燒結(jié)制品和制備燒結(jié)制品的方法
【專利摘要】一種制備燒結(jié)制品（4）的方法，所述燒結(jié)制品（4）中嵌入有固態(tài)實體（3’），所述方法包括形成壓制顆粒的坯體（1），固態(tài)實體（3）部分地嵌入其中。所述坯體包括開口（6），所述固態(tài)實體穿過該開口（6）延伸。所述坯體被燒結(jié)以形成燒結(jié)體，并且所述開口保證了所述固態(tài)實體響應(yīng)在燒結(jié)過程中施加的應(yīng)力的變形。固態(tài)實體（3’）至少部分地嵌入的燒結(jié)制品（4）包括開口（6）。所述固態(tài)實體延伸穿過所述開口以使該固態(tài)實體在該開口內(nèi)能變形。即使當(dāng)所述坯體比較薄時，所述固態(tài)實體內(nèi)的所述開口也能阻止燒結(jié)體在燒結(jié)中從平坦結(jié)構(gòu)的變形。
【專利說明】燒結(jié)制品和制備燒結(jié)制品的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燒結(jié)制品以及生產(chǎn)該燒結(jié)制品的方法。該方法和制品在制造和作為氧化的閥金屬(valve metal)的低等效串聯(lián)電阻(ESR)電容器陽極前驅(qū)體(precursor)時特別有用。
[0002]燒結(jié)是一種眾所周知的由一種材料的顆粒制造制品的方法。所述顆?？梢院艽植诨蛘弑环浅＞毜胤指?，甚至是粉末的形式。通常，使將要被燒結(jié)的材料成型為特定的形狀，比如，通過利用壓力在模具中進行壓縮(compression)，或者其它公知的方法。從所述材料的顆粒制備而成的所述成形的物體在這里被稱為坯體。所述坯體加熱到輸送材料的熔點以下的溫度，從而使坯體的顆粒相互粘結(jié)，其結(jié)果在此處被稱作燒結(jié)體。這一加熱步驟在此處被稱作燒結(jié)過程。
[0003]可以應(yīng)用于燒結(jié)過程的材料包括金屬、陶瓷以及很多其它材料。坯體在燒結(jié)過程中會經(jīng)受壓縮，或者在燒結(jié)過程中僅被加熱而未被施加任何外部的壓力。燒結(jié)所發(fā)生的環(huán)境可以為空氣、受控的氣體或混合氣體、或者真空，這取決于材料的反應(yīng)和燒結(jié)體所需要的結(jié)構(gòu)。比如，在一些情況下，燒結(jié)體中顆粒裸露的表面需要避免與氧或其它化合物接觸，所述化合物可能在特定環(huán)境中燒結(jié)坯體時形成。在燒結(jié)前，可以使用粘合劑以保持坯體中的顆粒聚在一起。粘合劑在燒結(jié)過程中被驅(qū)散(driven off)或發(fā)生反應(yīng)，或者在完成燒結(jié)后，通過溶劑或不同工藝除掉。
[0004]通常，在燒結(jié)過程中，坯體的形狀和尺寸中至少有一個會發(fā)生變化。在大多數(shù)情況下，燒結(jié)體的密度比坯體的密度高。雖然被燒結(jié)的材料沒有熔化，但在燒結(jié)過程中被燒結(jié)顆粒的材料會移動到坯體的空隙內(nèi)。即使假定在燒結(jié)過程中坯體的材料沒有任何損耗，坯體的總體積通常會減少，即孔隙率減小，燒結(jié)體的密度與坯體的密度相比會增加。在燒結(jié)過程中，可能會發(fā)生材料傳輸現(xiàn)象(transport phenomena),比如再結(jié)晶、擴散、蒸發(fā)和冷凝。在任何情況下，坯體及其外部尺寸在燒結(jié)過程中通常會收縮。當(dāng)成形坯體時，該坯體被預(yù)計為生產(chǎn)明確的外部尺寸和形狀的燒結(jié)體，必須考慮這種收縮現(xiàn)象。
[0005]當(dāng)坯體包括全部或部分固態(tài)實體(solid body)時，燒結(jié)中還可以觀察到其它現(xiàn)象。這里所用的術(shù)語“固態(tài)實體”是指由一種材料組成的物體，所述材料為具有其公稱密度的單質(zhì)、化合物、混合物、合金等。在至少有部分固態(tài)實體嵌入的一種材料的顆粒的燒結(jié)中，固態(tài)實體不會明顯收縮。如果固態(tài)實體是具有一定孔隙的材料并且在燒結(jié)過程中有一定程度的收縮，那么在燒結(jié)過程中，“固態(tài)實體”的收縮相對于坯體的收縮可以忽略。
