RU2042221C1 - Method of preparing cathode coating in electrolytic oxide capacitors - Google Patents
Method of preparing cathode coating in electrolytic oxide capacitors Download PDFInfo
- Publication number
- RU2042221C1 RU2042221C1 RU92001897A RU92001897A RU2042221C1 RU 2042221 C1 RU2042221 C1 RU 2042221C1 RU 92001897 A RU92001897 A RU 92001897A RU 92001897 A RU92001897 A RU 92001897A RU 2042221 C1 RU2042221 C1 RU 2042221C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- cathode
- capacitors
- valve metal
- suspension
- Prior art date
Links
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве высокоемких оксидных конденсаторов с объемно-пористым анодом. The invention relates to electronic equipment and can be used in the manufacture of high-capacity oxide capacitors with a volume-porous anode.
Главные требования, предъявляемые к электронным компонентам, снижение массогабаритных показателей и повышение их надежности. Для конденсаторов с оксидным диэлектриком это повышение удельных зарядов и увеличение срока их службы. The main requirements for electronic components, reducing weight and size indicators and increasing their reliability. For capacitors with an oxide dielectric, this is an increase in specific charges and an increase in their service life.
Один из самых сложных аспектов изготовления электролитических конденсаторов обеспечение достаточной катодной емкости, позволяющей наиболее полно реализовать анодную емкость. Последовательное соединение анодной и катодной емкостей в электролитическом конденсаторе требует, чтобы емкость катода намного (на порядок и более) превышала емкость анода. Именно в этом случае обеспечивается приблизительно 95% реализации емкости анода. Учитывая, что в качестве рабочего электролита в конденсаторах этого класса используется чрезвычайно агрессивный реактив 38%-ный водный раствор серной кислоты, который обеспечивает совокупность эксплуатационных требований к изделиям, выбор материалов для катодной системы ограничен требованием высокой коррозионной стойкости в кислых средах. One of the most difficult aspects of the manufacture of electrolytic capacitors is the provision of sufficient cathodic capacitance, allowing the most complete realization of the anodic capacitance. The series connection of the anode and cathode capacities in the electrolytic capacitor requires that the cathode capacitance is much (an order of magnitude or more) higher than the anode capacitance. It is in this case that approximately 95% of the realization of the anode capacity is provided. Considering that a 38% aqueous solution of sulfuric acid, which provides a set of operational requirements for products, is used as a working electrolyte in capacitors of this class, the choice of materials for the cathode system is limited by the requirement of high corrosion resistance in acidic media.
С другой стороны, жесткие требования по механическим воздействиям к изделиям этого класса заставляют искать технологические приемы, обеспечивающие создание механически прочной системы катода. Большая часть выпускаемых в настоящее время электролитических конденсаторов имеет в качестве катода корпус из серебра, заполненный рабочим электролитом (38%-ным водным раствором серной кислоты). Для увеличения катодной емкости на серебро электрохимически наносят платиновое или палладиевое покрытие (черни). Использование драгметаллов, слабая механическая прочность покрытия и относительно низкая надежность основные недостатки конденсаторов с серебряными корпусами. On the other hand, stringent requirements for mechanical stresses on products of this class make us seek technological methods that ensure the creation of a mechanically robust cathode system. Most of the electrolytic capacitors currently manufactured have a silver casing filled with a working electrolyte (38% aqueous solution of sulfuric acid) as a cathode. To increase the cathode capacity, a platinum or palladium coating (black) is electrochemically applied to silver. The use of precious metals, weak mechanical strength of the coating and relatively low reliability are the main disadvantages of capacitors with silver cases.
Вторым вариантом катодной системы (значительно более корозионностойкой) является танталовый корпус с нанесенным на него покрытием из танталового порошка. The second version of the cathode system (much more corrosion-resistant) is a tantalum case coated with tantalum powder.
