專(zhuān)利名稱(chēng)：拉伸強(qiáng)度和硬度改進(jìn)的電容器級(jí)引線(xiàn)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及電容器引線(xiàn)，特別是可與鉭或鈮的陽(yáng)極壓制體結(jié)合使用的鈮引線(xiàn)。本發(fā)明包括鈮粉末冶金得到的摻雜有硅的鈮引線(xiàn)，該引線(xiàn)優(yōu)選具有改進(jìn)的強(qiáng)度和硬度，并且對(duì)引線(xiàn)的漏電性能沒(méi)有很大損害。
利用熔體原料得到的鈮和鈮合金引線(xiàn)一直被用作電容器引線(xiàn)。在1150℃和以上的燒結(jié)溫度，來(lái)源于熔融工藝的純鈮線(xiàn)的漏電值(electrical leakage)低。但是，該引線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度和硬度有限，這使得很難對(duì)其進(jìn)行加工，由此導(dǎo)致將該引線(xiàn)與電容器陽(yáng)極壓制體結(jié)合時(shí)，和/或燒結(jié)與該引線(xiàn)連接的壓制體或固體電解質(zhì)熱解物的過(guò)程中的生產(chǎn)量低。鈮合金，比如鈮-鋯合金比熔融工藝得到的純鈮線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度好，并且該合金在1150℃以上具有可接受的漏電值。但是，在1050℃以上時(shí)，鋯從該引線(xiàn)中擴(kuò)散出來(lái)，并且污染了陽(yáng)極，使其作為電容器引線(xiàn)是不能被接受的。
本發(fā)明的一個(gè)目的是改進(jìn)電容器級(jí)引線(xiàn)的化學(xué)、機(jī)械、冶金和功能的一致性。
本發(fā)明的另一目的是減少燒結(jié)和連接問(wèn)題。
本發(fā)明的又一目的是改進(jìn)鈮引線(xiàn)，從而在克服上述缺點(diǎn)的同時(shí)，不會(huì)明顯影響引線(xiàn)和引線(xiàn)-陽(yáng)極組件的電性能。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制造電容器級(jí)硅摻雜的鈮引線(xiàn)的方法，它包括(a)通過(guò)以下步驟形成低氧鈮粉氫化鈮錠或鈮棒并研磨該鈮錠或鈮棒，從而制造由Fisher平均顆粒直徑法測(cè)得的粒度小于約150微米的粉末，(b)使該粉末脫氫，并且可非必要地使該粉末脫氧以形成低氧鈮粉，(c)使該低氧鈮粉與硅添加劑粉末混合，并且通過(guò)冷等靜壓將該粉末壓成坯條；(d)將該坯條熱機(jī)械加工成棒，并且(e)對(duì)該棒進(jìn)行軋制和冷拉步驟的組合處理，以形成硅摻雜的引線(xiàn)。本發(fā)明也涉及由該方法制造的產(chǎn)品。
本發(fā)明包括由粉末冶金(P/M)制成的鈮引線(xiàn)，它含有少于約600ppm的硅添加劑。一般地，硅量范圍是約150ppm-約600ppm。優(yōu)選硅量范圍是約150ppm-300ppm。本發(fā)明可賦予最終直徑時(shí)的鈮引線(xiàn)可控制的更高機(jī)械拉伸強(qiáng)度，其拉伸強(qiáng)度大于直接從錠冶金(I/M)得到的鈮和鈮-鋯合金的拉伸強(qiáng)度。即使硅以氧化物的形式摻入，源于P/M的鈮的氧含量也優(yōu)選低于400ppm。由P/M得到的鈮和鈮-硅引線(xiàn)的硬度也得到提高，其硬度大于I/M鈮和鈮-鋯引線(xiàn)的電容器級(jí)引線(xiàn)的硬度，并且在約1150℃和以上的燒結(jié)溫度下，或約1250℃和以上的溫度下，其漏電值屬于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格范圍內(nèi)。如果是在遠(yuǎn)低于約1150℃或1250℃和以上的溫度下燒結(jié)源于P/M的材料和/或該材料被連接到在低于約1150℃或低于1250℃溫度燒結(jié)的陽(yáng)極壓制體，則該材料的漏電值較高。但是，在約1150℃或1250℃和以上的溫度下，該差別極小。
應(yīng)理解的是，上述的概括性描述和以下的詳細(xì)描述僅僅是示范性和解釋性的，都是為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
附圖簡(jiǎn)述

