DE2218186C3 - Verfahren zum Herstellen eines Elektrolytkondensators - Google Patents

Description

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 40 Dielektrikum ausheilen.

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Pulverteil- Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der ein-

chen aus Aluminium verwendet werden. gangs genannten Art nach der Erfindung dadurch

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 gelöst, daß Ventilmetallpulverteilchen mit dem isoliebis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Pul- renden Überzug versehen werden, daß das Pulver verteilchen (3) ein isolierender Überzug (22) er- 45 hierauf durch hohen Druck so verdichtet wird, daß zeugt wird, der im wesentlichen aus Titandioxid der Überzug teilweise durchbrochen wird, so daß ein besteht. direkter Metallkontakt zwischen einer genügenden

Anzahl von Ventilmetallteilchen erzielt und ein poröser Anodenkörpei gebildet wird, der hierauf in

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum 50 einem Elektrolyt anodisch formiert wird und die Herstellen eines Elektrolytkondensators mit einer An- Fehlstellen im isolierenden Überzug durch das Ventilode aus Ventilmetall, die einen isolierenden Überzug metalloxid ausgefüllt werden.

trägt, der nicht durch Formierung des darunter be- Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird

findlichen Ventilmetalls gebildet wird. nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ein Elek-

Die Bezeichnung Elektrolytkondensator soll in die- 55 trolytkondensator erhalten, dessen Dielektrikum vor-

ser Beschreibung nicht nur als Bezeichnung für einen wiegend aus einem anderen Material besteht als es

Kondensator verstanden werden, der eine Elektrode durch Oxidation des Ventilmetalls erhalten wird. Bei

aus Ventilmetall besitzt, dessen Gegenelektrode ein der Beschreibung der Erfindung werden die bisheri-

flüssiger oder gelartiger Elektrolyt ist, sondern auch gen Typen von Kondensatoren als homogen bezeich-

für einen Kondensator, der gewöhnlich als Festelek- 60 net, um sie von dem Typ zu unterscheiden, mit dem

trolytkondensator bezeichnet wird, bei dem anstatt sich die Erfindung befaßt und der als heterogen be-

des flüssigen oder gelartigen Elektrolyt ein geeignetes zeichnet wird.

festes Material benutzt wird, wie z. B. Mangandioxid, Ein. besonderer Vorteil des heterogenen Elektrolyt-

das ähnliche Eigenschaften besitzt wie die flüssigen kondensatortyps zeigt sich in der Tatsache, daß seine

oder gelartigen Elektrolyte, obwohl es nicht sicher 65 Konstruktion die Verwendung eines relativ billigen

ist, daß der wesentliche Mechanismus auf Ionenlei- Anodenmaterials erlaubt, wie z. B. Aluminium, in

tung beruht. Verbindung mit einem eine relativ hohe Dielektrizi-

Bisher wurde das Dielektrikum des Elektrolyt- tätskonstante besitzenden dielektrischen Material,

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B geeigneten Oxiden von Titan oder Tantal. Die Anode eines solchen Kondensators wird aus η·⁶ s unterscheidet ihn von dem homogenen Typ einem nach Korngrößen ausgesiebten Aluminiumpul-• Elektrolytkodensators, dessen Aufbau entweder ver geformt, dessen Teilchen eine Korngröße m der j^meSpebrauch des Aluminiumoxids mit seiner niedn- Größenordnung von bis zu 50 Mikron besitzen. Als nielektrizitäiskonstante als Dielektrikum, wenn 5 mittlere Teilchengröße wird ein Bereich von 10 bis !r\node aus Aluminium ist, oder eines teueren An- 20 Mikron bevorzugt. Die Teilchen dieses Pulvers -f materials erfordert, falls ein Material mit einer wurden mit Titandioxid in einer typischen Starke tffSn Dielektrizitätskonstante gewünscht wird. von etwa 1000 A überzogen. Der tatsächliche Wert τ Her Fehler in der dielektrischen Schicht des wird durch die Betriebsspannung des fertigen ttro-Plektrolvtkondensators vom heterogenen Typ, der io duktes bestimmt. Das zum Überziehen der Teilchen •fSnuiist um das darunter liegende Anodenmate- bevorzugte Verfahren ist das der Reaktion in der MfaSuieesi wird durch ein Material ausgefüllt, Dampfphase, bei dem eine Hydrolyse eines Titanic iurch'die Anodisation der Anode selbst geschaf- halogenides, vorzugsweise von Titantetrachlond,

die Anodisation der Anode selbst geschaf- halogenides, vorzugsweise vo

IS Da aber diese Fehler nur einen kleinen Be- durchgeführt wird. Unter geeigneten Arbeitsbed.n-

