專利名稱：電解電容器用鈮鋁合金粉末、其制造方法及電解電容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于電解電容器的鈮鋁(Nb-Al)合金粉末及使用該合金粉末制造的電解電容器。
背景技術：
近年來，安裝在電子設備等的電容器需具備如下特點體積小，容量大，價格合理，供應穩(wěn)定。作為該用途的電解電容器，通常使用的是將鉭粉末的燒結體用作陽極的電容器，這是因為其體積較小，容量大，電容器性能好。但是，由于鉭電容器價格昂貴，同時用戶也不能確定供應是否穩(wěn)定，尤其是在大容量的電容器中必然導致鉭粉末的使用量增加，因此，研究不使用鉭的新的電容器電極材料是近年來的發(fā)展方向。
因此，為實現(xiàn)使用鉭以外的其他金屬材料制造體積小、容量大的電解電容器，大量研究工作正在嘗試使用鈮制造電解電容器的陽極(特開昭55-157226號公報等)，原因在于氧化鈮較氧化鉭具有更高的介電常數(shù)，同時鈮價格便宜，供應穩(wěn)定。并且，在特開昭60-66806、特開昭60-216530和特開平1-124212號公報中披露了將鉭-鋁合金粉末或鉭-鋁合金箔用作陽極的構成材料。但是，在使用了具有上述文獻記載的構成的陽極的電解電容器存在一些問題當由鈮單體形成粉末的時候，由氧化鈮形成的介電層具有熱不穩(wěn)定性；回流焊接處理后的漏電特性比鉭電容器差。另外，根據(jù)在特開昭60-66806號公報等中披露的方法制造的鈮-鋁合金，盡管合金氧化膜具有很高的熱穩(wěn)定性，但合金中鈮含量不足而氧化膜的介電常數(shù)不夠大，并由于直接使用通過淬火法制造的薄帶原材料，因此和由鉭粉或鈮粉末相比，不能確保充分大的比表面積，因此，不適合用于高容量電容器的制造，影響實際使用。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其可以形成具有穩(wěn)定介電層、電容器容量大、高耐壓的電解電容器。
另外，本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其為了使氧化物的介電層的介電常數(shù)大而增加Nb的含量，將Nb-Al作為基本構成添加一種或多種第三種元素，從而可以形成電容器容量大、高耐壓的電解電容器。
另外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種使用上述用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的電解電容器。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下的構成。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述合金粉末在表面形成介電層而作為電解電容器的陽極使用，其特征在于，具有以NbAl3、Nb2Al、Nb3Al或Nb為主體的微細枝晶組織；基體，其由選至NbAl3、Nb2Al、Nb3Al或Nb的兩種物質組成的共晶組織或由Al組成，所述基體圍繞所述枝晶組織。
同那些用于制造作為電解電容器的陽極使用的金屬燒結體的鉭等的一次粉相比，本發(fā)明的Nb-Al合金粉末，通過上述構成以及進行微細的粉末化，可以作為具有更高的耐壓性和大容量的電容器材料。
具有上述構成的本發(fā)明的Nb-Al合金粉末，在表面形成的介電層含氧化鈮和氧化鋁，因此，具有高介電常數(shù)的同時，同僅含氧化鈮的介電層相比更加穩(wěn)定，泄漏電流小。
另外，本發(fā)明的Nb-Al合金粉末具有如下優(yōu)點通過部分或者全部除去基體，容易制造將微細枝晶組織作為主要部分的多孔質粉末。將這種多孔質粉末應用于電解電容器的陽極，得到表面積大、介電層的耐壓高、高性能的電解電容器。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于46質量百分比并小于等于90質量百分比；并且，具有以NbAl3為主體的枝晶組織；Al基體，其圍繞所述枝晶組織的周圍。根據(jù)該合金粉末，將Al基體通過蝕刻容易除去，因此制造多孔質粉末，得到表面積更大的電容器用合金粉末。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于27質量百分比并小于46質量百分比；并且，具有以NbAl3為主體的枝晶組織；NbAl3和Nb2Al的共晶狀基體，其圍繞所述枝晶組織的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于14質量百分比并小于27質量百分比；并且，具有以Nb2Al為主體的枝晶組織；NbAl3和Nb2Al的共晶狀基體，其圍繞所述枝晶組織的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于10質量百分比并小于14質量百分比；并且，具有以Nb3Al為主體的枝晶組織；Nb3Al和Nb2Al的共晶狀基體，其圍繞所述枝晶組織的周圍。