Известен электролитический конденсатор, катод которого выполнен в виде гильзы из танталового порошка, приваренной к внутренней поверхности танталового корпуса. Для обеспечения стабильности эксплуатационных характеристик конденсаторов необходима операция оксидирования катода Холладей Л.М. Электрический конденсатор с танталовым корпусом. "Электроника", т. 51, N 4, 1978, с. 31-37). Недостатком известного решения является большая сложность изготовления конденсатора. Known electrolytic capacitor, the cathode of which is made in the form of a sleeve of tantalum powder, welded to the inner surface of the tantalum case. To ensure the stability of the operational characteristics of capacitors, an operation of cathode oxidation is necessary. L. Holladey Tantalum electric capacitor. "Electronics", t. 51, N 4, 1978, p. 31-37). A disadvantage of the known solution is the great complexity of manufacturing a capacitor.
Известно техническое решение [1] предлагающее замену корпуса из тантала на корпус из танталового сплава, который является кислотостойким и имеет пористое пленкообразующее покрытие на своей внутренней поверхности, которое наносится методом набрызгивания, намазывания с последующим спеканием. A technical solution is known [1] proposing the replacement of a tantalum casing with a tantalum alloy casing, which is acid-resistant and has a porous film-forming coating on its inner surface, which is applied by spraying, spreading and sintering.
К недостаткам этого решения следует отнести необходимость введения в электролит сульфатных добавок соответствующих металлов, что увеличивает электросопротивление рабочего электролита, приводящее к ухудшению эксплуатационных характеристик конденсаторов. The disadvantages of this solution include the need to introduce sulfate additives of the corresponding metals into the electrolyte, which increases the electrical resistance of the working electrolyte, leading to a deterioration in the performance of capacitors.
В качестве прототипа выбран способ получения катодного покрытия электролитических оксидных конденсаторов [2]
Способ-прототип заключается в следующем. В танталовый корпус заливается суспензия, корпус вращается вокруг своей оси со скоростью 1500-3000 об/мин в течение 2 мин с одновременным нагревом до температуры 100оС. После этого покрытие спекается в вакууме 1-3 ˙ 10-5 мм рт.ст. в течение 30 мин при температуре 1300-1400оС. Cуспензия содержит порошок вентильного металла, связующее и растворитель при следующем соотношении компонентов, мас. Поливилинацетат 1,0-4,0
Этиловый спирт или ацетон 30-40
Порошок вентиль- ного металла Остальное.As a prototype of the selected method for producing a cathode coating of electrolytic oxide capacitors [2]
The prototype method is as follows. The suspension is poured tantalum housing, the housing is rotated around its axis at a speed of 1500-3000 rev / min for 2 minutes while heating to a temperature of 100 C. Thereafter, the coating is sintered in vacuo 1-3 ˙ 10 -5 mmHg for 30 minutes at a temperature of 1300-1400 about C. The suspension contains valve metal powder, a binder and a solvent in the following ratio of components, wt. Polyvinyl Acetate 1.0-4.0
Ethyl alcohol or acetone 30-40
Valve metal powder Else.
Полученное покрытие в последующем оксидируется для улучшения эксплуатационной стабильности электрических характеристик конденсатора. Оксидирование осуществляется в водном электролите при напряжении 3В. The resulting coating is subsequently oxidized to improve the operational stability of the electrical characteristics of the capacitor. Oxidation is carried out in an aqueous electrolyte at a voltage of 3V.
Решение, предложенное в прототипе, позволило получить удельную катодную емкость, равную 140000 мкКл/см3 (2,5 ˙ 103 мкФ/см2), что дало возможность разработать конденсатор с удельным зарядом до 8400 мкКл/см3.The solution proposed in the prototype made it possible to obtain a specific cathode capacity equal to 140,000 μC / cm 3 (2.5 × 10 3 μF / cm 2 ), which made it possible to develop a capacitor with a specific charge of up to 8400 μC / cm 3 .
