Спосіб виготовлення конденсаторів з низьким витоком з основної речовини, порошок танталу для виготовлення конденсаторів з твердим діелектриком та конденсатор, що має низькі характеристики електричного витоку

1. Способ изготовления конденсаторов с низкой утечкой из основного вещества, содержащего, по меньшей мере, один порошок металла, выбранного из группы V-B, отличающийся тем, что осуществляют взаимодействие количества азота с указанным основным веществом, достаточного для получения содержания азота, по меньшей мере, 500-7000 вес. частей на миллион в указанном основном веществе, осуществляют взаимодействие количества кислорода с указанным основным веществом, достаточного для получения содержания кислорода, по меньшей мере, 700-3000 вес. частей на миллион в указанном основном веществе, формируют таблетки из указанного основного вещества и спекают указанные таблетки при температурах в диапазоне 1400-1800°С, воздействуют на указанные спеченные таблетки напряжением анодирования 100 В или более и формируют конденсаторы из анодированных таблеток, которые достигают удельного заряда до примерно 25000 мкФВ/г и улучшенных характеристик электрической утечки из указанных анодированных таблеток. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что основное вещество содержит, по меньшей мере, порошок металлического тантала. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что основное вещество содержит гранулированный, дробленный, волокнистый и чешуйчатый порошки. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что основное вещество агломерируют при температуре между приблизительно 1200 и 1600°С. C2 (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ КОНД ЕНСАТОРІВ З НИЗ ЬКИМ ВИТОКОМ З ОСНОВНОЇ РЕЧОВИНИ, ПОРОШОК ТАНТАЛУ ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ КОНДЕНСАТОРІВ З ТВЕРДИМ ДІЕЛЕКТРИКОМ ТА КОНДЕНСАТОР, ЩО МАЄ НИЗЬКІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕЛЕКТРИЧНОГО ВИТОКУ 41325 занного основного вещества, осуществляют взаимодействие количества азота с указанным агломерированным основным веществом, достаточного для получения содержания азота в диапазоне 1400-4400 вес. частей на миллион в указанном основном веществе, осуществляют взаимодействие количества кислорода с указанным агломерированным основным веществом, достаточного для получения содержания кислорода, по меньшей мере, в диапазоне 700-3000 вес. частей на миллион в указанном основном веществе, осуществляют взаимодействие количества восстанавливающего металла с кислородом, присутствующим в указанном прореагировавшем веществе, и образуют количество окисла металла, регулируют указанное количество окисла металла до получения содержания кислорода от примерно 950 до 2900 вес. частей на миллион в указанном веществе, формируют таблетки из указанного прореагировавшего материала и спекают указанные таблетки при температуре от примерно 1400°С до 1800°С и осуществляют воздействие на указанные спеченные таблетки напряжениями анодирования в диапазоне 150-400 В, и формируют конденсаторы из анодированных таблеток, которые достигают удельного заряда от примерно 5100 до примерно 18000 мкФВ/г и имеют электрическую утечку, которая уменьшена более чем на 36%. 20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что количество азота вводят в виде газообразного азота. 21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что количество азота вводят в виде газообразного аммиака. 22. Способ по п. 19, отличающийся тем, что количество азота вводят в виде нитрида магния. 23. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанное содержание азота находится в диапазоне 1400-2600 вес. частей на миллион. 24. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанное содержание кислорода находится в диапазоне 950-2900 вес. частей на миллион. 25. Способ изготовления конденсаторов с низкой утечкой из основного вещества, содержащего, по меньшей мере, порошок металлического тантала, отличающийся тем, что осуществляют воздействие на указанное основное вещество температурой от примерно 1400°С до 1500°С и образуют агломераты указанного основного вещества, восстанавливают указанные агломераты до порошка, имеющего просеянные частицы размером приблизительно 381 мкм, осуществляют взаимодействие количества нитрида магния и количества металлического магния с указанным порошком и получают содержание кислорода 1850-2550 вес. частей на миллион в указанном порошке, осуществляют взаимодействие указанного металлического магния с кислородом в указанном порошке для образования компонента окиси магния, удаляют указанную окись магния до достижения содержания кислорода от примерно 2050 до 2900 вес. час тей на миллион в указанном порошке, формируют таблетки из указанного деоксигенированного порошка и спекают указанные таблетки при температурах от примерно 1550°С до 1650°С, воздействуют на указанные спеченные таблетки напряжениями анодирования в диапазоне 150-200 В и формируют электроды из указанных анодированных таблеток, которые достигают удельного заряда от примерно 9800 до примерно 15300 мкФВ/г и имеют электрическую утечку, уменьшение которой составляет от примерно 75% до 84%. 