根據(jù)根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述Nb-Al合金的鋁含量為小于等于10質量百分比；并且，具有以Nb為主體的枝晶組織；Nb3Al和Nb的共晶狀基體或者以Nb3Al為主體的基體，其圍繞所述枝晶組織的周圍。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，在所述Nb-Al合金中添加選至鉭、鈦、鉿、鋯、鉬、鋇、鍶和硼中的至少一種元素。通過添加這些元素，形成電解電容器時顯著提高在表面形成的介電層的介電常數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述添加元素的含量優(yōu)選為小于等于3質量百分比。當元素含量超過3質量百分比，陽極氧化膜的介電特性不穩(wěn)定，在耐壓高的條件下，將導致泄漏電流增加，無法得到上述的效果。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，在所述Nb-Al合金粉末中，作為雜質的鐵的含量優(yōu)選小于等于100ppm。當作為雜質的鐵的含量超過100ppm時，形成電解電容器的陽極時，在表面形成的介電層的耐壓下降，因此，不優(yōu)選。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述微細枝晶組織的樹枝間距(粗細)優(yōu)選小于等于3μm。根據(jù)這種構成，粉末的表面積增加，能制造出大容量的電解電容器。特別是若使用蝕刻法除去基體而制造多孔質粉末，可以進一步增加粉末的表面積。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，容積密度優(yōu)選為大于等于2.8g/cm3小于等于5.0g/cm3。
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，比表面積優(yōu)選為1m2/g～10m2/g。
根據(jù)本發(fā)明的電解電容器，具有上述的Nb-Al合金粉末的陽極。具有這種結構的電解電容器體積小，容量大。
根據(jù)本發(fā)明的制造用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的方法，所述合金粉末在表面形成介電層而作為電解電容器的陽極使用，對Al含量為大于等于27質量百分比并小于等于90質量百分比的Nb-Al熔融金屬進行淬火，制造具有枝晶間距小于等于3μm的微細枝晶組織的Nb-Al合金的粉狀體或者薄帶。
根據(jù)上述方法，通過蝕刻，表面積容易增加，上述基體或枝晶相部分優(yōu)先被蝕刻，形成保留上述枝晶組織的多孔質部。這樣制造的Nb-Al合金粉末，粒子小、表面積大，并且如果在表面形成氧化物的介電層的時候，具有很大的介電常數(shù)。因此，可以實現(xiàn)體積小、大容量的電解電容器。
另外，根據(jù)本發(fā)明的制造用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的方法，在所述通過熔融金屬的淬火制造Nb-Al合金的粉狀體或者薄帶的步驟中，冷卻速度優(yōu)選大于等于103℃/秒。通過將冷卻速度設置在上述的范圍中，可以在上述粉狀體或者薄帶中有效形成微細的枝晶組織，并可以提高制造的Nb-Al合金粉末的表面積。另外，上述冷卻速度更優(yōu)選為大于等于104℃/秒。
根據(jù)本發(fā)明的制造用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的方法，包括粉碎所述粉狀體或者薄帶而對用于電解電容器的Nb-Al合金粉末進行粉末化的步驟。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末具有如下特點，以Nb或者Nb-Al金屬互化物作為主體，并具有樹枝狀延伸的微細枝晶組織；由Nb-Al金屬互化物組成的基體，該基體圍繞上述枝晶組織。由于具有這樣的結晶組織，可以容易粉碎至極其微細的粉末，與以前用于制造電解電容器的鉭的一次粉相比，實現(xiàn)了粒徑的大幅度微細化，因此，可以提高用Nb-Al合金粉末制造而成的燒結體的表面積。若是使用Nb-Al合金粉末制造電解電容器，由于表面積大，并且在表面形成介電層的時候可以形成具有高介電常數(shù)的氧化物，因此，可以實現(xiàn)小型而大容量的電解電容器。
另外，根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，以NbAl3為主體，并具有微細枝晶組織和圍繞該枝晶組織的由Nb2Al或Al組成的基體，當將這種合金粉末作為電解電容器的陽極使用時，構成形成在粒子表面的介電層的氧化物包括氧化鈮和氧化鋁，比鋁電容器具有更大的介電常數(shù)，同時，這種介電層同只含氧化鈮的介電層相比，具有良好的穩(wěn)定性。因此，若是使用上述本發(fā)明的Nb-Al合金粉末制造電解電容器，就可以實現(xiàn)小型而大容量的電解電容器。
另外，同當前常用于制造電解電容器的Ta相比較而言，Nb更便宜，因此，可以低成本制造具有與Ta電容器相同性能的電解電容器。