[0006]在包含固態(tài)實體的坯體中，坯體的顆粒被壓制或成形為包裹固態(tài)實體的至少一部分。在一些應(yīng)用中，固態(tài)實體可以是從坯體內(nèi)部伸出到坯體外部的線或桿。線或桿可以提供一個把柄，用于操作坯體或燒結(jié)體而不必觸碰坯體或燒結(jié)體。線或桿還可以提供一個外部電連接到燒結(jié)體，而不必在燒結(jié)后將線或桿連接到燒結(jié)體上。在一些電子應(yīng)用中，比如，在傳統(tǒng)的電容陽極中，電引線可能通過焊接連接至閥金屬燒結(jié)體，所述閥金屬如鉭。如果在燒結(jié)前能將線嵌入閥金屬顆粒，這個增加的步驟以及相關(guān)操作可以省略。在燒結(jié)過程中，所述線與燒結(jié)顆粒結(jié)合。[0007]當(dāng)坯體中存在固態(tài)實體時，與燒結(jié)的沒有任何固態(tài)實體的類似坯體的結(jié)果相比，固態(tài)實體影響燒結(jié)過程以及燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)。固態(tài)實體的存在通過至少部分坯體改變了坯體的組成和孔隙率。插入固態(tài)實體后，坯體中的密度和孔隙率變得不均勻，并且在坯體的橫截面上不連續(xù)。因此，在燒結(jié)期間，材料的傳輸過程在坯體內(nèi)成為局部變量，材料的傳輸導(dǎo)致密度、孔隙、尺寸和形狀在燒結(jié)中發(fā)生變化。坯體的外部尺寸的變化方式可能不同于坯體均勻時所經(jīng)歷的變化方式。
[0008]嵌入了固態(tài)實體的坯體的不均勻性意味著燒結(jié)過程中燒結(jié)顆粒在固態(tài)實體上施加了一個壓力。一般情況下，因為所述坯體收縮而所述固態(tài)實體在尺寸、密度或孔隙率上沒有明顯的變化，所以施加的應(yīng)力為壓縮應(yīng)力。如果被燒結(jié)顆粒的材料和至少有部分位于坯體內(nèi)的固態(tài)實體材料的密度不同，由于所述顆粒和所述固態(tài)實體的熱膨脹系數(shù)的不同還會施加額外的應(yīng)力。當(dāng)然，即使固態(tài)實體和坯體的顆粒由同樣材料制成，因為坯體密度不同，考慮到坯體中存在的間隙而固態(tài)實體中卻間隙顯著較少，所述顆粒和固態(tài)實體的熱膨脹系數(shù)也可能顯著不同。
[0009]當(dāng)燒結(jié)體較薄時，與相對均勻的坯體相比，燒結(jié)包含固態(tài)實體的坯體產(chǎn)生的燒結(jié)體的尺寸變化尤其明顯。在本說明書中，物體的薄度通過寬高比來描述。假定一個比較薄的燒結(jié)體大體上是平坦的，燒結(jié)體的區(qū)域(area)可以通過將燒結(jié)體沿著燒結(jié)體厚度方向投影到一個平面而獲得。這個物體可以描述為具有基于所述燒結(jié)體的所述厚度和所述區(qū)域的寬高比。所述寬高比是燒結(jié)體區(qū)域的尺寸除以燒結(jié)體的厚度的結(jié)果，所述燒結(jié)體區(qū)域的尺寸來源于所述投影面。比如，所述尺寸可以為大體上呈矩形的物體的一邊、大體上呈矩形的物體的對角線長度、或者大體上呈圓形的物體的直徑。厚度尺寸沿著橫斷所述區(qū)域的相關(guān)尺寸的方向測量，比如，大體上但不完美地垂直于平坦的薄燒結(jié)體的投影平面。
[0010]坯體的寬高比越大，意味著坯體越薄并且燒結(jié)體也越薄。因而，作為燒結(jié)體，坯體未被機械地約束在燒結(jié)過程中，由該坯體制備的較高寬高比的燒結(jié)體比較低寬高比的燒結(jié)體更易于偏離完美的平面，。產(chǎn)生這種結(jié)果是因為燒結(jié)中的應(yīng)力更容易使薄的物體變形。當(dāng)固態(tài)實體出現(xiàn)在薄的平坦坯體中時，由薄坯體制備出的薄燒結(jié)體不平坦的可能性增大。固態(tài)實體附加的燒結(jié)應(yīng)力可能相對于燒結(jié)體的區(qū)域不對稱，造成薄坯體在燒結(jié)過程中卷曲或彎曲。
[0011]如圖1A中的平面圖所示為一個包括有固態(tài)實體的相對較薄的坯體的例子。如圖1B中的平面圖所示為由圖1A所示的坯體燒結(jié)而成的燒結(jié)體。在這個例子中，燒結(jié)體是閥金屬陽極前驅(qū)體，經(jīng)過后續(xù)處理后將用于作為電容器的陽極。我的美國專利5，369，547中描述了電解濕塞電容器(electrolytic wet-slug capacitors)和混合電容器的這種電容器的例子，其內(nèi)容通過參考合并于此。首選的陽極由鉭顆粒燒結(jié)構(gòu)成，類似的陽極可以通過燒結(jié)其它閥金屬來制備，包括鈮、鈦、鋯以及鋁。