Λ-h von der gesamten Oberfläche ausmachen, wird 15 gungen ist diese Reaktion heterogen so_αω aas

mildere Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Verfahren des Überziehens so durchgeführt werden

S Tcht viel niedriger sein als der hohe Wert, kann, daß nur ein geringer oder gar kein Anlei an

_dÄfm nichtanodifierten dielektrischen Mate- ^^™^y^^^

^riaNad! dem' Verfahren gemäß der Erfindung wird » Teilchen gebildet werden, können dieses vonι den _ein Elektrolytkondensator erhalten, dessen Anode aus Teilchen mit Metallkern durch ^™**¹™**}™? ^!Lm verdichteten, mit einem Dielektrikum über- werden. Wenn das Pulver zum Überziehen in ge oenen Ventilmeta lpulver besteht. Der dielektrische trennte Chargen geteilt wird, ist es üblich ein F-SZaTPulverteilchen besteht aus einem Male- bett zum überziehen zu benutzen. Ein stet'gerFheEl·

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Pulverteilchen besteht aus einem Male-

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direkter Sall-zu-Metall-Kontakt zwischen einer Gases fallen, dem Tetrachloride und Wasser

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direkte Anodisation des Pulvers erzeugt werden kann; enrtialt η d.esem FaHe muß^da ^ _um

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chen zu ermöglichen, um so ein poröses metallisches BehJ J>W· "^acn _{u Pulver e}.

Gerüst zu bilden, das die Anode des Kondensators 45 m ^Pu^ f fu t ^^ ^^ ^^

bildet; Eintauchen des Korpers in einen Elektrolyt ullte Behalte: wn-a _{hen Form 4 einge}.

und Anodisation des Körpers, so daß Defekte m dem in die Bohrung emer zy verschließen-

dielektrischen überzug, die den überzug durchdnn- bracht η dv er aulfeinem d ^ ^ ^

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W«i-^aJ Druck-.n Be^Stt folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die g^ygdj« W«i-^aJ Druck-.n BeHerstellung eines Elektrolytkondensators gemäß der ^^f^f^^c _en Materials und des Dek-Erfindung an Hand der Figuren beschrieben. _ 55 Wandstärke d^ ^e "¹^ _{ähU sein> daß} es Fig. 1 zeigt die Apparatur zum rormen eines ver- keis des .B^r^mussen^ ^ ^^ _d£m

dichteten Anodenkörpers; · ^b- Fl'üssiekeit verhält, d. h., es muß so sein, daß

F i g. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Teiles der An- wie^^«ssjgtot _nwirk'_{enden Druck auf die ge}-

ode nach der Verdichtung, aber vor der Anodisation es den von ^ _{diese Wejse dag}

Fig. 3 zeigt denselben Ausschnitt wie Fig. 2 nach 60 ^nte^nerehUcn^ .^^.^ _{Verdichtung un}.

der Anodisation. . . terwirft Der Druckstempel 6 hat eine enge Bohrung,

Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die tenvir^hmessergerade ausreicht, einen nicht dar-

Herstellung eines Elektrolytkondensators der poröse ^,^^⁵^ _einer Vorratsrolle hindurchzu-

Aluminiumanoden besitzt und dessen Dielektrikum f^e™n£^r ™ Aluminium besteht und,

vorwiegend aus Titanoxid besteht aber ebenso,Be- 65 ssen_ D.e er Ura _{r Schicht aus}

zirke aus Aluminiumoxid enthalt die durch Anod - falls E^unscm, p_ulverteilchen bedeckt,

sation des darunter befindlichen Aluminiums geschaf- oxid ^u^oge^s ^ ^^ _{2 ge{uhrt}