下面，闡述本發(fā)明中用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的制造方法的一例。
(1)為制造本發(fā)明的Nb-Al合金粉末，首先需要準備具有預定組成的Nb-Al的熔融金屬。本方法中上述組成可任意選擇。
(2)準備好上述熔融金屬之后，通過氣體霧化法或RSR(回旋電極)法將上述熔融金屬淬火凝固而形成粉狀體，或通過所謂的熔體旋轉法形成薄帶。并且，將上述合金粉狀體或薄帶用球磨機或者噴射粉碎機粉碎，這樣可得到本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末。另外，如果將通過上述淬火步驟得到的合金粉狀體或者薄帶，提供給氫化步驟進行氫化，之后提供給粉碎步驟，就會得到更為微細的合金粉末。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在使用上述任何一種方法時，將制造條件優(yōu)選設置為冷卻(淬火)速度大于等于103℃/秒，更優(yōu)選為大于等于104℃/秒。通過將冷卻速度設置在上述的范圍中，可以在上述粉狀體或者薄帶中有效形成微細的枝晶組織，并可以提高制造的Nb-Al合金粉末的表面積。
根據(jù)上述的步驟，就可以制造根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其具有微細枝晶組織，其以金屬互化物為主體；金屬互化物的基體，其圍繞該枝晶組織。
另外，鋁的含量大于等于27質量百分比(％)的根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，通過蝕刻技術可以增加粉末的表面積，并可以增加電解電容器的容量。具體地，通過蝕刻法可以部分或者全部除去以NbAl3為主體的圍繞微細枝晶組織的基體，從而可以得到將上述枝晶組織作為骨架的多孔質的粉末。
比如，當合金粉末的基體為Al時，容易進行蝕刻，使用含有鹽酸或者硝酸等的常規(guī)蝕刻溶液選擇性地除去Al基體，可以形成將微細枝晶組織作為骨架的多孔質粉末。另外，當有一NbAl3為主體的微細枝晶組織以及NbAl3和Nb2Al的共晶狀部分同時存在的時候，可以通過使用氟酸或者硝酸等蝕刻NbAl3部分，增加粉末的表面積，形成能制造大容量的電解電容器的合金粉末。
(實施例)現(xiàn)在就本發(fā)明中的實施例進行闡述。
表1示出的實施例1是Al含量為大于等于20質量百分比并小于等于75質量百分比的例子。其中，在Al含量為大于等于46質量百分比并小于等于90質量百分比的樣品3和6中，Nb-Al合金粉末是由作為初晶的NbAl3的枝晶相和Al基體組織組成的混合組織，如果用鹽酸或硝酸等蝕刻溶液蝕刻，就可以大大提高Al基體相的表面積。對該粉末進行燒結，并經(jīng)過轉化處理后能得到同鉭粉末相比具有更高的CV值和耐壓性的元件。
表1

表2示出的實施例2是Al含量為大于等于27質量百分比并小于46質量百分比的例子。具有該范圍組成的淬火霧化粉是由作為初晶的NbAl3的枝晶相以及NbAl3和Nb2Al的共晶狀組織組成的混合組織，如果用氟酸和硝酸的混合溶液進行蝕刻，NbAl3相被蝕刻，就可以大大提高表面積。對該粉末進行燒結，并經(jīng)過轉化處理后能得到同鉭粉末相比具有更高的CV值和耐壓性的元件。
表2

表3示出的實施例3是Al含量為大于等于14質量百分比并小于27質量百分比的例子。具有該范圍組成的淬火霧化粉是由作為初晶的Nb2Al的枝晶相以及NbAl3和Nb2Al的共晶狀組織組成的混合組織，如果用氟酸和硝酸的混合溶液進行蝕刻，Nb2Al相被蝕刻，就可以大大提高表面積。對該粉末進行燒結，并經(jīng)過轉化處理后能得到同鉭粉末相比具有更高的CV值和耐壓性的元件。
表3

表4示出的實施例4是Al含量為大于等于10質量百分比并小于14質量百分比的例子。具有該范圍組成的淬火霧化粉是由作為初晶的Nb3Al的枝晶相以及Nb3Al和Nb2Al的共晶狀組織組成的混合組織，如果進行吸氫處理而粉碎，就可以形成微細的粉狀體，從而可以得到大大提高表面積的燒結元件。對該燒結元件進行轉化處理后能得到同鉭粉末相比具有更高的CV值和耐壓性的元件。
表4

表5示出的實施例5是Al含量為小于10質量百分比的例子。具有該范圍組成的淬火霧化粉是由作為初晶的Nb的枝晶相以及Nb3Al和Nb的共晶狀組織組成的混合組織，如果進行吸氫處理而粉碎，就可以形成微細的粉狀體，從而可以得到大大提高表面積的燒結元件。對該燒結元件進行轉化處理后能得到同鉭粉末相比具有更高的CV值和耐壓性的元件。
表5

工業(yè)應用性如上所述，本發(fā)明提供一種用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述合金粉末在表面形成介電層而作為電解電容器的陽極使用，其特征在于，具有微細枝晶組織，其以NbAl3、Nb2Al、Nb3Al或Nb為主體；基體，其由選至NbAl3、Nb2Al、Nb3Al或Nb的兩種物質組成的共晶組織、或由Al組成，所述基體圍繞所述枝晶組織。因此，可以進行微細的粉末化。另外，當將這種合金粉末作為電解電容器的陽極使用時，構成形成在粒子表面的介電層的氧化物包括氧化鈮和氧化鋁，比鋁電容器具有更大的介電常數(shù)，同時，這種介電層同只含氧化鈮的介電層相比，具有良好的穩(wěn)定性。因此，若是使用上述本發(fā)明的Nb-Al合金粉末制造電解電容器，就可以實現(xiàn)小型而大容量的電解電容器。