26. Порошок тантала для изготовления конденсаторов с твердым диэлектриком, имеющих высокий удельный заряд и низкие характеристики электрических потерь, отличающийся тем, что имеет BET менее примерно 0,6 м 2/г, средний размер агломерированных частиц приблизительно 381 мкм, содержание азота в диапазоне от примерно 500 до примерно 7000 вес. частей на миллион и содержание кислорода в диапазоне от примерно 700 до примерно 3000 вес. частей на миллион. 27. Порошок по п. 26, отличающийся тем, что количество прореагировавшего азота составляет между 1400 и 4400 вес. частей на миллион частей азота, а количество кислорода составляет между 950 и 2900 вес. частей на миллион частей кислорода. 28. Конденсатор, имеющий низкие характеристики электрической утечки, полученный из танталового порошка, содержащего азот и кислород, отличающийся тем, что электрическая утечка уменьшена более чем на 36% при напряжениях анодирования 150-400 В, и указанный конденсатор имеет удельный заряд в диапазоне 5100-18000 мкФВ/г. 29. Конденсатор, имеющий низкие характеристики электрической утечки, содержащий спеченный анод, полученный из танталового порошка, содержащего азот и кислород, отличающийся тем, что указанный анод спрессован в таблетку и спечен при температурах в диапазоне от 1400°С до 1800°С, при этом указанное танталовое основное вещество имеет содержание азота в диапазоне 500-7000 вес. частей на миллион и содержание кислорода в диапазоне 700-3000 вес. частей на миллион, слой анодной пятиокиси тантала, сформированный на поверхности указанного спеченного анода, слой двуокиси марганца, смежный указанному слою пятиокиси тантала, слой графита, расположенный смежно указанному слою двуокиси марганца, внешнюю оболочку в электрическом контакте с указанным слоем графита и проводящие контакты, прикрепленные к указанной оболочке. 30. Конденсатор по п. 29, отличающийся тем, что указанное содержание азота находится в диапазоне 1400-2600 вес. частей на миллион. 31. Конденсатор по п. 29 или 30, отличающийся тем, что указанное содержание кислорода находится в диапазоне 950-2900 вес. частей на миллион. Настоящее изобретение относится к способу изготовления порошка конденсаторной чистоты из основного вещества, выбранного из Группы V-B Периодической таблицы, которое взаимодействовало с азотом и кислородом; полученному из него порошку; и твердому электроду, изготовленному 2 41325 из порошка и анодированному при напряжениях 100В и более. Улучшенные характеристики электрических потерь получены в диапазоне удельного заряда до 25000 мкФВ/г. Рабочие характеристики конденсаторов или электродов, сформированных из порошков конденсаторной чистоты, выражают в зависимости от удельного заряда и утечки электрического тока. Удельный заряд, выражаемый, как правило, в мкФВ/г, является мерой емкости электрического заряда конденсатора и, как правило, пропорционален площади поверхности порошка в виде спеченной и анодированной таблетки. Электрические потери, как правило, выражаемые в единицах нА/мкФВ или 10-3 мкА/мкФВ, являются показателем того, как хорошо конденсатор удерживает удельный заряд. Конденсаторы с улучшенными характеристиками электрических потерь признаны конденсаторами, имеющими более высокую надежность. Известно также, что на рабочие характеристики законченных конденсаторов оказывают влияние химические и физические свойства порошка, используемого для изготовления конденсаторов. В основных порошках, имеющих более 3000 вес. частей на миллион частей кислорода, образуются трещины, подобные трещинам в кристаллических вещества х, в диэлектрической пленке в течение спекания и анодного окисления. Эти трещины позволяют току проходить через диэлектрик, давая в результате детали, обладающие избыточными электрическими потерями и ранним отказом. Вероятность образования трещин увеличивается для конденсаторов высокой надежности, где используют напряжения анодирования 100В или более. Были сделаны различные попытки улучшить рабочие характеристики законченных конденсаторов путем взаимодействия небольших количеств модифицирующи х агентов с порошками основного вещества . Использовали диапазон добавок или "легирующих ве ществ", включающих в себя азот, кремний, фосфор, бор, углерод и серу. Один пример такой попытки на предшествующем уровне техники найден в патенте США № 4154609, в котором описывается введение неорганического смазочного материала, например, нитрида тантала, в порошок металлического тантала перед спеканием при температуре 1600°С. Описывается температурный диапазон спекания между 1550 и 1850°С. Электрические испытания спеченных и анодированных таблеток показали уменьшение средних величин электрических потерь в диапазоне 0,15-0,26 нФ/мкФВ. Это составляет уменьшение электрических потерь в диапазоне приблизительно 4-38% по сравнению с нелегированными контрольными образцами. Были также получены средние величины удельного заряда между 7050 и 7635 мкФВ/г. В патенте США № 4544403 танталовые основные вещества легировали количествами, по меньшей мере, из двух добавок, выбранных из группы углерода, серы и азота. Было использовано до 1632 вес. частей на миллион частей комбинированных легирующих веществ. Порошок агломерировали с помощью термической обработки и измельчали до размера частиц приблизительно -35 меш. Спеченные