專利名稱：耐高溫的鈮導線的制作方法
技術領域：
本發明涉及高溫條件下保持穩定的鈮金屬導線的生產方法及其與鈮-或氧化鈮或鉭電容器連接時的應用。
背景技術：
為了能與金屬粉末-電容器連接，需要采用耐高溫金屬材料做成的導線，而鈮電容器是采用顆粒更粗、價格更便宜的鈮粉，在1400℃以上溫度條件下進行燒結而成的。一般情況下，鉭導線也能承受這一高溫，然而由于鉭的比重大約是鈮的兩倍，因此材料消耗大。粉末材料部分主要是由鈮構成的已加工好的電容器以及燒結毛坯的下腳料不能與鉭分開，因此不能將鈮提供一個經濟的再生循環過程。采用鈮導線就能解決這一問題。此外，由于市場上鉭的價格波動很厲害，以致于使原材料成本難以控制，因此人們希望獲得價格低廉的以鈮為基材的代用材料。再有，由于作為原材料，鈮的價格穩定，因此也希望在鉭電容器上采用鈮作為連接導線。
對于未摻雜的鈮，作為在1600℃溫度下鉭(Ta)和鎢(W)的焊接材料已為人們所熟悉(請參看Werner Espe的《高真空技術的工業材料學》第一冊，“金屬與導電金屬材料”VED德國科學出版社，1959)，但在這項應用中，對材料既不要求它在往復彎曲載荷下具有晶粒穩定性，也不要求對脆化和斷裂顯示出穩定性。
有人曾推薦采用鈮導線來連接粉末陽極，例如，在US6358625B1中就對于用鈮或鉭做成的陽極導線作了介紹。為改善它們附著性，用氧進行處理，使其表面大約50nm深度范圍內約有35％的原子獲得富集。正常情況下鈮-鉭導線只包含少量的氧，對于鉭一般規定含氧量在50-600微克/克。表面富集對于一般性能(如導電性)并不會產生影響，但其粘附性將會升高。燒結溫度規定為1250℃左右。正如尚未授權的德國專利申請DE10304756認為，摻雜氧的鈮導線，它們在大約1300℃時就達到了使用極限。
因此在技術上取決于找到一種以鈮為基體的合適材料，使它們在使用溫度超過1400℃時不構成粗晶粒，同時其導電性能可與純鈮相比，并能不會因此而脆化或斷裂，以便承受電容器生產過程的彎折程序。
現已發現，只需極少量的磷摻混其中就會對鈮的重結晶溫度及鈮晶粒的開始形成和形成的進程產生很大影響。
摻雜有P(磷)的鈮在1400℃下灼熱20分鐘才顯示出ASTM9中要求的顆粒粒徑，這相當于1200℃下含氧鈮的顆粒粒徑及在900℃下無摻雜的鈮顆粒粒徑。NbP顆粒明顯粗化是在1600℃以上才出現的。
另外，在1600℃時將到達ASTM5中的粒度標準。
發明內容
按照本發明的材料，連接鈮電容器的鈮導線具有廣泛的應用性，由于這種材料即使在1600℃也不會有大量的顆粒形成、不變脆，而且，能承受在鉭電容器上的應用，這一點對于微型結構特別引人注目，因為，在這種情況下，它有助于明顯降低鉭導線的成本。
可通過以下程序實現鈮的摻雜(Dotierung)-加入P或含P預合金，借助于電子束熔化；-加入P或含P預合金，借助于電弧熔化；-在Nb-粉末中加入P或含P預合金，生產燒結塊；或者，-將已摻雜P的Nb粉末生產燒結塊。
生成的含P合金可以在室溫條件下加工成直徑為0.15-0.4mm的導線。這種導線最適合于作為鈮或氧化鈮或鉭電容器上的連接導線使用。這種電容器是用金屬粉末生產出來的。通過燒結(和導線一起)金屬就會被“固定”在表面上，即被陽極氧化，與此同時就會形成極薄一層Nb2O5或Ta2O5作為電介質。
圖1至圖3顯示機械性能(強度及延伸性)，按照本發明制成的直徑為0.24mm的含P鈮導線的在各種不同溫度條件下經過20分鐘燒結后的粒度(ASTM標準)和彎曲次數。
具體實施例方式
以下將通過實施例對本發明作進一步的詳細闡述，但并不限于例中內容在鈮-熔融塊中均勻地加入含P10％的預合金，通過電子束熔融過程將P摻雜，即獲得一含P量為100-2000微克/克的鈮合金，這樣制得的鈮合金可以在室溫條件下被拉制成直徑為0.15-0.4mm的鈮導線。
借助于退火試驗，模擬電容器生產過程中燒結的真實條件，以證實這種合金能承受高溫加工處理。用Nb(標準Nb)和摻雜有3000微克/克氧(即“NbO”)的鈮作為對比樣。
試驗結果匯總于下表中
這項實驗表明，在大約1500℃以前顆粒是穩定的，而從1600℃起顆粒開始粗糙化。在1600℃溫度時燒結的機械性能(彎曲數)也足以保證在電容器生產過程中順利加工處理的需要。
本文圖1至圖3顯示了機械性能(強度及延伸性)，這是指按照本發明制成的直徑為0.24mm的含P鈮導線的在各種不同溫度條件下經過20分鐘燒結后的粒度(ASTM標準)和彎曲次數。這種典型導線中的含P量為350微克/克。
(圖中，Rm＝抗拉強度；Rp0.2＝0.2％屈服點；Al254＝相對于原長度254mm的斷裂伸長率)
權利要求
1.耐受高溫鈮導線，其特征是富集以磷。
2.根據權利要求1所述的耐受高溫鈮導線，其特征是，鈮導線中含磷量在大約50-2000微克/克范圍內。
3.富集磷的耐高溫鈮導線的生產方法，其特征是a)將鈮在加入磷或含磷合金條件下通過電子束熔融或電弧熔化或燒結來摻雜磷；或b)將已摻雜磷的鈮粉燒結；并將所獲材料拉制成導線。
4.按照權利要求3所述的方法，其特征是，拉成的導線直徑在0.2-0.4mm范圍內。
5.按照權利要求3所述的方法，其特征是，導線是在室溫條件下拉制成的。
6.按照權利要求1和2所述富集磷的鈮導線的應用，其特征是作為鈮氧化鈮、或鉭電容器的連線使用的。
全文摘要
富集磷的耐高溫鈮導線，適用于作為鈮、氧化鈮或鉭電容器的連線使用。
文檔編號H01G9/00GK1828781SQ20051005440
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月4日 優先權日2004年3月4日
發明者B·斯帕尼奧爾 申請人:W.C.賀利氏有限公司