專利名稱：拉伸強度和硬度改進的電容器級引線的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及電容器引線，特別是可與鉭或鈮的陽極壓制體結(jié)合使用的鈮引線。本發(fā)明包括鈮粉末冶金得到的摻雜有硅的鈮引線，該引線優(yōu)選具有改進的強度和硬度，并且對引線的漏電性能沒有很大損害。
利用熔體原料得到的鈮和鈮合金引線一直被用作電容器引線。在1150℃和以上的燒結(jié)溫度，來源于熔融工藝的純鈮線的漏電值(electrical leakage)低。但是，該引線的拉伸強度和硬度有限，這使得很難對其進行加工，由此導(dǎo)致將該引線與電容器陽極壓制體結(jié)合時，和/或燒結(jié)與該引線連接的壓制體或固體電解質(zhì)熱解物的過程中的生產(chǎn)量低。鈮合金，比如鈮-鋯合金比熔融工藝得到的純鈮線的拉伸強度好，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，鋯從該引線中擴散出來，并且污染了陽極，使其作為電容器引線是不能被接受的。
本發(fā)明的一個目的是改進電容器級引線的化學(xué)、機械、冶金和功能的一致性。
本發(fā)明的另一目的是減少燒結(jié)和連接問題。
本發(fā)明的又一目的是改進鈮引線，從而在克服上述缺點的同時，不會明顯影響引線和引線-陽極組件的電性能。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種制造電容器級硅摻雜的鈮引線的方法，它包括(a)通過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，并且通過冷等靜壓將該粉末壓成坯條；(d)將該坯條熱機械加工成棒，并且(e)對該棒進行軋制和冷拉步驟的組合處理，以形成硅摻雜的引線。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，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的鈮引線可控制的更高機械拉伸強度，其拉伸強度大于直接從錠冶金(I/M)得到的鈮和鈮-鋯合金的拉伸強度。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-硅引線的硬度也得到提高，其硬度大于I/M鈮和鈮-鋯引線的電容器級引線的硬度，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)行標準規(guī)格范圍內(nèi)。如果是在遠低于約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描述僅僅是示范性和解釋性的，都是為了進一步解釋本發(fā)明。
附圖簡述

圖1表示極限拉伸強度與本發(fā)明所選擇的鈮和鈮合金引線直徑的關(guān)系曲線，其中，對由粉末冶金得到的本發(fā)明引線以及由錠冶金得到的鈮和鈮合金引線進行了比較；圖2表示DC漏電值與所選擇的鈮和鈮合金引線的燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線，其中，對由粉末冶金得到的本發(fā)明引線以及由錠冶金得到的鈮和鈮合金引線進行了比較；圖3A-3F是與陽極壓制體連接的電容器引線實例的側(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的燒結(jié)溫度的關(guān)系曲線，其中，對由粉末冶金得到的本發(fā)明引線以及由錠冶金得到的鈮和鈮合金引線進行了比較。
發(fā)明詳述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案之一是按照如下步驟制備的硅摻雜的鈮引線。通過氫化鈮錠或鈮棒，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的專利US6261337所述(脫氫和脫氧結(jié)合)，本文參考引用所述專利整體，并且所述專利與本申請的課題相同，而且Kumar是本發(fā)明的共同發(fā)明人。鈮粉中的氧含量優(yōu)選達到低于400ppm，優(yōu)選低于200ppm。使硅添加劑粉末與該低氧鈮粉混合，并且通過冷等靜壓(可最高達到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下進行1.5小時的退火；軋制至0.440英寸的直徑；在2500°F下進行1.5小時的退火；減徑至0.103英寸的直徑；拉伸至0.0346英寸直徑的引線；拉伸至最終直徑。
一般來講，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)進行約0.5-約2.0小時的退火；從約1英寸-約0.25英寸的直徑進行軋制；在約2100°F-約2700°F的溫度范圍內(nèi)進行約0.5-約2.0小時的退火；直徑從約1英寸減至約0.075英寸；拉伸至最終直徑。
本發(fā)明制造的引線的直徑范圍是約0.005英寸-約0.1英寸。本發(fā)明的引線可含有其它的成分，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。這些添加成分的類型和添加量可以與常規(guī)鈮中所使用的相同，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。下表1列出了具體的實驗1-5中所使用樣品的化學(xué)組成，所述實驗中，由粉末冶金得到的硅摻雜的鈮引線直徑被減至0.5英寸和0.103英寸。
表1
引線由表1的實驗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，測試樣品的拉伸強度和硬度(Rockwell hardness Bscale，HRB)。同時也按照相似的方法測試了由I/M獲得的鈮-鋯引線(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-硅引線的拉伸強度和硬度比鈮-鋯引線的要高很多。