аноды имели уменьшение средних величин электрических потерь в диапазоне 24-28% при напряжении анодирования 100В. Были описаны средние величины удельного заряда в диапазоне от 9564 до приблизительно 20237 мкФВ/г для некоторого напряжения анодирования. Среднее уменьшение электрических потерь составляло приблизительно 24-42%, а диапазон удельного заряда 6004-19771 мкФВ/г был также описан для напряжения анодирования 200В. Хотя уменьшение электрических потерь и увеличение удельного заряда является очевидным, не имеется указания на влияние легирования азотом и кислородом на электрические потери или влияние такого легирования на электрические характеристики для напряжений анодирования выше 100В. Кроме того, процентное уменьшение электрических потерь является относительно низким для напряжений анодирования выше 200В, что вызывает мысль о том, что роль использованных для модификации диэлектрического материала легирующих веществ больше, чем уменьшение диэлектрических дефектов в течение формирования. В Japanese Kokai №: 53 [1978] - 49, 254 описывается способ формирования однородной пленки нитрида тантала. В одном варианте воплощения порошок тантала подвергают воздействию газообразным аммиаком и смесями азота или аммиака с инертным газом, например, аргоном. В другом варианте порошок тантала может быть подвергнут воздействию солевой ванны, состоящей из NaCN , NaCO3, BaCl2 и KCl. Затем порошок спрессовывали в аноды и спекали. Ближайшим к настоящему изобретению аналогом может быть документ Японии, опубликованный в Japanese Kokai NO: 63(1988)-86509, в котором раскрыта сущность способа уменьшения электрических потерь. Порошок тантала, который спрессовывали в анод и спекали, подвергали воздействию атмосферы газообразного аммиака при температуре 1100°С. Содержание реагирующего кислорода поддерживали на уровне ниже 3000 частей на миллион. Однако, не раскрыто значение легирования кислородом и азотом в критическом диапазоне, заявленном в настоящем изобретении. Для конденсаторов, используемых для случаев применения, характеризующи хся высокой надежностью, были обнаружены только незначительные улучшения электрических потерь. Как правило, эти стойкие конденсаторы являются анодированными при напряжениях более 200В и работают в диапазоне удельного заряда 5000-24000 мкФВ/г, а более конкретно в диапазоне 500015000 мкФВ/г. Следовательно, целью настоящего изобретения является уменьшение электрических потерь в оксидных полупроводниковых конденсаторах при напряжениях формовки 100В или выше при сохранении удельных зарядов выше 5000 мкФВ/г. Другой целью настоящего изобретения, является уменьшение коробления в течение спекания, вследствие чего предохраняется площадь поверх 3 41325 ности и связанные с этим повышенные уровни удельного заряда. Разработка оксидного полупроводникового конденсатора высокой надежности, имеющего удельный заряд 5000 мкФВ/г и более, и электрические потери, которые улучшены, по меньшей мере, на 28% через электроды, анодированные при напряжениях формовки 100В или более, и имеющие подобную емкость, составят значительное продвижение вперед в технологии изготовления порошков и изделий конденсаторной чистоты. Настоящее изобретение содержит, соответственно, способ изготовления конденсаторов низких потерь из основных ве ществ, содержащие , по меньшей мере, один металл, выбранный из группы V-B Периодической таблицы. Это основное вещество взаимодействует с количеством азота, достаточным для образования, по меньшей мере, 500-7000 вес. частей на миллион азота, и количеством кислорода, достаточным для образования, по меньшей мере, 700-3000 вес. частей на миллион частей кислорода в веществе. Электроды получены путем формирования таблеток из нитрированного и оксидированного порошка и спекания таблеток при температурах 1400-1800°С. Затем спеченные таблетки подвергнуты воздействию напряжений анодирования 100В и из них сформированы конденсаторы. Конденсаторы, полученные из этих анодированных таблеток, обладают повышенными уровнями удельного заряда и уменьшенными уровнями электрических потерь для анодирования при напряжениях приблизительно 100В или более. Величин удельного заряда до приблизительно 25000 мкФВ/г и уменьшения потерь 28% и более достигают по отношению к электродам, полученным из нелегированных основных веществ. Настоящее изобретение будет легче понято из следующего описания и из сопроводительных неограничивающих гра фических зависимостей. На фиг. 1 иллюстрируется синергетический эффект взаимодействующего танталового основного вещества с кислородом и азотом вместе по сравнению с взаимодействием вещества с кислородом и азотом отдельно. Процент уменьшения электрических потерь иллюстрируется в диапазоне напряжений формовки. Нижняя кривая фиг. 1 была получена из данных, полученных путем оценки электродов, анодированных при напряжениях 150В и 200В, и получена в соответствии с обсуждаемыми ниже Примерами 1 и 3 и 2 и 4. Процентное уменьшение электрических потерь вычисляли, взяв средние потери из примеров 3 и 4 в диапазоне температур спекания от приблизительно 1400 до 1700°С и отняв эту величину от средних потерь, полученных из контрольных примеров 1 и 2. Затем вычисляли процентное уменьшение из этих контрольных