[0012]如圖1A所示，由金屬鉭顆粒壓制而成的坯體I具有大體上呈帶有四個邊2的正方形形狀。坯體I還包括線3，該線3從坯體中伸出并且相對于“正方形”坯體大體上呈對角線布置。所述線3從坯體相鄰的兩個邊2的交接處伸出。該線的功能是作為構(gòu)成陽極和在組裝的電容器中的電連接，這將在以下進行解釋。所述線還起著作為陽極前驅(qū)體的后燒結(jié)工藝中的把柄的功能。
[0013]圖1B顯示了坯體I燒結(jié)之后形成的燒結(jié)體4的變化的形狀。如箭頭所示，坯體所有的邊2在燒結(jié)過程中都發(fā)生收縮而變成了燒結(jié)體4的邊5。如圖1A和IB所示，線3只沿著坯體I的對角線的大約三分之一到四分之一的長度放置。保持線的這種有限的插入，即該例中的線3，用于限制由于固態(tài)實體的存在而導(dǎo)致的坯體在燒結(jié)過程中的扭曲和變形。如果線插入坯體更深或者完全穿過坯體的對角線，燒結(jié)體從平面的變形將會變得更明顯。所得到的燒結(jié)體會基本上偏離平坦的結(jié)構(gòu)，有時會卷曲成類似土豆片或馬鞍的表面的形狀。在組裝帶有燒結(jié)陽極的電容器時，所述陽極的平坦性非常重要，從而保證電容器的緊湊以及陽極與電容器的其它部件配合的正確功能，所述其他部件如陰極和離子滲透分離件。
[0014]如果線3伸入到坯體和燒結(jié)體更深，不能可靠地制備出平坦的燒結(jié)陽極前驅(qū)體，將會對使用燒結(jié)陽極生產(chǎn)的電容器的性能產(chǎn)生不良的影響。在圖1B的前驅(qū)體中，線3和燒結(jié)體之間的接觸只發(fā)生在沿著位于坯體和燒結(jié)體內(nèi)的線的表面。該連接的電阻直接取決于線與燒結(jié)體的相互接觸表面的面積，這一連接是電容器的ESR的重要部分，所述電容器采用了由燒結(jié)體4制備的陽極。較高的ESR意味著較短的有用電容器壽命和較低的電容器有用響應(yīng)頻率。
[0015]圖2和圖3分別是電容器結(jié)構(gòu)的分解圖和剖視圖，所述電容器使用了兩個如同圖1A和IB中所示的陽極前驅(qū)體的燒結(jié)的閥金屬陽極，該閥金屬陽極由坯體制成。
[0016]圖2和圖3中所示的電容器30可以實質(zhì)上為任何形狀，在橫斷圖3中視圖的平面圖中，比如為圓形或多邊形形狀。后者形狀的例子見圖2。電容器30包括殼體32，最好為導(dǎo)電金屬。殼體32被頂蓋34密封并且密封到頂蓋34上。優(yōu)選地，頂蓋34焊接到所述殼體。
[0017]圖2和圖3的電容器中，三個陰極36和兩個陽極38交替層疊。各個陰極優(yōu)選為金屬箔。陽極38為閥金屬的燒結(jié)體，優(yōu)選為鉭，所述閥金屬在顆粒的表面形成自然氧化層。氧化層的厚度可以陽極化地(anodically)增加以增加電容器的額定電壓。成對的陰極和陽極的相對面之間插入有相應(yīng)的離子傳導(dǎo)分離件40。殼體32內(nèi)的最低層的陰極36和一個分離件40接觸。每個所述陰極包括伸出的導(dǎo)電翼片42，帶有一個絕緣部分44。絕緣部分44被折疊并靠在殼體32的內(nèi)表面,翼片42電連接于所述殼體，以使得殼體形成為電容器的一個電終端，即負極端子。同樣，每個陽極包括伸出的引線46，引線46向頂蓋34彎曲，但與殼體32電絕緣。伸出的引線46穿過電絕緣的聚合物隔離板50內(nèi)的對角槽48。絕緣的隔離板通過分離件40與殼體32內(nèi)的最上層電極和絕緣層54進一步隔開，絕緣層54使陽極引線與相鄰的陰極絕緣。額外的電絕緣層56和57插入到隔離板50和頂蓋34之間。電絕緣層56和57包括一個用作插銷58的通道的中心孔，所述插銷58作為電容器的第二個端子，即正極端子。插銷58通過一個玻璃金屬密封件60保持在頂蓋34的開口中。在殼體32內(nèi)，陽極38的引線46關(guān)于插銷58纏繞并連接在插銷58的下端。頂蓋34和絕緣層57之間設(shè)置有環(huán)形襯墊或隔離片6，當(dāng)頂蓋34焊接到殼體32時用于緩沖該組件。類似地，沒有端部或者具有重疊端部的絕緣帶64放置在殼體32內(nèi)。該帶64使陽極與殼體32絕緣，并與陰極36和陰極引線44絕緣。
