MXPA01011491A

MXPA01011491A - Polvos de niobio de alta capacitancia y anodos de capacitor electrolitico.

Info

Publication number: MXPA01011491A
Application number: MXPA01011491A
Authority: MX
Inventors: Kurt A Habecker
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1999-05-12
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2002-07-30
Also published as: CN1350481A; WO2000069588A1; CZ303551B6; BR0010480A; US20020124687A1; ATE303220T1; DE60022357D1; KR20020000889A; AU4702500A; CZ20014024A3; DE60022357T3; HK1045961B; US7749297B2; EP1194256B1; EP1194256B2; EP1194256A1; IL146367A0; JP2011023745A; US6702869B2; JP5070502B2

Abstract

Se describe un polvo de niobio el cual cuando es formado dentro de un anodo de capacitor electrolitico, hace que el anodo tenga una capacitancia de por lo menos 62,000 CV/g. Tambien se describen metodos para hacer polvo de niobio en hojuelas, el cual tiene una capacidad de alta capacitancia cuando es formado dentro de los anodos de capacitor electrolitico. Ademas del niobio, la presente invencion es tambien aplicable a otros metales, incluyendo metales de valvula.

Description

POLVOS DE NIOBIO DE ALTA CAPACITANCIA Y ÁNODOS DE CAPACITOR ELECTROLÍTICO Campo del Invento La presente invención se refiere a polvos de niobio y capacitores electrolíticos que utilizan polvos de niobio asi como para métodos para fabricar los polvos y los capacitores electrolíticos.

Antecedentes del Invento Durante muchos años, la meta de varios investigadores ha sido desarrollar capacitores electrolíticos de niobio debido a su constante dieléctrica alta de su óxido, y al costo relativamente bajo del niobio comparado con una variedad de otros metales. Inicialmente, los investigadores en este campo consideraron la posibilidad de utilizar el niobio como un substituto de los capacitores de tantalio. Por consiguiente, se realizaron muchos estudios para determinar la adaptabilidad de reemplazar el tantalio por niobio. Sin embargo, en algunos de estos estudios se concluyó que el niobio tenia deficiencias fundamentales serias que necesitaban ser solucionadas. Por lo tanto, considerando que el niobio no era un substituto aceptable para el tantalio (Ver por ejemplo la publicación de J. Electrochem, Soc. página 408 C, diciembre de 1977) . En otro estudio, una conclusión alcanzada fue que el uso del niobio en capacitores electrolíticos sólidos parece ser muy improbable debido a varios problemas físicos y mecánicos, tales como la cristalización del campo. (Electrocomponent Science and Technology, Vol. 1, páginas 27 a 37 (1974)). Además, en otro estudio los investigadores concluyeron que las películas pasivas formadas anódicamente en el niobio eran diferentes de las propiedades eléctricas realizadas con el tantalio, y que el uso del niobio condujo a complejidades que no estaban presentes con el tantalio (Ver Electrochimica Act., Vol. 40, no. 16, páginas 2623 a 2626 (1995)). Por lo tanto, aunque existia la esperanza inicial de que el niobio podria ser un reemplazo adecuado para el tantalio, la evidencia mostró que el niobio no tenia la capacidad de reemplazar al tantalio en el mercado de los capacitores electrolíticos. Además, los capacitores electrolíticos de tantalio eran un mercado para los capacitores electrolíticos de aluminio. Sin embargo, los capacitores electrolíticos de aluminio tienen características de funcionamiento dramáticamente diferentes a los capacitores electrolíticos de tantalio. Una fuerza de transmisión en los sistemas de circuitos electrónicos en la actualidad, es un movimiento creciente hacia la Resistencia en Serie Equivalente (ESR) y la Inductancia en Serie Equivalente (ESL) inferior. Como el funcionamiento del IC aumenta con la geometría de submicras, existe una necesidad de voltaje de suministro de energia más bajo y margen de ruido. Al mismo tiempo, las velocidades crecientes del IC requieren necesidades de potencia más alta. Estos requerimientos en conflicto crean una demanda por un manejo mejor de la energia. Esto está siendo desarrollado a través de suministros de potencia distribuido los cuales necesitan corrientes más grandes para desacoplar el ruido. La velocidad creciente del IC también significa tiempos de conmutación más bajos y transitorios de corriente más alta. El circuito eléctrico debe, por lo tanto estar diseñado también para reducir la respuesta de carga transitoria. Este amplio rango de requerimientos puede ser cumplido si el circuito tiene una capacitancia lo suficientemente grande pero un ERS y ESL bajos. Los capacitores de aluminio generalmente proporcionan la capacitancia más alta de todos los tipos de capacitores. El ESR disminuye con el aumento en la capacitancia. Por lo tanto, en la actualidad, un banco grande de capacitores de aluminio de alta capacitancia son utilizados para cubrir los requerimientos anteriores. Sin embargo, los capacitores de aluminio no satisfacen realmente los requerimientos de los diseñadores de ESR y ESL bajos. Su construcción mecánica con electrolito liquido produce ESR inherentemente en las centésimas de millón junto con una alta impedancia.