而且，對含有所選擇的含硅總混合物(實驗#1和#2)的引線(在電容器測試條件下是引線-陽極組件)或陽極進行了漏電測試(在90％時40V)，結(jié)果示于圖2中。對具有在各種燒結(jié)溫度下制造的引線的陽極組件進行了所述測試。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-硅引線的使用是可接受的，但是低于上述溫度時不能被接受，這與目前的鉭電容器級引線的標準規(guī)格漏電值即1250℃時為0.6μA/英寸2相一致。
表3
圖3A-3F示出了與陽極壓制體連接的本發(fā)明鈮-硅電容器引線實例的側(cè)視圖和正視圖。圖3A和3B表示與陽極壓制體12對接焊接的鈮-硅電容器引線10。圖3C和3D表示嵌入壓制體12中達長度14的鈮-硅電容器引線10。圖3E和3F表示另一種將引線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，對含有所選擇的含硅總混合物(實驗#3，4和5)的引線(在電容器測試條件下是引線-陽極組件)或陽極進行了漏電測試(在90％時40V)，結(jié)果示于圖4中。對具有在各種燒結(jié)溫度下制造的引線的陽極組件進行了所述測試。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引線的標準規(guī)格即1150℃時為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，圖中沒有示出這些內(nèi)容。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過思考本發(fā)明所公開的說明書和實踐，很容易得出本發(fā)明的其它實施方式，即本發(fā)明的說明書以及實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的方法，它包括(a)通過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，并且通過冷等靜壓將該粉末壓成坯條；(d)將該坯條熱機械加工成棒狀，并且(e)對該棒進行軋制和冷拉步驟的組合處理，從而形成電容器級硅摻雜的引線。
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，其中對該棒進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，其中對該棒進行以下步驟的組合(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；軋制成約0.440英寸的直徑；在約2500°F下退火1.5小時；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。
7.權(quán)利要求1的方法，其中該引線還含有選自鉭、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，其中該引線的拉伸強度大于直接由錠冶金得到的電容器級鈮引線和鈮-鋯合金的拉伸強度。
10.一種電容器級引線，其拉伸強度大于直接由錠冶金得到的電容器級鈮引線和鈮-鋯合金的拉伸強度，其中該引線由以下方法制造(a)通過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，并且通過冷等靜壓將該粉末壓成坯條；(d)將該坯條熱機械加工成棒狀，并且(e)對該棒進行軋制和冷拉步驟的組合處理，從而形成硅摻雜的引線。
11.權(quán)利要求10的電容器級引線，其中硅的加入量小于約600ppm。
12.權(quán)利要求10的電容器級引線，其中硅的加入量為約150ppm-約300ppm。
13.權(quán)利要求10的電容器級引線，其中對該棒進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的電容器級引線，其中對該棒進行以下步驟的組合(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的電容器級引線，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；軋制成約0.440英寸的直徑；在約2500°F下退火1.5小時；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。
16.權(quán)利要求10的電容器級引線，其中該引線還含有選自鉭、鋯、鈦及其組合的金屬組分。
17.權(quán)利要求10的電容器級引線，其中該鈮粉的氧含量低于約400ppm。
18.權(quán)利要求10的電容器級引線，其中該引線的拉伸強度大于直接由錠冶金得到的電容器級鈮引線和鈮-鋯合金的拉伸強度。
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引線，其中，該鈮引線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具有可控制的拉伸強度，該拉伸強度大于由錠冶金得到的電容器級引線的拉伸強度。而且，該粉末冶金引線的硬度大于由錠冶金得到的電容器級引線的硬度，并且在約1150℃和以上的燒結(jié)溫度下，其漏電值滿足通常適用于電容器級鉭、鈮或鈮－鋯引線的標準規(guī)格。
文檔編號C22C1/04GK1623215SQ03802669
公開日2005年6月1日 申請日期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·庫馬 申請人:H.C.施塔克公司