[0018]見圖3，柱子68可選擇性地焊接到頂蓋34上，該柱子68提供所述電容器的負極端子。頂蓋34還包括另外的開口 70，在已完成的電容器上該開口 70被密封。所述開口 70用于液體或膠體電解質(zhì)真空注入到電容器的殼體32內(nèi)，以使電解質(zhì)與所述陰極36、所述陽極38和所述分離件40接觸。[0019]圖3中所示的電容器30的結(jié)構(gòu)在下面描述的本
【發(fā)明內(nèi)容】
中很重要，該結(jié)構(gòu)涉及到伸出引線46，所述引線46從各個陽極38延伸。如圖3所示，以及根據(jù)上述解釋，這些伸出的引線中的每一個從相應(yīng)陽極延伸的長度需達到并連接到所示的電容器正極端子58。這些弓I線相對較長，并且它們的長度增加了電容器的ESR。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]根據(jù)本發(fā)明的一種制備燒結(jié)制品的方法，該方法包括壓制材料的顆粒到一起以形成坯體，所述坯體具有區(qū)域、橫斷于該區(qū)域測量的厚度、延伸進入該坯體的厚度的開口，該坯體還具有至少部分地位于該坯體內(nèi)的固態(tài)實體，該固態(tài)實體延伸穿過該坯體內(nèi)的所述開口 ；以及，燒結(jié)所述坯體，以使所述材料的顆粒形成燒結(jié)體，并且在燒結(jié)中，通過所述固態(tài)實體在所述開口中的變形緩解(relieve)施加到所述固態(tài)實體的應(yīng)力。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一種燒結(jié)制品，包括材料的顆粒的燒結(jié)體，所述燒結(jié)體具有區(qū)域和橫斷于該區(qū)域測量的厚度，其中，所述燒結(jié)體包括延伸進入該燒結(jié)體的厚度的開口；以及，至少部分地位于所述燒結(jié)體內(nèi)的固態(tài)實體，該固態(tài)實體延伸穿過該燒結(jié)體的所述開口。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1A和IB分別是應(yīng)用在電容器中的陽極結(jié)構(gòu)前驅(qū)體的現(xiàn)有技術(shù)坯體和現(xiàn)有技術(shù)燒結(jié)體的平面圖。
[0023]圖2是應(yīng)用了由圖1B中所示的前驅(qū)體制造的陽極的現(xiàn)有技術(shù)電容器的分解示意圖。
[0024]圖3是圖2的現(xiàn)有技術(shù)的電容器的剖視示意圖。
[0025]圖4A和4B分別是用在電容器中的陽極前驅(qū)體的根據(jù)本發(fā)明第一種實施方式的坯體和燒結(jié)體的平面圖。
[0026]圖5A和5B分別是用在電容器中的陽極前驅(qū)體的根據(jù)本發(fā)明第二種實施方式的坯體和燒結(jié)體的平面圖。
[0027]圖6A和6B分別是用在電容器中的陽極前驅(qū)體的根據(jù)本發(fā)明第三種實施方式的坯體和燒結(jié)體的平面圖。
[0028]圖7是應(yīng)用了根據(jù)本發(fā)明的【具體實施方式】的陽極的電容器的分解示意圖。
[0029]圖8是圖7中電容器的剖視示意圖。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明的一個重要特征是提供在還體中的應(yīng)力消除(stress-relieving)結(jié)構(gòu),所述坯體中存在至少一部分固態(tài)實體。在燒結(jié)過程中，當(dāng)坯體收縮時，所述應(yīng)力消除結(jié)構(gòu)能使固態(tài)實體變形或部分地移動。作為應(yīng)力消除的結(jié)果，在燒結(jié)體形成時，相對較薄的坯體在燒結(jié)過程中能基本上保持平坦。其結(jié)果為，燒結(jié)體也相對平坦。首先，以下將對本發(fā)明的燒結(jié)的閥金屬陽極前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)以及制備該燒結(jié)的閥金屬陽極前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)的方法進行描述。一旦制備完成，所述陽極就和陰極以及其它部件結(jié)合應(yīng)用到電容器，特別是電解電容器中。然而，本發(fā)明不限于電容器陽極，而是在燒結(jié)體以及這些燒結(jié)體的成型中有更廣泛的應(yīng)用，其中，坯體在燒結(jié)前含有固態(tài)實體，該固態(tài)實體在燒結(jié)過程中仍保持存在，并且保持存在于燒結(jié)體中。