Sumario del Invento Una característica de la presente invención, es proporcionar polvos de niobio que tienen una capacidad de capacitancia alta. Una característica adicional de la presente invención, es proporcionar polvos de niobio, que tienen preferentemente áreas de superficie alta y propiedades físicas que permiten que los polvos de niobio sean formados dentro de un capacitor que tiene alta capacitancia. Otra característica de la presente invención, es proporcionar polvos de niobio los cuales, cuando son formados en capacitores, tienen una filtración baja de CD. Las características y ventajas adicionales de la presente invención, serán establecidas en parte en la descripción siguiente, y en parte podrán ser apreciadas a partir de la descripción, o pueden ser aprendidas mediante la práctica de la presente invención . La presente invención, se refiere a un polvo de niobio. Otro aspecto de la presente invención se refiere a cualquier polvo de niobio que tiene un área de superficie de BET de por lo menos aproximadamente 5.1 m2/g. La presente invención también se refiere a un polvo de niobio el cual cuando es formado en un ánodo de capacitor electrolítico el ánodo tiene una capacitancia superior a 62,000 CV/g. También, la presente invención se refiere a un método para producir polvos de niobio en hojuelas el cual comprende los pasos de moler el polvo de niobio, y luego someter el polvo de niobio molido a tratamientos de desoxidación y posteriormente moler continuamente el polvo de niobio. Deberá quedar entendido que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada se presentan únicamente a modo de ejemplo y de explicación y que pretenden proporcionar una explicación adicional de la presente invención, tal y como ha sido reivindicada.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura es una gráfica que muestra las áreas de superficie BET de los polvos de niobio y su capacitancia respectiva cuando son formados en ánodos y sinterizados a una temperatura de 1150 ó 1300°C.

Descripción Detallada del Invento La presente invención se refiere a polvos de niobio que tienen capacidad de alta capacitancia. El niobio que puede ser utilizado es cualquier polvo de niobio, tal como en hojuelas, angular, nodular y mezclas y variaciones de los mismos. Los polvos de niobio (por ejemplo, en hojuelas, angular, nodular y mezclas de los mismos) preferentemente tienen un área de superficie BET de por lo menos 5.1 m2/g y preferentemente por lo menos 5.5 m2/g, y aún más preferentemente, de por lo menos 6.0 m /g y todavía más preferentemente de aproximadamente 6.0 a aproximadamente 15.0 m2/g y todavía más preferentemente de aproximadamente 8.0 a aproximadamente 15.0 m2/g. Los rangos BET están basados en los polvos de niobio previamente aglomerados . El polvo de niobio puede ser hidratado o no hidratado. También, el polvo de niobio puede ser aglomerado . Con respecto al polvo de niobio en hojuelas, el polvo de niobio en hojuelas puede ser caracterizado como plano, de forma de placa y/o plaqueta. También, el polvo de niobio en hojuelas puede tener una proporción de aspecto (proporción de diámetro a espesor) de aproximadamente 3 a aproximadamente 300, y preferentemente de aproximadamente 200 a aproximadamente 300. el polvo de niobio en hojuelas permite un área de superficie mejorada debido a su morfología. Preferentemente, el área de superficie BET del polvo de niobio en hojuelas es de por lo menos 5.5 m2/g y más preferentemente de por lo menos aproximadamente 6.0 m2/g y todavía más preferentemente de por lo menos aproximadamente 7.0 m2/g . Los rangos preferidos del área de superficie BET del polvo de niobio en hojuelas son de aproximadamente 6.0 m2/g a aproximadamente 15.0 m2/g más preferentemente de aproximadamente 8.0 m2/g a aproximadamente 12.0 m2/g o de aproximadamente 9.0 m2/g a aproximadamente 11.0 m /g. Los rangos BET están basados en polvo de niobio en hojuelas previamente aglomerados. El polvo