К недостаткам данного метода можно отнести ограничение по величине катодной емкости, которое определяется необходимостью дополнительного оксидирования танталового катодного покрытия для сохранения эксплуатационных характеристик конденсатора. Кроме того, операция оксидирования достаточно трудоемка и заключается в том, что в корпус заливается определенная доза водного раствора ортофосфорной кислоты, вставляется электрод из тантала или другого инертного материала и при напряжении 3В осуществляется формирование окисного слоя. The disadvantages of this method include the limitation on the value of the cathode capacitance, which is determined by the need for additional oxidation of the tantalum cathode coating to maintain the performance of the capacitor. In addition, the oxidation operation is quite laborious and consists in the fact that a certain dose of an orthophosphoric acid aqueous solution is poured into the casing, an electrode made of tantalum or other inert material is inserted, and at a voltage of 3 V, an oxide layer is formed.
Цель изобретения увеличение катодной емкости электролитического оксидного конденсатора и увеличение удельного заряда конденсаторной системы. The purpose of the invention is to increase the cathode capacity of the electrolytic oxide capacitor and to increase the specific charge of the capacitor system.
Цель достигается тем, что в известном способе получения катодного покрытия в электролитических оксидных конденсаторах путем заливки в корпус суспензии, содержащей порошок вентильного металла, органическое связующее, например поливинилацетат и этиловый спирт или ацетон в качестве растворителя, вращения корпуса вокруг своей оси со скоростью 1500 3000 об/мин при одновременном нагреве, спекание при температуре 1300-1500оС, на поверхности катода формируют покрытие из карбидов вентильных металлов, для чего используют суспензию, дополнительно содержащую мелкодисперсный углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.The goal is achieved by the fact that in the known method for producing a cathode coating in electrolytic oxide capacitors by pouring into the housing a suspension containing valve metal powder, an organic binder, for example polyvinyl acetate and ethyl alcohol or acetone as a solvent, rotation of the housing around its axis at a speed of 1500-3000 rpm / min while heating, sintering at a temperature of 1300-1500 ° C, is formed on the cathode surface coating of the valve metal carbides, which use the slurry, further sod rzhaschuyu particulate carbon, at the following component ratio, wt.
Органическое связующее, например, поливинил- ацетат 0,5-4,0 Этиловый спирт или ацетон 30-40,0
Мелкодисперсный углерод, например графит 2,5-15,0
Порошок вентильного металла Остальное
Сопоставительный анализ заявляемого решения и прототипа показывает, что отличия заявляемого способа состоят в следующем.Organic binder, e.g. polyvinyl acetate 0.5-4.0 Ethyl alcohol or acetone 30-40.0
Fine carbon, e.g. graphite 2.5-15.0
Valve Metal Powder
A comparative analysis of the proposed solution and the prototype shows that the differences of the proposed method are as follows.
На поверхности катода получается слой карбида вентильного металла, не нуждающийся в дополнительном оксидировании, в то время как в прототипе эта операция оксидирования танталового покрытия является обязательной; в отличие от прототипа наносится суспензия, содержащая мелкодисперсный углерод. On the surface of the cathode, a valve metal carbide layer is obtained that does not need additional oxidation, while in the prototype this operation of tantalum coating oxidation is mandatory; in contrast to the prototype, a suspension containing finely divided carbon is applied.
Указанные признаки в совокупности обеспечивают изобретательский уровень решения. These features together provide an inventive step.
Сущность получения карбидов вентильных металлов на поверхности катода заключается в том, что в процессе спекания происходит взаимодействие мелкодисперсного углерода с порошком вентильного металла с образованием летучей окиси углерода и поверхностной пленки карбидов вентильных металлов на развитой поверхности катодного покрытия. Образование летучей окиси углерода в процессе реакции позволяет дополнительно получить разрыхление катодного покрытия, что увеличивает поверхность, а следовательно, и катодную емкость покрытия. Вследствие того, что карбиды вентильных металлов в водных электролитах при приложении напряжения обратной полярности не окисляются, применение данного покрытия позволяет обеспечить стабильность электропараметров конденсаторов. The essence of obtaining valve metal carbides on the cathode surface is that during sintering, finely dispersed carbon interacts with valve metal powder to form volatile carbon monoxide and a valve metal carbide surface film on the developed surface of the cathode coating. The formation of volatile carbon monoxide during the reaction allows you to additionally obtain loosening of the cathode coating, which increases the surface, and hence the cathode capacity of the coating. Due to the fact that valve metal carbides in aqueous electrolytes do not oxidize when reverse polarity is applied, the use of this coating makes it possible to ensure the stability of electric parameters of capacitors.