примеров. Уменьшение составляло приблизительно 35% при напряжении анодирования 100В, 55% при напряжении анодирования 150В, 60% при напряжении анодирования 200В и более 80% при анодировании 400В. Средняя кривая фиг. 1 была получена из электродов, анодированных при напряжениях 100, 150, 200 и 400В. Сравнительные данные были по лучены из электродов, полученных в соответствии с примерами 9 и 8, 2 и 1, 4 и 3, 12 и 11 и 14 и 13. На фиг. 2 и 3 иллюстрируется улучшение удельного заряда в диапазоне температура спекания приблизительно 1400-1600°С. Танталовые основные вещества легировали кислородом и азотом в соответствии с процессом примеров 1-4 и 8-10, соответственно, и испытывали на удельный заряд. Результаты сравнивали с результатами, полученными из контрольных проб, полученных в соответствии с операциями примеров 1, 3 и 8. При напряжении анодирования 100В удельный заряд увеличивался на 100-1800 мкФВ/г по сравнению с анодами, полученными без легирования азотом и кислородом. Улучшение приблизительно 400-600 мкФВ/г было достигнуто для напряжения анодирования 150В. На фиг. 4 иллюстрируется уменьшение электрических потерь с увеличением содержания азота. Эти аноды спекали при температурах 1475 и 1525°С и анодировали при напряжении 150В. Степень влияния азота на электрические потери начинается до выравнивания ниже приблизительно 7000 частей на миллион частей. В соответствии с одним вариантом воплощения настоящего изобретения порошок конденсатора для конденсаторов малых потерь получают из основных веществ, которые содержат, по меньшей мере, один металлический порошок, выбранный из группы V-B Периодической таблицы. С целью упрощения, ниже будет делаться ссылка на металлический тантал, хотя квалифицированным специалистам в этой области те хники известно, что химические и физические свойства тантала и ниобия достаточно похожи, чтобы позволять замену каждого металла. Основные вещества, используемые в способе настоящего изобретения, как правило, образованы химическим восстановлением соли фторотанталата калия металлическим натрием с последующей обработкой кислотой, промывкой водой и сушкой. Высушенное танталовое основное вещество на этой стадии называется основным гранулированным порошком. В альтернативном способе основные вещества получают из слитка тантала гидратацией слитка и дроблением слитка в порошок требуемых размеров. Затем порошок обезгаживают в вакууме для удаления водорода. Полученный порошок называется основным дробленым порошком. Основной гранулированный и основной дробленый порошок может также быть дополнительно измельчен для увеличения площади поверхности разрушением порошка в порошок, обладающий чешуйчатой структурой, или чешуйчатый порошок. С целью удобства, основное вещество будет определено ниже включающим в себя указанные выше гранулированные, дробленые и чешуйчатые структуры и дополнительно включающим волокнистые порошки. Основные вещества, используемые в одном варианте воплощения настоящего изобретения были агломерированы с помощью термической обработки в вакууме или в атмосфере инертного газа. При этом использовали температурный диапазон 1200-1600°С, а предпочтительно темпера 4 41325 турный диапазон 1400-1500°С. Процесс термической обработки мог быть повторен для достижения требуемой степени агломерации. Квалифицированному специалисту в этой области техники будут очевидны тепловой режим и время нагревания, необходимые для достижения требуемого уровня агломерирования выбранного порошка. После агломерации основное вещество подвергали измельчению до размера частиц менее 40 меш. В настоящем изобретении могут быть использованы различные традиционные способы измельчения, включая использование щекового дробления. В пределах объема настоящего изобретения находится также приготовление электродов из порошков, которые не были подвергнуты термической обработке агломерации. Изобретатель обнаружил, что, благодаря взаимодействию диапазона азота и кислорода с основным веществом, конденсаторы, полученные из обработанного порошка, обладали улучшенными характеристиками потерь. Хотя в настоящем изобретении предполагается использование диапазона приблизительно 5007000 вес. частей на миллион частей водорода и приблизительно 700-3000 вес. частей на миллион частей кислорода, предпочтительным является диапазон 1400-4500 частей на миллион частей азота и 1100-2900 частей на миллион частей кислорода. Предпочтительными являются напряжения анодирования более 200В, диапазоны 1400-2600 частей на миллион частей азота и 950-2900 частей на миллион частей кислорода. Если количество азота и кислорода находится либо ниже, либо выше указанного диапазона, требуемых уменьшенных уровней электрических потерь и увеличений удельного заряда не достигают. В настоящем изобретении также предполагается, что азот и кислород могут быть добавлены к основному веществу в различных точках технологической цепочки в течение процесса. Например, легирующие ве щества могут быть введены во время любого термического цикла после того, как порошок спрессован в таблетки, но перед анодированием таблеток. В обсуждаемых ниже примерах газообразный азот предпочтительно вводили после агломерации. В альтернативном варианте воплощения кислород добавляли к