de niobio en hojuelas puede ser aglomerado. El polvo de niobio en hojuelas puede ser hidratado o no hidratado. El polvo de niobio en hojuelas aglomerado preferentemente tiene una Densidad Scott menor de aproximadamente 35 g/plg3, y más preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 35 g/plg3. El polvo de niobio en hojuelas no aglomerado preferentemente tiene una Densidad Scott menor de aproximadamente 12 y más preferentemente, menor de aproximadamente 5 g/plg3. De preferencia, el polvo de niobio en hojuelas aglomerado tiene un flujo mayor de 80 mg /, s , más pre ferentemente de 80 mg/s a aproximadamente 50 O( mg/s . En general, el polvo de ni:obio en hojuelas puede ser preparado formando un lingote de niobio y haciendo quebrar el lingote sometiéndolo a un gas de hidrógeno para la hidratación. El lingote hidratado puede entonces ser molido en un polvo angular, por ejemplo, por medio del uso de un moledor- de mandíbulas y molido por impacto una o más veces. EJ. polvo angular entonces puede ser limpiado con el uso de una lechada de ácido o similar. Entonces el hidrógeno puede ser removido por calentamiento al vacio, y el polvo angular desgasificado puede entonces ser sometido al molido, tal y como con el uso de un molino de bola agitada, en donde el polvo es dispersad D en un medio fluido (acuoso o no acuoso) tal como etanol y en medio puede incluir un agente lubricante t al como ácido esteárico o similar, para formar el polvo en hojuelas mediante el impacto de las bolas de acero inoxidable movidas por la acción de barras rotatorias. Se pueden hacer varios tamaños de hojuelas, mediante el quebrado de hidrógeno seguido por el sometimiento de las hojuelas al molido por impacto, por ejemplo con el uso de un molino de chorro de lecho fluidificado, un molino Vortec o los pasos de molido adecuados. Con mayor detalle, el lingote de niobio es hidratado calentándolo al vacio para formar un lingote quebrado el cual es molido para formar un polvo. El hidrógeno y los polvos pueden ser removidos opcionalmente por calentamiento de las partículas al vacio. Las diferentes áreas de superficie BET pueden ser logradas sometiendo el polvo al molido, preferentemente en un proceso de molido de frotamiento. El área de superficie BET más grande, del polvo generalmente requerirá un tiempo de molido más largo. Por ejemplo, con un tiempo de molido de aproximadamente 60 minutos, se puede lograr un área de superficie BET de aproximadamente 1.0 m2/g. Para obtener áreas de superficie BET todavía más altas, serán necesarios tiempos de molidos más largos para lograr el área de superficie BET de aproximadamente 4 a aproximadamente 5 m2/g o más grandes, y los tiempos de molido en el orden de aproximadamente 24 horas o más en un molino de frotamiento es un medio para formar dichos polvos de niobio que tienen rangos de área de superficie BET altos . Cuando se hacen dichas áreas de superficie altas, se prefiere utilizar un molino de frotamiento Szegvari 30-S, utilizando un medio de 453.59 Kg . (1,000 lbs) 3/16" SS, y aproximadamente 18.14kg (40 libras) de polvo de niobio con el molino ajustado en una rotación de aproximadamente 130 rpm. También, el molino contendrá una cantidad suficiente de un medio tal como etanol del orden de 3.43 litros (13 ó más galones) . Después del molido, los polvos de niobio son sometidos entonces a un tratamiento térmico, y preferentemente los polvos de niobio pueden tener un contenido de fósforo para ayudar a minimizar la reducción en el área de superficie durante el tratamiento térmico. El tratamiento térmico puede ser de cualquier temperatura suficiente para originar generalmente la aglomeración, y preferentemente sin reducir el área de superficie. Una temperatura para el tratamiento térmico que puede ser utilizada es de aproximadamente 1100°C durante 30 minutos. Sin embargo, la temperatura y el tiempo pueden ser modificados para asegurar que no se reduzca el área de superficie BET alta.