[0031]圖4A以平面圖展示了坯體1’，圖4B以平面圖展示了由圖4A的坯體I’形成的燒結(jié)體4’。在這些以及其它各圖中，相同的參考標記用于表示相同的部件。如果部件在不同圖中相似但不相同，用撇號后綴(’)來表示差別。
[0032]圖4A的坯體I’和圖1A的坯體I在幾個重要方面不同。首先，與圖1A中的坯體I相比，圖4A中的固態(tài)實體3’穿過坯體I’延伸的長度比穿過圖1A的坯體I延伸得更長。在圖4A中，線3’從坯體I’的一個角(即邊緣)延伸到差不多坯體I’的對面的角(即邊緣)。其次，坯體I’包括開口 6，該開口 6沿坯體的厚度方向完全穿過坯體I’延伸。所述厚度方向垂直于圖4A和4B的視圖。在圖中所示的實施方式中，固態(tài)實體3’延伸穿過所述開口 6。所述開口 6被展示為圓形并位于坯體I’的中心。但是這種形狀和位置是優(yōu)選設(shè)置，所述開口不必要是圓形，并且可以從坯體的中心偏置。然而，當(dāng)固態(tài)實體3’延伸穿過所述開口 6時能夠獲得重要的益處。
[0033]當(dāng)閥金屬顆粒(即鉭、鈮、鈦、鋯和/或鋁的顆粒)經(jīng)受燒結(jié)時，坯體I’的尺寸收縮，如圖4B所示。這一收縮基本上相當(dāng)于圖1A和IB所示的在現(xiàn)有技術(shù)燒結(jié)過程中的收縮。通常為正方形坯體I’的邊2’變短，如圖4B中的邊5’所表示的。坯體I’的收縮在固態(tài)實體3’上施加了壓縮應(yīng)力，不同于坯體I’，所述固態(tài)實體3’在燒結(jié)工藝過程中沒有明顯的收縮或密度變化。但是，因為開口 6的存在，在開口 6內(nèi)的固態(tài)實體I’在燒結(jié)過程中變形。這一變形緩解了施加在固態(tài)實體3’上的壓縮應(yīng)力，所述變形在圖4B中以線3’的弧形部分7示出。
[0034]因為施加到本發(fā)明中固態(tài)實體3’上的壓縮應(yīng)力的緩解，比較薄的坯體在燒結(jié)工藝中不會過度地扭曲。在平坦的閥金屬陽極的制造中，這種相對平坦的維持極為重要，在電容器制造中，該平坦的閥金屬陽極和其它平坦部件(比如陰極)被組裝。基本上不平坦的閥金屬陽極不能和其它電容器元件一起被容納到電容器殼體的預(yù)定體積中。如圖4B所示，通常為正方形的燒結(jié)陽極前驅(qū)體具有邊5’。具有這種結(jié)構(gòu)的比較薄的陽極前驅(qū)體可以被認為具有用所述邊5’的長度除以所述陽極前驅(qū)體厚度的寬高比。即使在坯體的寬高比為5或更高時，用作為電容器陽極的根據(jù)本發(fā)明的陽極前驅(qū)體仍能保持足夠平坦。
[0035]關(guān)于形成根據(jù)本發(fā)明的閥金屬陽極前驅(qū)體的燒結(jié)條件與本領(lǐng)域已知的現(xiàn)有用于燒結(jié)閥金屬陽極前驅(qū)體的燒結(jié)條件是一樣的。比如，燒結(jié)可以在大約1300°C到1650°C范圍內(nèi)的溫度、在相對高的真空度下(比如10_5torr)，甚至更高的真空度下進行，經(jīng)歷大約3到30分鐘的時間。比如，參見美國專利5986877、6965510和7837743，其內(nèi)容通過參考合并于此，比如燒結(jié)工藝條件。燒結(jié)后，應(yīng)用已知的陽極氧化技術(shù)，使氧化層陽極化地形成在燒結(jié)陽極前驅(qū)體上。陽極氧化技術(shù)(典型地，使用磷酸電解液)的例子在美國專利5，986，877和7，837，743以及其它很多出版物中有描述。
[0036]如圖4A所示，所述固態(tài)實體3’(可以為線)從坯體I’延伸。所述線可以被用來操作坯體I’和燒結(jié)體4’。所述線可以用作在電解陽極氧化工藝過程中的連接。正如以下所描述的，電容器中的電連接使陽極位于開口 6內(nèi)的固態(tài)實體3’上。線3’伸出到陽極前驅(qū)體外的部分可以在燒結(jié)體4’的邊上斷開，特別是在氧化層的陽極氧化形成之后。