основному веществу после введения азота или одновременно с ним. Хотя требование температуры для азота для взаимодействия и диффузии в металлический тантал зависит от физического состояния и используемого соединения, значительное взаимодействие между газообразным азотом и металлическим танталом имеет место при температуре выше 400°С. В другом варианте воплощения, где использовали газообразный аммоний, температура, требуемая для обеспечения значительных взаимодействий, была более 300°С. Хотя основные вещества настоящего изобретения присоединяют кислород после каждого термического цикла вследствие реакции на поверхности с воздухом в условия х окружающей среды, кислород удаляли путем восстановления регулирующим средством, например, активным элементом или соединением, имеющими большее сродство к кислороду, чем к танталу. В технике известны различные регулирующие вещества , которые включают в себя применение гетерных (газопоглотительных (примечание переводчика)) веществ. Предпочтительные металлы, например, магний и/или кальций, вводили в легированное основное вещество при температуре приблизительно 600-1100°С в вакууме или в среде инертного газа. Предпочтительным являются температуры, равные или выше температуры плавления. После дезоксигенирования порошок тантала охлаждали и из порошка кислотами выщелачивали магний и окись магния, промывали водой и сушили. В другом варианте воплощения азот добавляли к основному веществу в цикле восстановления. В подробно обсуждаемых ниже примерах 6 и 7 приблизительно 1850-2550 частей на миллион частей азота взаимодействовало с основным веществом в виде нитрида магния. Как показано в приведенной ниже реакции, нитрид магния обменивал азот на кислород из магния: ТаОх+Y(Мg3N 2)®TaN2+х(МgО). Квалифицированному специалисту в этой области техники будет очевидно, что величины х, у и z будут зависеть от уровня кислорода и азота, представленного в основном танталовом веществе. В соответствии с примерами 6 и 7 приблизительно 2050-2900 вес. частей на миллион частей кислорода осталось после того, как порошок был очищен от окиси магния. Уменьшение электрических потерь в диапазоне 75-84% и диапазон удельного заряда от 9800 до приблизительно 15350 получили для напряжения анодирования 150-200 В. Требуемыеколичества как кислорода, так и азота взаимодействовали с основным металлом в течение одной операции. Когда используют, по меньшей мере, стехиометрическое количество магния и соответствующие температуры и времена выдержек, известные квалифицированным специалиста в этой области техники, кислород может быть полностью удален из решетки металлического тантала. Тантал быстро образует окись тантала в виде поверхностного слоя, когда подвергается воздействию окружающего кислорода (например, воздуха). Следовательно, содержание кислорода в порошке металлического тантала в этих условиях пропорционально площади поверхности. В альтернативном варианте воплощения содержание кислорода также регулировали с помощью изменяющегося количества фтористоводородной (плавиковой) кислоты, используемой в процессе выщелачивания. Хлористоводородная кислота растворяет поверхностный окисел тантала, благодаря этому уменьшая площадь поверхности тантала и связанного содержания кислорода. В другом варианте воплощения содержание кислорода регулировали путем изменения време 5 41325 ни и температуры в течение сушки на воздухе после кислотного и водного выщелачивания. Насыщенное азотом и кислородом танталовое вещество , имеющее ВЕТ (Braunauer – Emmet Teller) менее 0,6 м 2/г, а предпочтительно в диапазоне 0,25-0,55 м 2/г, после этого спрессовывали в таблетку, спекали и оценивали на характеристики электрических потерь в соответствии с идентифицируемыми выше процедурами. Эти процедуры, как правило, известны и описаны в патентах США №№ 4441927 и 4722756, правопреемником которых является Cabot Corporation. В те хнике известны альтернативные способы проведения физического, химического и электрического анализов. После этого из электродов образовывали конденсаторы путем формирования диэлектрического слоя пятиокиси тантала на поверхности спеченных анодов. Слой пятиокиси формировали в результате анодного окисления обнаруженного металлического тантала анодов фосфорной кислотой. Могут быть использованы другие известные в технике растворы разбавленных кислот, включающие в себя водные растворы серной кислоты и азотной кислоты. После сушки электроды погружали в раствор нитрата марганца. Затем пропитанные раствором электроды нагревали до температуры, достаточной для разложения нитрата марганца до двуокиси марганца. Двуокись марганца образовывала равномерный слой, смежный пятиокиси тантала. Слой двуокиси марганца выполнял функцию катода. Затем перед присоединением контактных выводов к электродам для образования конечных конденсаторов смежно двуокиси марганца наносили слой графита. Не желая быть ограниченным какой-либо конкретной теорией, представляется, что синергетический эффект взаимодействия количеств азота и кислорода с основным веществом приводит к формированию более стабильного диэлектрического слоя пятиокиси тантала. Как правило, требуемый диэлектрик пятиокиси тантала является аморфным. В процессе анодирования в результате наличия