De preferencia, en dicho proceso de molido, el polvo de niobio el cual está siendo molido intermitentemente, es sometido a la desoxidación. Se puede utilizar cualquier método de desoxidación tal como desoxidación por magnesio, de preferencia, se utiliza la desoxidación por magnesio a alta temperatura . Otros métodos de desoxidación que pueden ser utilizados incluyen, pero no están limitados a métodos de metal absorbente metálico como compuestos de metal absorbente metálicos, tales como aquellos mencionados en la Patente Norteamericana No. 4,960,471 incorporado a esta descripción en su totalidad como referencia. Después de dicho paso, el polvo de niobio puede ser sometido a una lechada de ácido para remover cualquier magnesio residual, si es utilizado este método de desoxidación. Posteriormente, el polvo de niobio puede ser sometido a un molido adicional tal como un molido por frotamiento. Estos pasos adicionales los cuales pueden ser usados varias veces, se usan preferentemente con el propósito de fabricar los polvos de niobio en hojuelas que tienen una capacidad de alta capacitancia. La desoxidación con o sin la lechada acida tiene la capacidad de reducir, si no eliminar, la fragmentación o rotura de las partículas formadas en hojuelas permitiendo de este modo un área de superficie más alta y también una capacidad de capacitancia más alta para los polvos de niobio en hojuelas cuando son formados en ánodos de capacitor. El paso de desoxidación, como la desoxidación por magnesio a alta temperatura, preferentemente hace al polvo de niobio más dúctil y regresa el polvo de niobio a una condición más dúctil para el molido adicional. Sin desear estar comprometidos por teoría alguna, se considera que la paso de desoxidación tiene la capacidad de remover lo óxidos de los intersticios de los polvos de niobio y liberan el esfuerzo en las partículas hojueladas. Como el oxigeno de los intersticios aumenta como una función del tiempo de molido y, en niveles de saturación para una superficie de hojuelas determinada, puede resultar en la fragmentación o rotura de una partícula de hojuelas, el paso de desoxidación supera estos problemas para permitir la formación de polvos de niobio en hojuelas el cual tiene una capacidad de capacitancia más alta. De preferencia, el primer paso de desoxidación ocurre cuando el polvo de niobio alcanza un área de superficie BET de aproximadamente 1.5 m2/g durante el proceso de molido y puede ocurrir en pasos intermitentes posteriormente tales como cuando el polvo de niobio en hojuelas alcanza un área de superficie BET de aproximadamente 4.5 m /g y posteriormente cuando el polvo de niobio en hojuelas alcanza un área de superficie BET de aproximadamente 10.0 m2/g y asi sucesivamente. El paso de desoxidación puede ser utilizado cualquier número de veces y se prefiere usar al paso de desoxidación antes de que se encuentren las barreras de endurecimiento de trabajo descritas anteriormente. De preferencia, si se utiliza la desoxidación por magnesio, se utilizan de aproximadamente el 4% a aproximadamente el 6% de magnesio en peso total de niobio durante el paso de desoxidación por magnesio, y la temperatura en la cual ocurre el paso de desoxidación por magnesio es preferentemente a una temperatura de aproximadamente 700 a aproximadamente 1600°C, y más preferentemente de aproximadamente 750 a aproximadamente 950°C, y aún más preferentemente de aproximadamente 750 a aproximadamente 800°C. La desoxidación por magnesio se realiza de preferencia en una atmósfera inerte, tal como argón. También, la desoxidación por magnesio generalmente es por un tiempo suficiente y a una temperatura suficiente para remover por lo menos una porción importante del oxigeno en el polvo de niobio en hojuelas. Más preferentemente, el lapso de tiempo para la desoxidación de magnesio es de aproximadamente 20 minutos a aproximadamente 3 horas, y más preferentemente de aproximadamente 45 minutos a aproximadamente 60 minutos. El magnesio que es usado generalmente se vaporiza y se precipita como por ejemplo como Mg02, en una pared fria del horno en este paso de desoxidación de magnesio. Cualquier magnesio restante de preferencia es removido substancialmente por cualquier proceso, tal como la lechada de ácido con una solución de ácido nítrico y ácido fluorhídrico diluidos . El polvo de niobio puede tener opcionalmente un contenido de oxigeno. La cantidad del contenido de oxigeno puede ser de aproximadamente 2,000 ppm o inferior o superior. Por ejemplo, el polvo de niobio puede tener un contenido de oxigeno de aproximadamente 2,000 PPm a aproximadamente 60,000 ppm. alternativamente, el niobio y cualquier otro tipo de niobio puede tener un contenido de oxigeno bajo tal como menos de 1,000 ppm. Además, el polvo de niobio también puede tener un contenido de fósforo, tal como dopando con fósforo solo o con oxigeno. El dopado del polvo de niobio con fósforo es también opcional. En una modalidad de la presente invención, la cantidad del dopado de fósforo del polvo de niobio es menor de aproximadamente 400 ppm y más preferentemente menor de aproximadamente 100 ppm, y todavía más preferentemente menor de aproximadamente 25 ppm. Se pueden incluir otros aditivos convencionales, incluyendo uno o más tipos de dopantes. Por ejemplo, el polvo de niobio de la presente invención puede contener cantidades diferentes de nitrógeno tales como cantidades de nitrógeno de aproximadamente 5 ppm a aproximadamente 20,000 ppm, y más preferentemente de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 5,000 ppm. Los métodos para introducir