[0037]圖5A和6A展不了根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的還體I’，圖5B和6B展不了相應(yīng)的燒結(jié)體4’。在圖5A中，不同于圖4A的實施方式，在燒結(jié)之前，坯體的開口 6內(nèi)的固態(tài)實體3’上形成有扭結(jié)的或者弧形的變形區(qū)域8。實質(zhì)上，這個初始的變形“主導(dǎo)(primes)”固態(tài)實體3’在燒結(jié)工藝中更容易變形。從而，坯體I’在燒結(jié)工藝中變形的可能性更小。換句話說，在燒結(jié)過程開始前，所述固態(tài)實體3’對變形的初始阻力被減小了。在燒結(jié)中，線3’進一步變形，使坯體I’中的弧形部分8擴大為燒結(jié)體4’中的弧形部分8’。否則，所述第二種描述的實施方式與所述第一種描述的實施方式相似。
[0038]圖6A和6B中所示的第三種實施方式類似于第二種描述的實施方式，避免了開口 6中直的固態(tài)實體3’在燒結(jié)工藝中變形的初始阻力。如圖6A所示，固態(tài)實體3’在開口 6中被切斷，在開口 6中產(chǎn)生了斷頭9。斷頭9可以相互偏轉(zhuǎn)或變形，以避免在開口 6內(nèi)相互接觸或者相互對齊。因而，伴隨著坯體I’在燒結(jié)體的生產(chǎn)過程中的收縮，所述固態(tài)實體3的斷頭9在燒結(jié)工藝中可以相對于彼此移動而不會干涉。圖6B顯示了斷頭9因為燒結(jié)過程和在燒結(jié)中施加到固態(tài)實體3’的壓縮力而移動之后的最終位置的一個例子。
[0039]圖7和圖8所示分別為完成的電容器80的分解圖和剖視圖，該電容器80使用了兩個根據(jù)前述說明制備的燒結(jié)閥金屬陽極并具有根據(jù)前述說明的結(jié)構(gòu)。這些圖中所示的電容器的部件與圖2和圖3中所示的電容器結(jié)構(gòu)的部件是相同的，并賦予了相同的參考標記。增加的撇號表示一個部件幾乎與圖2和3的電容器的部件相同，但是有一些變化，比如設(shè)置于中部的孔。例如，在圖7和圖8的電容器80中，除了每個陰極36’包括一個中心的、穿透的開口 82之外，陰極36’與圖2和圖3中的陰極36—樣。所述開口 82與陽極86通過的開口 84對齊。每個所述的陽極86包括線88，這在圖7和圖8中可見。所述線88延伸穿過相應(yīng)的陽極86的所述孔84。類似地，除中心設(shè)置的孔外，圖7和圖8中的分離件40’與圖2和圖3中的分離件40—樣。通過所述陽極86的中心孔、陰極36’以及分離件40’對齊。
[0040]所述兩種電容器實施方式之間的其它差別是電容器80中的插銷58’在電容器殼體32’內(nèi)的延伸。所述插銷58’提供了電容器80的外部的陽極連接。與圖2的電容器30相比，所述插銷58’在電容器80的電容器殼體32內(nèi)具有長得多的延伸。在電容器80中，所述插腳58’到達并且電接觸每個所述陽極86的所述線88。
[0041]在圖7和圖8所示的電容器80的結(jié)構(gòu)中，沒有引線延伸到陽極86的外部。相反，線88的從每個陽極上初始延伸出的部分被切斷移除。通常，線88由與陽極86同樣的閥金屬制成，使線上形成氧化層，當(dāng)電容器使用鉭陽極時，該氧化層在線和應(yīng)用在電容器80內(nèi)的電解質(zhì)之間形成保護，所述電解質(zhì)通常為硫酸。
[0042]根據(jù)圖7和圖8所示的電容器80，通過倒置如圖8所示位置的頂蓋34并按圖示順序從頂蓋34到最底層的分離件40依次安裝絕緣層、分離件、陰極和陽極，其中所述最底層的分離件40可以免掉中心開口。當(dāng)每一個陽極86堆疊放置后，陽極的線88焊接到從頂蓋34延伸的插銷58’的一部分上，比如通過電阻焊。這種電連接技術(shù)簡單并且可靠。從而，與圖2和圖3所示的電容器30的實施方式不同，無需將陽極引線彎曲成為特定形狀并將這些引線焊接到插銷58。其結(jié)果是，線88有效地縮短了圖2和圖3的電容器實施方式30的陽極引線46，縮短的長度至少相當(dāng)于“正方形”的陽極38邊長尺寸的一半。與圖2和圖3的電容器實施方式中陽極38和插銷58之間的電阻相比,在圖7和8的電容器實施方式中縮短的陽極連接長度實質(zhì)上減小了陽極86和插銷58’之間的電阻。