примесей, например, Fе, Сr, Ni, Zr, С, может образовываться кристаллическая пятиокись тантала. Для минимизации роста в течение процесса анодирования кристаллической окиси тантала вокруг примесных центров необходимо соответствующее количество аморфного окисла или нитрида тантала. Это особенно важно при высоких напряжениях формовки, например, 100В или более, поскольку электрическое поле, генерируемое при высоких напряжениях, увеличивает рост кристаллов. Кристаллические структуры обладают более высокой электропроводностью и, следовательно, приводят к высоким утечкам тока. При крайне высоком содержании в порошке кислорода (например, свыше 3500 частей на миллион частей) кислород склонен образовывать кристаллическую окись тантала после прессования, спекания и охлаждения. Кристало окиси тантала, образованный перед анодированием, действуе т подобно примеси, ко торая служит в качестве центра для образования окиси тантала в течение спекания. Следовательно, в порошке имеется оптимальная концентрация кислорода. Оптимальный уровень, как правило, находится в диапазоне 700-3000 частей на миллион частей в зависимости частично от доступной площади поверхности и режимов спекания и формовки. Поведение и влияния азота в процессах спекание и анодирования металлического тантала подобны поведению и влияниям кислорода, за исключением того факта, что растворимость азота в тантале при данной температуре в два раза выше, чем кислорода. Следовательно, более высокое содержание азота в порошке может привести к меньшим электрическим потерям в конденсаторе. Кроме того, при нормальных температурах применения конденсатора (температура окружающей среды до 100°С), азот в качестве нитрида тантала, имеющий высокую плотность и низкую подвижность в кристаллической решетке тантала, склонен ограничивать перемещение кислорода относительно диэлектрического слоя. Это может препятствовать образованию субоксида, который будет иметь более высокие электрические потери, чем слой аморфной пятиокиси тантала. Окись тантала обладает более высоким сопротивлением спеканию, чем металлический тантал в диапазоне нормальных температур. Более высокое содержание кислорода в порошке тантала предохраняет площадь поверхности в течение спекания и приводит к более высокой емкости. Добавление азота в порошок тантала имеет подобные эффекты в том отношении, что площадь поверхности предохраняется в течение спекания и удельный заряд увеличивается. Не оспаривая преимуществ ле гирования азотом или кислородом отдельно, изобретатель обнаружил, что взаимодействие ограниченного диапазона кислорода и азота с танталовым основным веществом приводит к синергетическому эффекту, который улучшает и характеристики электрических потерь и увеличивает удельный заряд законченных конденсаторов до уровней, недостижимых путем введения одного из легирующи х ве ществ. Ссылаясь на данные, приведенные ниже в табл. 1-3 и на фиг. 1, улучшение электрических потерь больше, чем 30%, было реализовано в диапазоне анодирования 100-200В, где 1400-4400 вес. частей на миллион частей азота и 1100-2900 вес. частей на миллион частей кислорода взаимодействовало с танталовым основным веществом. Был также получен диапазон удельного заряда приблизительно 9400-24100 мкФВ/г. Процентное уменьшение электрических потерь было вычислено путем сравнения средних величин потерь в температурном диапазоне спекания приблизительно 1400-1700°C. Конкретно, было сделано сравнение данных из контрольного примера 8 с данными примеров 9 и 10 для анодирования при 100В и 150В; контрольного примера 1 с данными примера 2; и данных контрольного примера 3 с данными примеров 4-7 для 200В. Для диапазона напряжения анодирования от 150В до 400В улучшение электрических потерь более, чем 36%, было достигнуто для диапазона 6 41325 удельного заряда приблизительно от 5100 до приблизительно 18000 мкФВ/г. Количества в диапазоне 1400-4450 вес. частей на миллион частей азота и в диапазоне 950-2900 вес. частей кислорода взаимодействовали с танталовым основным веществом. Процентное уменьшение электрических потерь вычисляли описанным выше способом на основе сравнения данных контрольного примера 8 с данными примеров 9 и 10 при напряжении анодирования 150В. Данные контрольных примеров 11 и 13 сравнивали с данными примеров 12 и 14 при напряжении анодирования 400В. В другом варианте воплощения количества диапазона приблизительно 1400-2600 вес. частей на миллион частей азота и 950-2900 вес. частей на миллион частей кислорода взаимодействовали с танталовым основным веществом. Уменьшение электрических потерь в диапазоне приблизительно 52-99% и диапазон удельного заряда 550013200 достигали при уровнях анодирования от приблизительно 200В до 400В. Процентное уменьшение электрических потерь для электродов вычисляли описанным выше способом для уровней анодирования 200 и 400В. Ниже приведены примеры для дополнительного объяснения настоящего изобретения и для демонстрации улучшений по сравнению с предшествующими способами изготовления порошка конденсаторной чистоты. Квалифицированным специалистам в этой области техники будет очевидно, что эти примеры приведены с целями иллюстрации, а не для ограничения объема настоящего изобретения. Пример 1 Свыше 500 фунтов основного гранулированного порошка подвергали термической обработке в вакууме при температуре 1500°С и дробили до размера частиц -40 меш. (называемого ниже в последующих примерах НТА). 