o dopar con nitrógeno, se describen en la Publicación Internacional No. WO 99/57739 también pueden ser utilizados y esta publicación está incorporada en su totalidad a la presente invención como referencia. Los diferentes polvos de niobio anteriormente descritos pueden caracterizarse adicionalmente por las propiedades eléctricas resultantes de la formación de un capacitor que utiliza polvos de niobio de la presente invención. En general, los polvos de niobio de la presente invención pueden ser probados por sus propiedades eléctricas, comprimiendo el polvo de niobio dentro de un ánodo y sinterizando el polvo de niobio comprimido en temperaturas apropiadas y luego anodizando el ánodo para producir un ánodo para capacitor electrolítico el cual puede ser entonces probado subsecuentemente por sus propiedades eléctricas . Por consiguiente, otra modalidad de la presente invención se refiere a los capacitores formados a partir de los polvos de niobio y/o polvos de niobio con contenido de nitrógeno de la presente invención. Los ánodos hechos de algunos de los polvos de niobio de la presente invención, pueden tener una capacitancia mayor de aproximadamente 62,000 CV/g. Por consiguiente, la presente invención se relaciona además con polvos de niobio los cuales cuando son formados en un ánodo de capacitor electrolítico, el ánodo tiene una capacitancia superior a 62,000 CV/g, y más preferentemente superior a 70,000 CV/g. Preferentemente, el polvo de niobio cuando es formado en un ánodo de capacitor electrolítico el ánodo tiene una capacitancia de aproximadamente 65,000 CV/g a aproximadamente 150,000 CV/g y más preferentemente de aproximadamente 65,000 CV/g a aproximadamente 175,000 CV/g y todavía más preferentemente de aproximadamente 65,000 CV/g a aproximadamente 250,000 CV/g. Estas capacitancias son medidas de la siguiente manera y cuando el polvo de niobio es formado en un ánodo de la siguiente manera: Se puede utilizar tantalio para producir un ánodo. El tantalio puede medir (0.51 centimetros de diámetro X 1.13 centimetros de longitud) y es abierto en un extremo y tiene un cable de tantalio soldado a su exterior. El tantalio puede ser llenado libremente con un polvo de niobio en hojuelas de densidad baja, pesado y sinterizado. Las temperaturas de sinterizado pueden ser en un rango de 1000°C a 1500°C y preferentemente de 1100°C a 1300°C. El tantalio llenado con niobio sinterizado puede ser entonces anodizado utilizando un voltaje de formación de lOVf a 50Vf y preferentemente de 20Vf a 35Vf. El tantalio llenado con niobio anodizado y sinterizado entonces es probado por su capacitancia (µF) . La capacitancia (µF) en un tantalio vacio puede ser restada de la capacitancia del tantalio relleno con niobio y puede producir una lectura de capacitancia real (µF) . El análisis eléctrico resultante es reportado en µFV/g. En la formación de los ánodos del capacitor de la presente invención, la temperatura de sinterizado que es utilizada permitirá la formación de un ánodo de capacitor que tiene las propiedades deseadas. De preferencia, la temperatura de sinterización es de aproximadamente 1100°C a aproximadamente 1750°C, y más preferentemente de aproximadamente 1100°C a aproximadamente 1400°C, y aún más preferentemente de aproximadamente 1150°C a aproximadamente 1300°C. Los ánodos formados a partir de los polvos de niobio de la presente invención, son formados preferentemente en un voltaje inferior de aproximadamente 60 volts, y preferentemente de aproximadamente 30 a aproximadamente 50 volts, y más preferentemente de aproximadamente 40 volts. También son posibles los voltajes de formación más bajos, tales como de aproximadamente 30 volts o menores. De preferencia, los voltajes de trabajo de los ánodos formados a partir de los polvos de niobio de la presente invención, son de aproximadamente 4 a aproximadamente 16 volts, y más preferentemente de aproximadamente 4 a aproximadamente 10 volts. También, los ánodos formados a partir de los polvos de niobio de la presente invención tienen preferentemente una filtración de DC inferior de aproximadamente 5.0 nA/CV. En una modalidad de la presente invención, los ánodos formados a partir de algunos de los polvos de niobio de la presente invención tienen una filtración de DC de aproximadamente 5.0 nA/CV a aproximadamente 0.50 nA/CV. Con el polvo de niobio de alta capacitancia, se pueden utilizar voltajes de formación y voltajes más altos y voltajes de trabajo más altos tales como de aproximadamente 50 a aproximadamente 80 volts en la formación, y de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 volts en el voltaje de trabajo. También, un beneficio adicional de la presente invención es la mejora en la filtración de CD, por ejemplo, una filtración de CD estable o inferior conforme el aumento del BET en el niobio. La presente invención también se refiere a un capacitor de acuerdo con la presente invención que tiene una pelicula de óxido de niobio en una superficie de la misma. De preferencia, la pelicula de óxido de niobio comprende una pelicula de pentóxido de niobio. Además del niobio, los métodos de formación de hojuelas de la presente invención son aplicados para cualquier metal el cual pueda ser formado en una hojuela, tales como metales de válvulas incluyendo el tantalio. Los beneficios resultantes tales como las BETs más altas, la capacitancia más alta del ánodo formado del metal en hojuelas y/o el voltaje de formación, el voltaje de trabajo relacionados y la filtración de CD mejoradas o estables son también consideradas como parte de la presente invención.