另外，對根據(jù)本發(fā)明的Nb-Al合金粉末進行蝕刻而部分或者全部除去上述基體，從而可以得到將上述極其微細的枝晶組織作為骨架的多孔質的粉末，因此，可以增加表面積，并提高電解電容器的容量。
權利要求
1.一種用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，所述合金粉末通過在表面形成介電層而作為電解電容器的陽極使用，其特征在于，所述Nb-Al合金粉末具有以NbAl3、Nb2Al、Nb3Al或Nb為主體的微細枝晶組織；以及基體，所述基體由選自NbAl3、Nb2Al、Nb3Al或Nb的兩種物質組成的共晶狀組織或由Al組成，所述基體圍繞所述枝晶組織。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于46質量百分比并小于等于90質量百分比；并且，具有以NbAl3為主體的所述枝晶組織；以及Al基體，所述Al基體圍繞在所述枝晶組織的周圍。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于27質量百分比并小于46質量百分比；并且，具有以NbAl3為主體的所述枝晶組織；以及NbAl3和Nb2Al的共晶狀基體，所述基體圍繞在所述枝晶組織的周圍。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于14質量百分比并小于27質量百分比；并且，具有以Nb2Al為主體的所述枝晶組織；以及NbAl3和Nb2Al的共晶狀基體，所述基體圍繞在所述枝晶組織的周圍。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述Nb-Al合金的鋁含量為大于等于10質量百分比并小于14質量百分比；并且，具有以Nb3Al為主體的所述枝晶組織；以及Nb3Al和Nb2Al的共晶狀基體，所述基體圍繞在所述枝晶組織的周圍。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述Nb-Al合金的鋁含量為小于等于10質量百分比；并且，具有以Nb為主體的所述枝晶組織；以及Nb3Al和Nb的共晶狀基體或者以Nb3Al為主體的基體，所述基體圍繞在所述枝晶組織的周圍。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，在所述Nb-Al合金中添加選至鉭、鈦、鉿、鋯、鉬、鋇、鍶和硼中的至少一種元素。
8.根據(jù)權利要求7所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述添加元素的含量為小于等于3質量％。
9.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，在所述Nb-Al合金粉末中，作為雜質的鐵的含量小于等于100ppm。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的用于電解電容器的Nb-Al合金粉末，其特征在于，所述微細枝晶組織的粗細小于等于3μm。
11.一種電解電容器，其特征在于，具有由權利要求1至10中任一項所述的Nb-Al合金粉末燒結的陽極。
12.一種制造用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的方法，所述合金粉末通過在表面形成介電層而作為電解電容器的陽極使用，其特征在于，對Al含量為大于等于27質量％并小于等于90質量％的Nb-Al熔融金屬進行淬火，制造具有枝晶間距小于等于3μm的微細枝晶組織的Nb-Al合金的粉狀體或者薄帶。
13.根據(jù)權利要求12所述的制造用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的方法，其特征在于，在所述通過熔融金屬的淬火制造Nb-Al合金的粉狀體或者薄帶的步驟中，冷卻速度大于等于103℃/秒。
14.根據(jù)權利要求12或13所述的制造用于電解電容器的Nb-Al合金粉末的方法，其特征在于，包括粉碎所述薄帶而進行粉末化的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種用于電解電容器的Nb－Al合金粉末，該合金粉末可以形成具有穩(wěn)定介電層、電容器容量大、高耐壓的電解電容器。根據(jù)本發(fā)明的用于電解電容器的Nb－Al合金粉末，通過在表面形成介電層而作為電解電容器的陽極使用，其特征在于，具有以NbAl
文檔編號B22F1/00GK1711146SQ200380103478
公開日2005年12月21日 申請日期2003年11月17日 優(yōu)先權日2002年11月18日
發(fā)明者今葷倍正名 申請人:Cbmm亞洲株式會社