60 фунтов порошка НТА затем смешивали с 0,9 фунтами магния. Эту смесь помещали в реторту и герметизировали от атмосферы. Из герметизированной реторты откачивали воздух с помощью вакуумного насоса, нагревали до температуры 900°С в течение периода 3 часов и охлаждали до температуры окружающей среды. Взятый из реторты порошок выщелачивали азотной кислотой и промывали водой для удаления остаточного магния и окиси магния перед сушкой на воздухе при температуре 100°С в течение 6 часов. Этот порошок дополнительно сушили при температуре 180°С в течение 8 часов. У пробы этого порошка измеряли площадь его поверхности с помощью способа ВЕТ и определяли содержание кислорода и азота с помощью обсуждаемой ниже процедуры. Полученные результаты приведены в табл. 1. Процедура определения емкости и электрических потерь (А) Изготовление таблетки Порошок прессовали в промышленном устройстве для прессования таблеток без применения связующи х. Как правило, полученная после прессования плотность составляла 5 и 7 г/см 3 при весе порошка от 16 мг до 100 мг и диаметре от 1,25 мм до 2,5 мм. (Б) Спекание в вакууме Прессованные таблетки спекали в высоком вакууме менее, чем 10-3 торр (0,00133 Па), в течение 30 минут (1800 секунд) при температуре в диапазоне приблизительно 1400-1800°C. (В) Анодирование Спеченные таблетки анодировали в ванне формовки при температуре 90 +/-2°С при напряжении постоянного тока в диапазоне 100-400В. Электролитом была 0,1% фосфорная кислота. Производительность анодирования регулировали до 1 Вольт в минуту. После достижения требуемого напряжения анодирования (предпочтительно либо 100, 150, 200, либо 400В), анод поддерживали при этом напряжении в течение трех часов. Затем анод промывали и сушили. (Г) Режим испытаний Аноды после анодирования, промывания и сушки сначала испытывали на электрические потери. Использовали 10% испытательный раствор фосфорной кислоты. Аноды погружали в испытательный раствор до верхней части анода, и напряжение, равное 70% величины конечного напряжения формовки (то есть 70В, если анодирование осуществляли при 100В), прикладывали в течение 10 секунд - 2 минут, после чего измеряли электрические потери. После завершения измерений электрических потерь измеряли удельный заряд на аноде, используя устройство типа 1611B General Radio Capacitance Test Bridge. Анализ кислорода и азота Анализ кислорода и азота осуществляли, используя анализатор Leco ТС-30 О2 и N2, в котором используют методологию синтеза инертного газа. Площадь поверхности BET Суммарную площадь поверхности тантала измеряли с помощью анализатора пористости площади поверхности типа Numinco Orr (производства Numec Corporation). Площади поверхности BET (Braunauer – Emmet - Teller) полученные с помощью этой методики, включают в себя площадь внешней поверхности, а также площадь внутренней поверхности, делающую вклад благодаря наличию пор. Пример 2 55 фунтов термически обработанного гранулированного порошка из той же партии, что и порошок в примере 1 (НТА), восстанавливали, используя ту же процедуру, что и в примере 1, за исключением того, что в течение процесса охлаждения количество азота вводили в реторту при температуре 400°С. После того как введение было завершено, реторте и порошку давали возможность охладиться. Порошок выщелачивали, осушали и испытывали в соответствии с процедурой примера 1. Пример 3 Основной порошок примера 1 подвергали термической обработке при температуре 1500°С и восстанавливали. Пример 4 Основной порошок примера 1 подвергали термической обработке, восстановлению и взаимодействию с азотом в соответствии с процедурой примера 2. Использовали процедуру кислотного 7 41325 выщелачивания, промывания в воде и сушки, которую использовали в Примере 3. ПРИМЕР 5 120 фунтов основного гранулированного порошка подвергали термической обработке при температуре 1500°С и измельчали до среднего размера частиц -40 меш. Затем порошок смешивали с 1,8 фунтами магния и герметизировали в реторте. После этого из реторты с помощью механического насоса откачивали воздух и подвергали нагреву до температуры взаимодействия, как описано в примере 1. После взаимодействия в реторту, когда порошок был охлажден до температуры 500°С, вводили 1500 вес. частей на миллион частей газообразного азота. Затем порошок и реторта были охлаждены до температуры окружающей среды. Охлажденный порошок подвергали кислотному выщелачиванию, промыванию водой и сушке, используя ту же процедуру, что и в примере 1. Пример 6 300 граммов термически обработанного порошка из партии, описанной в примере 1, смешивали с 3,2 граммами нитрида магния и с 2,2 граммами магния. Смешанный порошок насыпали на танталовый металлический поддон, который размещали в реторте, и восстанавливали. Затем восстановленный порошок выщелачивали и сушили в соответствии с процедурой, описанной в примере 1. Пример 7 300 граммов термически обработанного порошка из партии, описанной в примере 1, смешивали с 5,4 граммами нитрида магния и 0,6 граммами магния. Смешанный порошок насыпали на танталовый