Los capacitores de la presente invención pueden ser utilizados en una variedad de usos finales tales como componentes electrónicos automotrices, teléfonos celulares, computadoras, tales como monitores, tarjetas madre y similares, a productos electrónicos para el consumidor incluyendo televisores y CRTs; impresoras/copiadoras; suministros de energia; módems; libretas de computadora; y discos de computadora. La presente invención se clarificará adicionalmente por medio de los ejemplos siguientes, los cuales tienen la intención de ser ejemplares de la presente invención. Métodos de Prueba MÉTODO DE CAPACITANCIA A: medidas eléctricas CV/g de las hojuelas [1] Preparación del Ánodo: (a) Preparar N=l por muestra de polvo en un bote Ta fabricado (1) Registrar el peso de cada bote antes de cargarlo con el polvo (2) Llenar el bote completamente con el polvo sin utilizar fuerza para compactar el polvo (3) Registrar el peso del bote cargado. \2] Sinterización del Ánodo: (a) 1300°C x 10 minutos (perfil "A") (b) Carga N=l por muestra y 1 bote vacio por sinterización en una charola grande de un modo tal que se puede mantener la identificación individual. [3] Evaluación de Ef en 35V: (a) 35V Ef @ 60°C/0.1 Electrolito H3P04 2V/5minutos o 20 mA/g corriente constante [4] Prueba de Filtración de CD/Capacitancia-ESR: (a) Prueba de filtración CD Prueba de Voltaje 70% Ef (24.5 VCD) Tiempo de carga 60 segundos 10% H3P04 @ 21°C (b) Prueba de Capacitancia-DF: 18% H2S04 @ 21°C 120Hz MÉTODO DE CAPACITANCIA B: mediciones eléctricas de CV/g del polvo en hojuelas [11 Fabricación del Ánodo : (a) 2.5 y 3.0 Dp (b) polvo no lubricado utilizando el Nb de 0.64 cm "cables expandidos" (c) tamaño = 0.50 cm de diámetro, 3.12 cm de longitud; (d) peso del polvo = 340 mg [2 1 Sinterización del Ánodo (rampas de 3.048 m/A) (a) 1100°C * 3.048m (b) 1200°C * 3.048m (c) 1300°C * 3.048m [31 Anodización Ef a 35V: (a) 35V Ef @ 60°C/electrolito H3P04 al 0.1% corriente constante 50 mA/g [41 Prueba de Filtración CD/Capacitancia-ESR: (a) Prueba de Filtración CD Voltaje de Prueba 70% Ef (24.5 VDC) Tiempo de carga 60 segundos 10% H3P04 @ 21°C (b) Prueba de Capacitancia-DF: 18% H2S04 @ 21°C 120 Hz [51 Anodización Ef 50V (a) 50V Ef @ 60°C/electrolito H3P04 al 0.1% Corriente constante 50 mA/g [61 Prueba de Filtración CD/Capacitancia-ESR: (a) Prueba de Filtración CD Voltaje de prueba 70% Ef (35 VDC) Tiempo de carga 60 segundos 10% H3P04 @ 21°C (b) Prueba de Capacitancia-DF: 18% H2S04 @ 21°C 120 Hz La Densidad Scott, el análisis de oxigeno el análisis de fósforo, y el análisis BET fueron determinados de acuerdo con los procedimientos establecidos en las Patentes Norteamericanas Nos. 5,011,742; 4,960,471; y 4,964,906, todas incorporadas en su totalidad a la presente descripción como referencia . Ejemplos del 1 al 10 El lingote de niobio producido por rayos de electrones fue hidratado calentando el lingote en un vacio de 10"4 torr a 1050°C sosteniéndolo en 1050°C durante 15 minutos, y luego enfriando el lingote al vacio a una temperatura de 600°C. Una vez que el lingote alcanzó los 600°C, se disminuyó el oxigeno de presión de las partículas en la cámara del horno en 200 scfh, y el lingote fue enfriado bajo un flujo de hidrógeno de presión parcial por un periodo de 48 horas. Posteriormente, el vacio fue bombeado de manera descendente, hasta -71.12 cm, y luego se llenó de nuevo con argón a -12.70 cm Hg . La presión fue mantenida hasta que la temperatura se estabilizó, medida por medio de un termopar de trabajo. Se introdujo gradualmente aire en presión creciente de modo que la temperatura de trabajo no se elevará. El lingote quebrado fue molido para producir un polvo angular en un moledor de mordazas, y molido por impacto y posteriormente clasificado a 5 x 80 mieras en un clasificador de aire. El hidrógeno fue removido de las partículas que contenían hidrógeno con tamaño reducido por medio de calentamiento de las partículas a 700°C en un vacio hasta que la presión ya no fue afectada por el hidrógeno que estaba siendo emitido por las partículas . El polvo angular desgasificado fue procesado entonces, en un molino de frotamiento Szegvari 30-S, agitado con un molino de bola (130 rpm durante aproximadamente 6 horas) en donde el polvo dispersado en un medio de 3.96 litros (15 gal) . de etanol, y 453.6 kg (1000 lbs). 