und endet in dem Pulverkörper 3. Die Wirkung der isostatischen Verdichtung des Pulvers besteht darin, die Pulverteilchen zusammenfließen zu lassen, ihren Überzug aufzubrechen und einen direkten Metall-zuMetall-Kontakt zwischen einer Anzahl von ihnen zu erzeugen, so daß ein poröses metallisches Gerüst gebildet wird, von dem ein Teil im Schnitt bei 20 in F i g. 2 dargestellt ist. Dieses metallische Gerüst steht ebenfalls in einem direkten Metall-zu-Metall-Kontakt mit dem Draht, der, nachdem der verdichtete Körper aus der Presse entfernt worden ist, in einem geeigneten Abstand von dem Körper abgeschnitten wird, um die anodische Zuleitung zu bilden. Als Ergebnis dieser Verdichtung entstehen Fehler 21 in der Tilandioxidschicht 22, die das darunter befindliche Aluminium 20 freilegen.

Als nächstes werden die Poren 23 des Preßkörpers mit einem Elektrolyt gefüllt, wobei dieser in eine Formierlösung der üblichen Zusammensetzung, wie z. B. eine 3 %>ige wäßrige Lösung von Ammoniumeitrat, getaucht wird. Dann wird ein Strom durch den Elektrolyt geschickt, wobei der Körper als Anode dient, so daß sich dielektrisches Material 24 durch die Anodisation des freiliegenden Metalls an den Stellen der Defekte in dem Überzug des Titandioxids aufzubauen beginnt. Während dieses Anodisationsprozcsses wird der Stromfluß sorgfältig kontrolliert, so daß die Stromdichte nicht weit über die normale Stromflußdichte ansteigt, die beim Formieren der Anoden von gewöhnlichen Aluminiumelektrolytkondensatoren verwendet wird. Falls die angelegte Spannung nicht in gleicher Weise kontrolliert wird und die Stromflußdichte weit über den geeigneten Wert ansteigt, wird eine örtliche Überhitzung an den Defekten auftreten, die mehr eine zerstörende als eine ausheilende Wirkung hat.

Die anodische Formierung wird in der üblichen Weise durchgeführt, und zwar wird sie so lange aufrechterhalten, bis der Strom merklich abfällt und für eine gewisse Zeit, nachdem die erforderliche Formierspannung angelegt wurde, konstant bleibt.

Der solchermaßen formierte Körper eignet sich zur Verwendung in einem Flüssigkeitselektrolytkondensator oder in einem sogenannten Festelektrolytkondcnsator. In beiden Fällen wird der Formierungsclcktrolyt zuerst aus den Poren ausgewaschen. Der Körper wird dann entweder in einen Becher eingebracht und in einen neuen Elektrolyt getaucht, dessen Zusammensetzung so gewählt ist, daß sie eine vernünftige Lebensdauer des Kondensators gewährleistet, oder er wird einem üblichen Manganisierung..-prozeß unterworfen, wie es bei der Herstellung der üblichen Fcstelcktrolytkondensatoren angewendet wird.

Eine gelegentliche Erscheinung während des Anodisationsprozesses zum Auffüllen der Defekte in der Titandioxidschicht mit dielektrischem Material, ist die, daß auch der Überzug teilweise oxidiert wird, sofern dieser als verlustbehaftetes Dielektrikum in Suboxidform abgeschieden worden ist. Es ist deshalb kein Nachteil des Verfahrens zum Beschichten von Aluminiumpulver, wenn Titandioxid mit Sauerstoffmangel erhalten wird. Bei dem oben beschriebenen Verfahren wird durch Reaktion in der Dampfphase eine isolierende Form des Titandioxids abgeschieden, die durchscheinend und im wesentlichen farblos ist. Bei Änderung der Abscheidungsbedingungen ist es möglich, daß das Titanoxid in einer chemisch geringfügig reduzierten Form erzeugt wird, die braun oder schwarz ist infolge eines geringen Sauerstoffmangels. Diese Form wird als TiO₁₉₅ bezeichnet oder als TiO, und ist als ein verlustreiches Dielektrikum bekannt, das Widerstands- oder Halbleitereigcnschaften hat. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, die Schicht in dieser Form zu erzeugen. Die Ursache hierfür ist noch nicht vollständig bekannt, aber es wird vermutet, daß die verbesserten elektrischen Eigenschaften des fertigen Kondensators auf einer gleichmäßigeren Feldverteilung in der Umgebung der Defekte in dem Überzug, während sie durch Anodisierung aufgefüllt werden, herrühren. Diese Technik kann ebenso bei Teilchen angewendet werden, die mil Überzügen aus anderen dielektrischen Metalloxider versehen wurden, die man chemisch einigermaßen zi einer teilweise leitenden Form reduzieren kann unc die danach anodisiert werden, damit sie ihre voll ständig oxidierte und isolierende Form wieder erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

. *) kondensators gewöhnlich aus einem Material gebil- Patentansprüche: ^ det, das ausschließlich durch Anodisation der Anode gebildet wurde.

