прессование заготовок анодов конденсаторов проводили до достижения плотности 3 г/см. Далее спрессованные заготовки подвергали возгонке при температуре 150°С и отмывали при непрерывном перемешивании мешалкой водным раствором поверхностно активного вещества при температуре 85°С в течение 120 минут. Состав поверхностно активного вещества представлял собой смесь сульфанола -1%, и синтанола марки «ОП-20» - 1,5%, вода - остальное. Последующие операции осуществляли по примеру №1. Характеристики полученного танталового анода приведены в таблице, из которой следует, что в полученных по примеру 2 анодах отсутствуют дефекты, а содержание остаточного углерода после возгонки связующего составляет 30 ppm.
Пример 3.
Изготовление анодов танталового конденсатора включало смешение 1000 г безводного танталового порошка и связующего, состоящего из 50 г камфары и 50 г высокочистого этанола, дальнейшее прессование заготовок анодов конденсаторов проводили до достижения плотности 3 г/см,. Далее спрессованные заготовки подвергали возгонке при температуре 150°С и отмывали при непрерывном перемешивании мешалкой водным раствором поверхностно активного вещества при температуре 85°С в течение 120 минут. Состав поверхностно активного вещества представлял собой синтанол марки «ОП-20» - 2,5%, вода - остальное. Последующие операции осуществляли по примеру №1. Характеристики полученного танталового анода приведены в таблице, из которой следует, что в полученных по примеру 3 анодах отсутствуют дефекты, а содержание остаточного углерода после возгонки связующего составляет 65 ppm.
Пример 4 осуществляли согласно прототипа. Характеристики полученного танталового анода приведены в таблице, из которой следует, что в полученных по примеру 4 анодах присутствуют дефекты, а содержание остаточного углерода после возгонки связующего составляет 71 ppm.
Таким образом, изготовление анодов танталового конденсатора по заявляемому способу позволяет получать аноды без дефектов и снизить остаточное содержание углерода до 30 ррт, (в 2,4 раза меньше, чем в прототипе), что в итоге снижает токи утечки готовых конденсаторов.
Список использованных источников
1. Removal of binder from Та products: пат. №0768928 Европа, / Steiling, Lothar, Dr. Bayer AG Konzernbereich RP №95925415.2, заявл 29.06.1995, опубл. 18.01.1996.
2. Method for sintering tantalum capacitor anode block: пат. №102513538 Китай / Lin Yaomin, №201110437023.5, заявл. 23.12.2011; опубл. 9.04.2014.
3. Anode sintering method of tantalum electrolytic capacitor: пат. №105931843 Китай, / Shi Wei, Yang Banghao, Wang Xingwei, Wu Zhugang, №102016000510917 заявл. 30.06.2016; опубл. 07.09.2016.