3/16" en un medio de acero inoxidable 440C fue formado el polvo de hojuelas por medio del impacto de las bolas de acero inoxidable movidas por la acción rotatoria. Después del molido inicial, el polvo de niobio en hojuelas a la medición del polvo de niobio en hojuelas en una superficie de aproximadamente 1.5 m2/g. El polvo de niobio en hojuelas entonces fue desoxidado por magnesio utilizando de aproximadamente 4 a aproximadamente 6% de magnesio en peso de niobio. La desoxidación de magnesio ocurrió a una temperatura de aproximadamente 800°C y durante aproximadamente 60 minutos. El polvo de niobio en hojuelas fue entonces removido, y se le aplicó una lechada de ácido para remover cualquier magnesio residual. La lechada de ácido fue realizada creando una pasta con un contenido de 18.14 kg (40 lbs) de niobio en hojuelas, 400 g/lb de hielo desionizado, 200 mi /Ib de ácido nítrico, y 2 mi /Ib de ácido fluorhídrico y enjuagándolo hasta una conductividad de 50 µhes. El polvo de niobio en hojuelas entonces se volvió a introducir en el molino de frotamiento Szegvari 1-S, se agitó el molino de bola y posteriormente se molió de acuerdo con el parámetro establecido en la Tabla 1 para cada uno de los ejemplos. En cada uno de los ejemplos, la temperatura promedio de la pasta de etanol durante el molido fue de aproximadamente 29.41°C (85°F) y la velocidad de molido fue de aproximadamente 350 rpm. Las variables para cada uno de los ejemplos se establecen en la Tabla 1 asi como los resultados. En cada uno de los ejemplos establecidos en la Tabla, 0.23 kg . (0.5 lbs) . de polvo de niobio en hojuelas desoxidado fue molido por la bola utilizando un medio de acero inoxidable de 440C de 3/16" y 18.14 kg (40 libras), en 0.91/1.36 litros. (2/3 galones) de etanol y opcionalmente ácido esteárico en una cantidad de aproximadamente el 1% en peso (2.5g) . aEtOH peso/ácido esteárico. Después de la deformación en hojuelas deseada, el polvo de niobio fue removido y lavado para remover cualquier alcohol presente. Luego el polvo de niobio fue lavado con una mezcla de agua desionizada, ácido fluorhídrico, ácido nítrico, y ácido clorhídrico en una cantidad de 750 ml/lb de agua desionizada, 10 mi /Ib de ácido fluorhídrico, 350/750 ml/lb de ácido nítrico y 750 ml/lb de ácido clorhídrico todos basados en el niobio por libra para remover la contaminación de carbón y metal (por ejemplo, hierro, niquel, cromo y similares transferidos del contacto con las bolas de acero inoxidable) . Las concentraciones del ácido fueron de aproximadamente HCl 30%, aproximadamente 68 a 70% HN03 y aproximadamente del 48 a 51% de HF. Posteriormente, el polvo de niobio fue lavado nuevamente con agua desionizada y luego secado. El polvo en hojuelas lavado con ácido fue secado al aire a una temperatura de 150°F (65°C) . Los diferentes lotes de polvo de niobio fueron entonces comprimidos en moldes de ánodos de 5 mm de diámetro alrededor de un cable de niobio con un diámetro de 0.6 mm a una densidad de 3.5 g/cc. Las muestras comprimidas del polvo de niobio fueron sinterizadas al vacio (a menos de 10"3 Pa) y las temperaturas indicadas en la Tabla 1 durante 10 minutos, posteriormente se anodizaron aplicando una corriente constante de 20 mA/g y en el voltaje de formación indicado en la Tabla 1 al ánodo sumergido en ácido fosfórico al 0.1% en peso para producir los ánodos de capacitor electrolítico, los cuales fueron lavados y secados. Las características del funcionamiento del capacitor, evaluado por las mediciones de los ánodos sumergidos en 18% en peso de ácido sulfúrico, se reportan en la Tabla 1. La capacitancia reportada en una frecuencia de 120 Hertz, es en unidades de voltios microfarad por gramo (CV/g) y volts microfarad por centímetro cúbico de volumen del ánodo (CV/cc); filtración de CD, medida después de un minuto de carga de 35 volts, reportada en unidades de nanoamperes por microfarad-volt (nA/CV) .