[0043]而且，根據(jù)本發(fā)明的燒結(jié)的閥金屬陽極的線88在燒結(jié)的閥金屬陽極內(nèi)的長度比圖2和圖3電容器結(jié)構(gòu)中的要長。與圖3相比，這個增加的長度在圖8中被示意性地表示。燒結(jié)的閥金屬陽極86和線88之間增加的接觸面積進一步減少了陽極端子58’與陽極之間電連接的電阻。陽極外部的引線長度的縮短以及線88與陽極86在該陽極內(nèi)的增加的接觸面積，單獨地并結(jié)合地減少了電容器的電阻。其結(jié)果是，相比于圖2和圖3的電容器結(jié)構(gòu)，圖7和圖8的電容器實施方式80的ESR大幅減小。
[0044]為了論證根據(jù)本發(fā)明取得的ESR的降低，制備了 10個具有如圖2和圖3所示的結(jié)構(gòu)的電容器和20個具有如圖7和圖8所示的結(jié)構(gòu)的電容器。兩組電容器具有同樣的外部尺寸。這些結(jié)構(gòu)實質(zhì)上等同，都集合了鉭的燒結(jié)閥金屬陽極。然而，集合了根據(jù)本發(fā)明的陽極的電容器具有比根據(jù)圖2和圖3實施方式的電容器稍微低的標稱電容。電容的降低歸因于在每個陽極和陰極上的開口，所述開口降低了陽極的體積和陰極的面積。根據(jù)圖7和圖8的實施方式的電容器的電容可以通過增厚陽極來增加，該步驟還能進一步降低這些電容器的 ESR。
[0045]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的10個電容器的平均電容為9844 μ P,電容的范圍在9750 μ P和9917 μ P之間。這10個電容器的平均ESR的標稱為37毫歐姆(milliohm)，并且ESR的范圍在36.5毫歐姆至38.5毫歐姆。集合了根據(jù)本發(fā)明的陽極的20個電容器的平均電容為8694 μ F，并且電容范圍為從8519 μ P到8831 μ F。這些電容器的平均ESR為14毫歐姆，并且單個ESR值的范圍從13.5毫歐姆至14.7毫歐姆。
[0046]因而，具有根據(jù)圖7和圖8結(jié)構(gòu)的電容器的平均ESR比圖2和圖3中所示電容器的平均ESR低60%。ESR的減小具有重大的意義，因為這一減小的幅度，保證了更高的電流處理能力、更低的工作溫度、顯著延長的電容器壽命，以及提高的頻率響應(yīng)。
[0047]雖然前面的描述集中于根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)本發(fā)明的產(chǎn)品的特定應(yīng)用，但本發(fā)明具有更普遍的適用性。本發(fā)明應(yīng)用于從顆粒材料的坯體制備燒結(jié)體，所述顆粒材料在燒結(jié)過程中收縮，并且坯體內(nèi)包括有固態(tài)實體。本發(fā)明所取得的進步，特別是當(dāng)燒結(jié)體為具有高的寬高比的比較薄的物體時，并不涉及到或者取得任何電學(xué)特征的進步。所取得的好處可能只在于機械方面，比如，燒結(jié)具有高的寬高比的坯體后保持燒結(jié)體的相對平坦性。這個結(jié)果通過在坯體內(nèi)提供一個開口來實現(xiàn)，在該開口中裸露固態(tài)實體的一部分，使得固態(tài)實體可以在燒結(jié)過程中變形，緩解在燒結(jié)過程中施加到固態(tài)實體上的壓應(yīng)力。當(dāng)優(yōu)選所述開口延伸至完全穿透坯體和燒結(jié)體時，這足夠使開口提供了一個區(qū)域，固態(tài)實體在該區(qū)域裸露并且不與坯體接觸，并留出了足夠的空間用于固態(tài)實體在燒結(jié)過程中變形。雖然描述了最優(yōu)實施方式，但所述開口并非必須設(shè)置在坯體的中部，所述固態(tài)實體物也并非必須延伸到整個坯體才能獲得本發(fā)明的效果。本發(fā)明的主要益處在于，在燒結(jié)工藝中，盡管本申請的描述中，不易于收縮的固態(tài)實體嵌入在至少部分坯體內(nèi)，但能夠生產(chǎn)具有可預(yù)測的與坯體的收縮量相關(guān)的尺寸和形狀的燒結(jié)體。
【權(quán)利要求】