В качестве доказательства промышленной применимости изобретения приводим пример конкретного исполнения изготовление катода электролитического конденсатора с использованием суспензии, содержащей смесь вентильных металлов (тантала и ниобия), что является оптимальным вариантом для получения максимальной катодной емкости. As evidence of the industrial applicability of the invention, we give an example of a specific embodiment of the manufacture of the cathode of an electrolytic capacitor using a suspension containing a mixture of valve metals (tantalum and niobium), which is the best option to obtain the maximum cathode capacity.
Готовится суспензия следующего состава, мас. Поливинилацетат 0,5 Этиловый спирт 40,0 Графит марки С-1 15,0
Порошок тантала ТУ 95.1474-86 35,6
Порошок ниобия ТУ 95.2077-90 8,9
Путем вращения корпуса со скоростью 2000 об/мин происходит разделение суспензии на твердую фазу, осаждающуюся на поверхности корпуса, и жидкую фазу, содержащую растворитель. При нагревании до 85оС происходит удаление растворителя с одновременным подсушиванием покрытия. Затем корпус с нанесенным покрытием спекают при температуре 1400оС в течение 30 мин в вакууме 1-5 ˙ 10-4 мм рт.ст. В процессе спекания происходит взаимодействие танталового и ниобиевого порошка с мелкодисперсным углеродом и после спекания получается готовая катодная система с развитой поверхностью, состоящая из карбидов тантала и ниобия составов Та1-хС и Nb1-хС.Preparing a suspension of the following composition, wt. Polyvinyl acetate 0.5 Ethyl alcohol 40.0 Graphite grade C-1 15.0
Tantalum powder TU 95.1474-86 35.6
Niobium powder TU 95.2077-90 8.9
By rotating the casing at a speed of 2000 rpm, the suspension is separated into a solid phase deposited on the surface of the casing and a liquid phase containing a solvent. When heated to 85 ° C, the solvent is removed while the coating is dried. Then, the coated body is sintered at 1400 C for 30 min in vacuo 1-5 ˙ 10 -4 mmHg In the process of sintering, tantalum and niobium powder interact with finely dispersed carbon, and after sintering, a finished cathode system with a developed surface is obtained, consisting of tantalum and niobium carbides of the compositions Ta 1-x C and Nb 1-x .
Карбиды ниобия и тантала обеспечивают значительное увеличение катодной емкости, что позволяет реализовать удельный заряд конденсаторов до 21000 мкКл/см3.Carbides of niobium and tantalum provide a significant increase in cathode capacitance, which makes it possible to realize the specific charge of capacitors up to 21000 μC / cm 3 .
Сравнительные характеристики катодной системы, описанные в прототипе, и предлагаемой системы представлены ниже,
Удельная катодная емкость, мкФ/см2: Карбиды тантала 7-8 ˙ 103 Карбиды ниобия 8-10 ˙ 103 Прототип 2-2,5 ˙ 103
Катодная система прототипа позволила изготовить отечественные конденсаторы в танталовом корпусе с удельным зарядом 8400 мкКл/см3; предлагаемая до 21000 мкКл/см3.Comparative characteristics of the cathode system described in the prototype, and the proposed system are presented below,
Specific cathodic capacity, μF / cm 2 : Tantalum carbides 7-8 ˙ 10 3 Niobium carbides 8-10 ˙ 10 3 Prototype 2-2.5 ,5 10 3
The cathode system of the prototype made it possible to produce domestic capacitors in a tantalum case with a specific charge of 8400 μC / cm 3 ; Offered up to 21,000 µC / cm 3 .