圖1表示極限拉伸強(qiáng)度與本發(fā)明所選擇的鈮和鈮合金引線(xiàn)直徑的關(guān)系曲線(xiàn)，其中，對(duì)由粉末冶金得到的本發(fā)明引線(xiàn)以及由錠冶金得到的鈮和鈮合金引線(xiàn)進(jìn)行了比較；圖2表示DC漏電值與所選擇的鈮和鈮合金引線(xiàn)的燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線(xiàn)，其中，對(duì)由粉末冶金得到的本發(fā)明引線(xiàn)以及由錠冶金得到的鈮和鈮合金引線(xiàn)進(jìn)行了比較；圖3A-3F是與陽(yáng)極壓制體連接的電容器引線(xiàn)實(shí)例的側(cè)視圖和正視圖；并且圖4表示DC漏電值與所選擇的鈮和鈮合金引線(xiàn)的燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線(xiàn)，其中，對(duì)由粉末冶金得到的本發(fā)明引線(xiàn)以及由錠冶金得到的鈮和鈮合金引線(xiàn)進(jìn)行了比較。
發(fā)明詳述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案之一是按照如下步驟制備的硅摻雜的鈮引線(xiàn)。通過(guò)氫化鈮錠或鈮棒，并且研磨該鈮錠或鈮棒以形成小于150微米FAPD(Fisher平均顆粒直徑)的粉末，脫氫并且脫氧。氫化物的研磨工藝如Fincham等的US3295951所述，并且脫氧工藝如Kumar的專(zhuān)利US6261337所述(脫氫和脫氧結(jié)合)，本文參考引用所述專(zhuān)利整體，并且所述專(zhuān)利與本申請(qǐng)的課題相同，而且Kumar是本發(fā)明的共同發(fā)明人。鈮粉中的氧含量?jī)?yōu)選達(dá)到低于400ppm，優(yōu)選低于200ppm。使硅添加劑粉末與該低氧鈮粉混合，并且通過(guò)冷等靜壓(可最高達(dá)到60KSI)將其壓制，以形成用于擠壓或燒結(jié)的預(yù)制體坯條，優(yōu)選該坯條具有約1.3英寸的直徑。將該坯條熱機(jī)械加工成棒狀。接著，典型的是按照以下的一系列減徑和中間退火步驟、將該棒軋制(或模壓)并且冷拉伸在2500°F下進(jìn)行1.5小時(shí)的退火；軋制至0.440英寸的直徑；在2500°F下進(jìn)行1.5小時(shí)的退火；減徑至0.103英寸的直徑；拉伸至0.0346英寸直徑的引線(xiàn)；拉伸至最終直徑。
一般來(lái)講，可按照以下的一系列減徑和中間退火步驟、將該棒軋制(或模壓)并且冷拉伸在約2100°F-約2700°F的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行約0.5-約2.0小時(shí)的退火；從約1英寸-約0.25英寸的直徑進(jìn)行軋制；在約2100°F-約2700°F的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行約0.5-約2.0小時(shí)的退火；直徑從約1英寸減至約0.075英寸；拉伸至最終直徑。
本發(fā)明制造的引線(xiàn)的直徑范圍是約0.005英寸-約0.1英寸。本發(fā)明的引線(xiàn)可含有其它的成分，比如通常加入到鈮金屬中的其它金屬或成分，如鉭、鋯、鈦或其混合物。這些添加成分的類(lèi)型和添加量可以與常規(guī)鈮中所使用的相同，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。下表1列出了具體的實(shí)驗(yàn)1-5中所使用樣品的化學(xué)組成，所述實(shí)驗(yàn)中，由粉末冶金得到的硅摻雜的鈮引線(xiàn)直徑被減至0.5英寸和0.103英寸。
表1
引線(xiàn)由表1的實(shí)驗(yàn)1-5所給出的含硅總混合物制備，并且在各種重要尺寸下取樣，測(cè)試樣品的拉伸強(qiáng)度和硬度(Rockwell hardness Bscale，HRB)。同時(shí)也按照相似的方法測(cè)試了由I/M獲得的鈮-鋯引線(xiàn)(現(xiàn)有技術(shù))。
表2
由表2和圖1的結(jié)果可以看出，在約0.050英寸和更小的直徑下，鈮-硅引線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度和硬度比鈮-鋯引線(xiàn)的要高很多。