1.一種制備燒結(jié)制品的方法，包括: 將材料的顆粒壓制到一起以形成坯體，所述坯體具有區(qū)域、橫斷于該區(qū)域測量的厚度、延伸進入該坯體的厚度的開口，該坯體還具有至少部分地位于該坯體內(nèi)的固態(tài)實體，該固態(tài)實體穿過該坯體內(nèi)的所述開口延伸；以及 燒結(jié)所述坯體，以使所述材料的顆粒形成燒結(jié)體，并且在燒結(jié)中，通過所述固態(tài)實體在所述開口中的變形緩解施加到所述固態(tài)實體的應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備燒結(jié)制品的方法，包括燒結(jié)閥金屬的顆粒以使所述燒結(jié)制品為閥金屬陽極的前驅(qū)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備燒結(jié)制品的方法，包括:在形成作為閥金屬陽極前驅(qū)體的閥金屬顆粒的燒結(jié)體后，陽極化地氧化該燒結(jié)體的所述閥金屬顆粒以形成燒結(jié)閥金屬陽極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任意一項所述的制備燒結(jié)制品的方法，包括:在燒結(jié)所述坯體之前，在所述開口內(nèi)形成所述固態(tài)實體的弧形部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任意一項所述的制備燒結(jié)制品的方法，包括:在燒結(jié)所述坯體之前，在所述開口內(nèi)切斷所述固態(tài)實體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任意一項所述的制備燒結(jié)制品的方法，其中，所述固態(tài)實體基本上從所述坯體的第一邊緣通過所述開口延伸，并基本上延伸至所述坯體的第二邊緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2和3中任意一項所述的制備燒結(jié)制品的方法，其中，所述區(qū)域包括至少一個線性尺寸，該線性尺寸除以所述燒結(jié)體的厚度至少為5，并且所述燒結(jié)體基本平坦。
8.一種燒結(jié)制品，包括: 材料的顆粒的燒結(jié)體，所述燒結(jié)體具有區(qū)域和橫斷于該區(qū)域測量的厚度，其中，所述燒結(jié)體包括延伸進入該燒結(jié)體的厚度的開口 ；以及 至少部分地位于所述燒結(jié)體內(nèi)的固態(tài)實體，該固態(tài)實體設(shè)置為穿過該燒結(jié)體的所述開口延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燒結(jié)制品，其中，所述燒結(jié)顆粒為閥金屬的顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燒結(jié)制品，其中，所述閥金屬的燒結(jié)顆粒被氧化以使所述制品可以發(fā)揮作為陽極的功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中任意一項所述的燒結(jié)制品，其中，所述固態(tài)實體包括在所述開口內(nèi)的弧形部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中任意一項所述的燒結(jié)制品，其中，所述固態(tài)實體在所述開口內(nèi)的位置被切斷。
13.根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中任意一項所述的燒結(jié)制品，其中，所述區(qū)域包括至少一個線性尺寸，該線性尺寸除以所述燒結(jié)制品的厚度至少為5，并且所述燒結(jié)制品基本平坦。
14.根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中任意一項所述的燒結(jié)制品，其中，所述固態(tài)實體基本上從所述燒結(jié)制品的第一邊緣穿過所述開口延伸，并基本上延伸至所述燒結(jié)制品的第二邊緣。
15.根據(jù)權(quán)利要求8、9和10中任意一項所述的燒結(jié)制品，其中，所述開口完全地穿過所述燒結(jié)體。
【文檔編號】H01G9/04GK103875048SQ201280050440
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】D·A·埃文斯 申請人:埃文斯電容公司