Como se puede observar en la tabla 1 anterior, y en la figura, lo que establece la capacitancia y el BET de los siguientes ejemplos, hizo que la capacitancia de los ánodos formados de los polvos de niobio fuera aumentada de una manera importante utilizando el proceso de la presente invención, el cual permitió tiempos de molido más largos sin fracturar el polvo de niobio en hojuelas. Como se puede apreciar en la tabla 1, al momento de que se utilizo el voltaje de formación de 20 volts, para formar el ánodo del polvo de niobio en hojuelas que fue sinterizado a una temperatura de 1150°C. la capacitancia fue de 204,498 CV/g. Además, los beneficios de utilizar alcohol y preferentemente etanol con agentes lubricantes como ácido esteárico también fueron observados. Aquellos expertos en la técnica, apreciarán otras modalidades de la presente invención, a partir de la consideración de la descripción y la práctica de la invención aqui descrita. Se pretende que la especificación y los ejemplos sean considerados únicamente como ejemplares, siendo indicado el alcance y espíritu de la invención real por las siguientes reivindicaciones .

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1. Un polvo de niobio en donde dicho polvo es formado en un ánodo de capacitor electrolítico, teniendo el ánodo una capacitancia de por lo menos 65,000 CV/g.
2. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 1, en donde el ánodo tiene una capacitancia de 65,000 a aproximadamente 250,000 CV/g.
3. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 1, en donde el ánodo tiene una capacitancia de aproximadamente 75,000 a aproximadamente 250,000 CV/g.
4. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 1, en donde el ánodo tiene una capacitancia de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 250,000 CV/g.
5. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicaciónl , en donde el ánodo tiene una capacitancia de aproximadamente 125,000 a aproximadamente 250,000 CV/g.
6. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 1, en donde el ánodo tiene una capacitancia de aproximadamente 100,000 a aproximadamente 210,000 CV/g.
7. Un polvo de niobio que tiene un área de superficie BET de al menos aproximadamente 5.5 m2/g.
8. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 7, en donde el polvo de niobio tiene un área de superficie BET de al menos aproximadamente 7.0 m2/g.
9. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 7, en donde el polvo de niobio tiene un área de superficie BET de al menos aproximadamente 10 m2/g.
10. El polvo de niobio de conformidad con la reivindicación 7, en donde el polvo de niobio tiene un área de superficie BET de aproximadamente 6.0 m2/g a aproximadamente 12 m2/g.
11. El polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que tiene un nivel de fósforo menor de aproximadamente 400 ppm.
12. El polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el polvo de niobio está dopado con nitrógeno.
13. El polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el polvo de niobio tiene al menos aproximadamente 100 ppm de nitrógeno presente.
14. El polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el polvo de niobio tiene nitrógeno presente en una cantidad de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 5,000 ppm.
15. El polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en donde el polvo de niobio tiene nitrógeno presente en una cantidad de aproximadamente 100 ppm a aproximadamente 20,000 ppm.
16. El polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde el polvo de niobio comprende polvo de niobio en hojuelas.
17. Un capacitor que comprende polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16.
18. Un capacitor preparado a partir de una formulación que comprende el polvo de niobio de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16. m€
19. El capacitor de conformidad con la reivindicación 18, en donde el polvo es sinterizado a una temperatura de aproximadamente 1200°C a aproximadamente 1750°C. 5
20. Un método para fabricar polvo de niobio en hojuelas que comprende el molido de virutas de niobio para formar el polvo de niobio en hojuelas y luego sometido el polvo de niobio en hojuelas a la desoxidación y posteriormente al molido continuo del 10 polvo de niobio en hojuelas.
21. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde el paso de someter el polvo de niobio en hojuelas es repetida una o más veces durante el molido del polvo de niobio en 15 hoj uelas .
22. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde la desoxidación comprende una desoxidación inorgánica.
23. El método de conformidad con la 20 reivindicación 20, en donde la desoxidación es una desoxidación por magnesio.
24. El método de conformidad con la reivindicación 23, en donde de aproximadamente el 4% a aproximadamente el 6% de magnesio en peso de niobio es 25 utilizado en la desoxidación por magnesio, y ocurre a una temperatura de aproximadamente 700°C a aproximadamente 1600°C.
25. El método de conformidad con la reivindicación 23, en donde antes de continuar el molido del polvo de niobio en hojuelas, es removido substancialmente cualquier magnesio residual.
26. El método de conformidad con la reivindicación 25, en donde el magnesio residual es removido por medio de una lechada de ácido.
27. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde el primer molido ocurre por un periodo de aproximadamente 2 horas a aproximadamente 8 horas antes de someter el polvo de niobio en hojuelas a la vez oxidación.
28. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde el polvo de niobio en hojuelas ha obtenido un área de superficie BET de al menos aproximadamente 1.5 m2/g antes de que el polvo de niobio en hojuelas haya sido sometido a la desoxidación.
29. El método de conformidad con la reivindicación 20, en donde dicho molido es realizado por un molino de frotamiento.