而且，對(duì)含有所選擇的含硅總混合物(實(shí)驗(yàn)#1和#2)的引線(xiàn)(在電容器測(cè)試條件下是引線(xiàn)-陽(yáng)極組件)或陽(yáng)極進(jìn)行了漏電測(cè)試(在90％時(shí)40V)，結(jié)果示于圖2中。對(duì)具有在各種燒結(jié)溫度下制造的引線(xiàn)的陽(yáng)極組件進(jìn)行了所述測(cè)試。由表3和圖2的結(jié)果可以看出，在1250℃和以上的燒結(jié)溫度下鈮-硅引線(xiàn)的使用是可接受的，但是低于上述溫度時(shí)不能被接受，這與目前的鉭電容器級(jí)引線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格漏電值即1250℃時(shí)為0.6μA/英寸2相一致。
表3
圖3A-3F示出了與陽(yáng)極壓制體連接的本發(fā)明鈮-硅電容器引線(xiàn)實(shí)例的側(cè)視圖和正視圖。圖3A和3B表示與陽(yáng)極壓制體12對(duì)接焊接的鈮-硅電容器引線(xiàn)10。圖3C和3D表示嵌入壓制體12中達(dá)長(zhǎng)度14的鈮-硅電容器引線(xiàn)10。圖3E和3F表示另一種將引線(xiàn)10焊接于壓制體12的上部16的連接技術(shù)。圖3A-3F的任何一種引線(xiàn)10和/或任何該構(gòu)型的壓制體12可以是圓形或平板(帶型)或其它形狀。
而且，對(duì)含有所選擇的含硅總混合物(實(shí)驗(yàn)#3，4和5)的引線(xiàn)(在電容器測(cè)試條件下是引線(xiàn)-陽(yáng)極組件)或陽(yáng)極進(jìn)行了漏電測(cè)試(在90％時(shí)40V)，結(jié)果示于圖4中。對(duì)具有在各種燒結(jié)溫度下制造的引線(xiàn)的陽(yáng)極組件進(jìn)行了所述測(cè)試。由表4和圖4的結(jié)果可以看出，在1150℃和以上的燒結(jié)溫度下鈮-硅引線(xiàn)的使用是可接受的，但是低于該溫度則不能被接受，這與目前的鉭電容器級(jí)引線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格即1150℃時(shí)為0.6μA/英寸2相一致。
表4
電解質(zhì)浸漬產(chǎn)物以及熱解陰極的連接和包裝是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，為了便于解釋?zhuān)瑘D中沒(méi)有示出這些內(nèi)容。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)思考本發(fā)明所公開(kāi)的說(shuō)明書(shū)和實(shí)踐，很容易得出本發(fā)明的其它實(shí)施方式，即本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)以及實(shí)施例僅僅是示范性的。
權(quán)利要求
1.一種制造硅摻雜的鈮引線(xiàn)的方法，它包括(a)通過(guò)以下步驟形成低氧鈮粉氫化鈮錠或鈮棒并研磨該鈮錠或鈮棒，從而制造由Fisher平均顆粒直徑法測(cè)得的粒度小于約150微米的粉末，(b)使該粉末脫氫和脫氧，并且非必要地使該粉末脫氧，從而形成低氧鈮粉，(c)將該低氧鈮粉與硅添加劑粉末混合，并且通過(guò)冷等靜壓將該粉末壓成坯條；(d)將該坯條熱機(jī)械加工成棒狀，并且(e)對(duì)該棒進(jìn)行軋制和冷拉步驟的組合處理，從而形成電容器級(jí)硅摻雜的引線(xiàn)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中硅的加入量小于約600ppm。
3.權(quán)利要求1的方法，其中硅的加入量為約150-約300ppm。
4.權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)該棒進(jìn)行一系列的減徑和中間退火步驟，包括退火、軋制、退火、減徑和拉伸步驟。
5.權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)該棒進(jìn)行以下步驟的組合(i)第一退火步驟，(ii)軋制步驟，(iii)第二退火步驟，(iv)減徑步驟，和(v)拉伸步驟。