1. Verfahren zum Herstellen eines Elektrolyt- Aus der DT-AS 1141 720 ist ein Verfahren zum kondensators mit einer Anode aus Ventilmetall, 5 Herstellen eines Elektrolytkondensators bekannt, bei die einen isolierenden Überzug trägt, der nicht dem auf einem Grundkörper aus Ventilmetall durch durch Formierung des darunter befindlichen anodische Oxidation eine dielektrische Oxidschicht Ventilmetalls gebildet wird, dadurch gekenn- erzeugt und auf diese eine dünne Schicht aus Kieselzeichnet, daß Ventilmetallpulverteilchen (3) säuregel aufgebracht und anschließend eine HaIbmit dem isolierenden Überzug (22) versehen wer- io leiterschicht, z. B. aus Mangandioxid, aufgebracht den, daß das Pulver hierauf durch hohen Druck wird. Die Schicht aus Kieselsäuregel kann auch vor so verdichtet wird, daß der Überzug teilweise der anodischen Oxidation des Ventilmetallkörpers durchbrochen wird, so daß ein direkter Metall- aufgebracht werden. Die durch anodische Oxidation kontakt zwischen einer genügenden Anzahl von des Ventilmetalls erzeugte Oxidschicht bildet das Di-Ventilmetallteilchen erzielt und ein poröser An- 15 elektrikum des Kondensators. Die Kieselsäuregelodenkörper gebildet wird, d^r hierauf in einem schicht dient lediglich dazu, eine bessere Haftung der Elektrolyten anodisch formiert wird und die Halbleiterschicht zu bewirken.

Fehlstellen (21) im isolierenden Überzug durch Aus der DT-OS 19 62 294 ist ein Elektrolytkon-

das Ventilmetalloxid (24) ausgefüllt werden. densator mit einer porösen Sinteranode aus Ventil-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 metall bekannt, bei dem auf der Sinteranode durch kennzeichnet, daß das Verdichten des überzöge- anodische Oxidation des Ventilmetalls eine dieleknen Pulvers (3) durch isostatisches Pressen vor- trische Oxidschicht erzeugt wird und auf der äußeren genommen wird. Oberfläche des Sinterkörpers eine weitere dielek-

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- trische Schicht, gegebenenfalls aus einem anderen kennzeichnet, daß die mit einer dielektrischen 25 dielektrischen Material als die erste schicht, erzeugt Schicht überzogenen Pulverteilchen in einen ver- wird. Hierdurch soll die Durchschlagsfestigkeit des schlossenen Behälter, (1) aus elastischem Mate- Sinterkörpers auf seiner äußeren Oberfläche erhöht rial eingebracht werden, daß der Behälter in eine werden. Da die äußere Oberfläche des Sinterkörpers gut passende Bohrung in einen druckbeständigen aber klein ist im Verhältnis zur gesamten wirksamen Teil (4) eingebracht wird und daß er mittels eines 30 Oberfläche, kann dadurch die durchschnittliche Diin der Bohrung beweglichen Kolbens (6) einem elektrizitätskonstante des Kondensatordielektrikums isostatischen Preßvorgang unterworfen wird. bei Verwendung eines bestimmten Ventilmetalls nicht

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 wesentlich beeinflußt werden.

bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur

metallpulverteilchen (3) mit einem Überzug aus 35 Herstellung eines Elektrolytkondensators anzugeben,

einem verlustreichen Dielektrikum (22) über- bei dem die Dielektrizitätskonstante des Dielektri-

zogen werden, das während der anodischen For- kums wesentlich höher ist als bei Verwendung eines

mierung zu einem Dielektrikum mit geringen Ver- durch anodische Oxidation des Ventilmetalls erzeug-

lusten oxidiert wird. ten Dielektrikums, bei dem aber auch Fehlstellen im