Преимуществом данного метода получения катода является также то, что существенно снижается трудоемкость изготовления катодного покрытия исключается операция оксидирования катода. Благодаря добавке мелкодисперсного углерода по сравнению с прототипом значительно (приблизительно в 2 раза) снижается расход танталового порошка, наносимого на корпус. Конденсаторы с этим покрытием выдержали испытания на механическую прочность. An advantage of this method of producing a cathode is also that the complexity of manufacturing a cathode coating is significantly reduced, the operation of oxidizing the cathode is excluded. Thanks to the addition of finely dispersed carbon compared to the prototype, the consumption of tantalum powder applied to the body is significantly (approximately 2 times) reduced. Capacitors with this coating have withstood mechanical tests.
Claims (1)
Этиловый спирт или ацетон 30,0 40,0
Мелкодисперсный углерод 2,5 15,0
Порошок вентильного металла ОстальноеPolyvinyl acetate 0.5 4.0
Ethyl alcohol or acetone 30.0 40.0
Fine carbon 2.5 15.0
Valve Metal Powder
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92001897A RU2042221C1 (en) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | Method of preparing cathode coating in electrolytic oxide capacitors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92001897A RU2042221C1 (en) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | Method of preparing cathode coating in electrolytic oxide capacitors |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2042221C1 true RU2042221C1 (en) | 1995-08-20 |
| RU92001897A RU92001897A (en) | 1995-10-20 |
Family
ID=20130881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92001897A RU2042221C1 (en) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | Method of preparing cathode coating in electrolytic oxide capacitors |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2042221C1 (en) |
-
1992
- 1992-10-15 RU RU92001897A patent/RU2042221C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Патент США N 4245275, кл. H 01G 9/00, 1981. * |
| 2. Патент СССР N 1106335, кл. H 01G 9/05, 1982. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3900303B2 (en) | Large surface area nitride, carbide and boride electrodes and method of making the same | |
| US3825802A (en) | Solid capacitor | |
| DE69731918T2 (en) | Production method of a solid electrolytic capacitor | |
| JP3434041B2 (en) | Tantalum powder and electrolytic capacitor using the same | |
| US3665260A (en) | Alloy capacitor porous anodes | |
| RU2042221C1 (en) | Method of preparing cathode coating in electrolytic oxide capacitors | |
| EP0471242A2 (en) | Solid electrolytic capacitor | |
| US3544434A (en) | Thick film capactors for miniaturized circuitry | |
| JPWO2014091647A1 (en) | Carbon paste and solid electrolytic capacitor element | |
| JPH10135080A (en) | Solid-state electrolytic capacitor and its manufacture | |
| US3239436A (en) | Method of making titanium electrolytic capacitors | |
| JP2004508726A (en) | Electrode and capacitor with said electrode | |
| US4277543A (en) | Anode for solid electrolytic capacitor and method for making the same | |
| US4214293A (en) | Electrolytic capacitors | |
| JPH11224833A (en) | Manufacture of porous anode of solid electrolytic capacitor | |
| JPS5833688B2 (en) | Manufacturing method of electrolytic capacitor | |
| JP2637207B2 (en) | Solid electrolytic capacitors | |
| JP2000286154A (en) | Manufacture of solid-state electrolytic capacitor | |
| JPS62188215A (en) | Manufacture of electrolytic capacitor | |
| JPH1050563A (en) | Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereof | |
| JPH10242000A (en) | Tantalum solid electrolytic capacitor element and tantalum solid electrolytic capacitor | |
| JPH07220982A (en) | Manufacture of solid electrolytic capacitor | |
| JPH06151258A (en) | Solid electrolytic capacitor | |
| JPH1050562A (en) | Structure of solid state electrolytic capacitor and manufacture thereof | |
| RU2033899C1 (en) | Process of fabricating volume-porous anodes for electrolytic and solid-electrolyte capacitors |