6.權(quán)利要求5的方法，其中該系列減徑和中間退火步驟包括以下步驟的組合在約2500°F下退火1.5小時(shí)；軋制成約0.440英寸的直徑；在約2500°F下退火1.5小時(shí)；減徑成約0.1英寸的直徑；拉伸成直徑至少為約0.005英寸的引線(xiàn)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中該引線(xiàn)還含有選自鉭、鋯、鈦及其組合的金屬組分。
8.權(quán)利要求1的方法，其中該鈮粉的氧含量低于約400ppm。
9.權(quán)利要求1的方法，其中該引線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度大于直接由錠冶金得到的電容器級(jí)鈮引線(xiàn)和鈮-鋯合金的拉伸強(qiáng)度。
10.一種電容器級(jí)引線(xiàn)，其拉伸強(qiáng)度大于直接由錠冶金得到的電容器級(jí)鈮引線(xiàn)和鈮-鋯合金的拉伸強(qiáng)度，其中該引線(xiàn)由以下方法制造(a)通過(guò)以下步驟形成低氧鈮粉氫化鈮錠或鈮棒并研磨該鈮錠或鈮棒，從而制造由Fisher平均顆粒直徑法測(cè)得的粒度小于約150微米的粉末，(b)使該粉末脫氫，并且非必要地使該粉末脫氧，從而形成低氧鈮粉，(c)將該低氧鈮粉與硅添加劑粉末混合，并且通過(guò)冷等靜壓將該粉末壓成坯條；(d)將該坯條熱機(jī)械加工成棒狀，并且(e)對(duì)該棒進(jìn)行軋制和冷拉步驟的組合處理，從而形成硅摻雜的引線(xiàn)。
11.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中硅的加入量小于約600ppm。
12.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中硅的加入量為約150ppm-約300ppm。
13.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中對(duì)該棒進(jìn)行一系列的減徑和中間退火步驟，包括退火、軋制、退火、減徑和拉伸步驟。
14.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中對(duì)該棒進(jìn)行以下步驟的組合(i)第一退火步驟，(ii)軋制步驟，(iii)第二退火步驟，(iv)減徑步驟，和(v)拉伸步驟。
15.權(quán)利要求14的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中該系列減徑和中間退火步驟包括以下步驟的組合在約2500°F下退火1.5小時(shí)；軋制成約0.440英寸的直徑；在約2500°F下退火1.5小時(shí)；減徑成約0.1英寸的直徑；拉伸成直徑至少為約0.005英寸的引線(xiàn)。
16.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中該引線(xiàn)還含有選自鉭、鋯、鈦及其組合的金屬組分。
17.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中該鈮粉的氧含量低于約400ppm。
18.權(quán)利要求10的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中該引線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度大于直接由錠冶金得到的電容器級(jí)鈮引線(xiàn)和鈮-鋯合金的拉伸強(qiáng)度。
全文摘要
一種由粉末冶金制造的至少含有鈮和硅的電容器級(jí)引線(xiàn)，其中，該鈮引線(xiàn)中存在的鈮是重量百分比最大的金屬。在最終直徑下的該鈮引線(xiàn)具有可控制的拉伸強(qiáng)度，該拉伸強(qiáng)度大于由錠冶金得到的電容器級(jí)引線(xiàn)的拉伸強(qiáng)度。而且，該粉末冶金引線(xiàn)的硬度大于由錠冶金得到的電容器級(jí)引線(xiàn)的硬度，并且在約1150℃和以上的燒結(jié)溫度下，其漏電值滿(mǎn)足通常適用于電容器級(jí)鉭、鈮或鈮－鋯引線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。
文檔編號(hào)C22C1/04GK1623215SQ03802669
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月24日
發(fā)明者R·馬倫, P·庫(kù)馬 申請(qǐng)人:H.C.施塔克公司