поддон, который размещали в реторте, и восстанавливали. Порошок извлекали и подвергали выщелачиванию и сушке, используя подобную процедуру, что и в примере 1. Пример 8 Порошок большой площади поверхности, имеющий среднее значение размера частиц приблизительно 1 мкм, подвергали термической обработке при температуре 1400°С и измельчению до размера частиц -40 меш. Приблизительно 5 фунтов термически обработанного порошка смешивали с 30 граммами магния. Смешанный порошок размещали на танталовом поддоне, который, в свою очередь, герметизировали внутри реторты. Герметизированную реторту откачивали с помощью механического насоса, нагревали до температуры 950°С в течение периода 3 часов и затем охлаждали до температуры окружающей среды. После этого порошок извлекали из реторты и выщелачивали, промывали и сушили так, как это обсуждалось выше для удаления остатков магния и окиси магния. Пример 9 Тот же порошок большой площади поверхности, используемый в примере 8, подвергали термической обработке, восстанавливали, выщелачивали и сушили в соответствии с процедурами примера 8. Приблизительно 5 фунтов высушенного танталового основного вещества вводили в реторту и нагревали до температуры 500°С. В течение про цесса охлаждения в реторту вводили приблизительно 3,5 грамма газообразного азота. Пример 10 Тот же порошок большой площади поверхности подвергали термической обработке, восстановлению, выщелачиванию и сушке, как описано в примере 8. Приблизительно 5 фунтов высушенного танталового основного вещества вводили в реторту и нагревали до температуры 500°С. В течение процесса охлаждения в реторту вводили приблизительно 13 граммов газообразного азота. Результаты примеров 8-10 приведены ниже в табл. 2. Пример 11 Дробленный порошок был измельчен в чешуйчатый порошок с помощью механического средства в течение 2 часов. Измельченные чешуйки подвергали кислотному выщелачиванию и промыванию водой для удаления поверхностных примесей, после чего следовала сушка. Высушенные чешуйки после этого подвергали дальнейшему измельчению. Затем измельченный порошок дважды подвергали термической обработке. Первую операцию термической обработки проводили при температуре 1375°С в течение 30 минут в вакууме в вакуумной индукционной печи (У1). После этого порошок дробили и просеивали до размера частиц менее -40 меш. и снова подвергали термической обработке при температуре 1475°С в течение 30 минут в вакууме в печи У1. Дважды термически обработанный порошок снова измельчали и просеивали до размера частиц -40 меш. Термически обработанный чешуйчатый порошок затем подвергали восстановлению, кислотному вы щелачиванию, промыванию водой и сушке, используя описанную в Примере 1 процедуру. Приблизительно 16 мг пробы танталового основного вещества затем спрессовывали в таблетку с плотностью 7,0 г/мл и спекали при температуре 1700°С в течение 30 минут. После этого таблетки анодировали при 400В и испытывали на удельный заряд и электрические потери при 70% напряжения анодирования, то есть при напряжении 280В. Ниже в табл. 3 приведены результаты примеров 11-14. Пример 12 Дважды термически обработанный порошок, описанный в примере 11, подвергали восстановлению, нитрированию, кислотному выщелачиванию, промыванию водой, сушке и испытанию, используя процедуру примера 11. Пример 13 Дважды термически обработанный порошок, описанный в примере 11, подвергали восстановлению, при использовании той же процедуры, что и в примере 11, за исключением того, что высушенный порошок сушили второй раз при температуре 185°С в течение 6 часов. Пример 14 Дважды термически обработанный порошок, описанный в примере 11, подвергали восстановлению и нитрированию при использовании той же процедуры, что и в примере 12, за исключением 8 41325 того, что высушенный порошок сушили второй раз при температуре 185°С в течение 6 часов. Примечание Надписи к фиг. 1: 1 - процентное уменьшение потерь; 2 - напряжение формовки, В; 3 - только влияние азота; 4 - только влияние кислорода; 5 совместное влияние азота и кислорода. Надписи к фиг. 2: 1 - удельная емкость, мкФВ/г (тысячи); 2 - температура спекания, °С; 3 - пример 8; 4 - пример 9; 5 - пример 10. Надписи к фиг. 3: 1 - удельная емкость, мкФВ/г (тысячи); 2 - температура спекания, °С; 3 - пример 1; 4 - пример 2; 5 - пример 3; 6 - пример 4. Надписи к фиг. 4: 1 - потери, нА/мкФВ; 2 - содержание азота, частей на миллион частей. Таблица 1 1 Кислород, часть на миллион частей Азот, часть на миллион частей ВЕТ, м 2/г Емкость Анодирование 150В Спекание при 1550°С Спекание при 1600°С Спекание при 1650°С Анодирование 200В Спекание при 1550°С Спекание при 1600°С Спекание при 1650°С Утечка тока Анодирование 150В Спекание при 1550°С Спекание при 1600°С Спекание при 1650°С Анодирование 200В Спекание при 1550°С Спекание при 1600°С Спекание при 1650°С 2 3 Примеры 4 5 6 7 2150 2095 1360 1105 2220 2095 2860 45 1510 55 1665 1440 1860 2540 0,35 0,34 0,35 0,34 13700 11900 10460 14080 12295 12950 11435 13660 11665 11120 15380 13700 10940 15020 13130 11240 15290 13590 11700 10200 12016 10740 9490 11215 9970 11860 10542 13190 12020 10410 12650 11530 9850 13050 11880 10130 0,60 0,37 0,38 0,26 0,21 1,23 1,01 0,68 0,52 0,48 0,31 0,24 0,50 0,37 0,24 0,41 0,23 0,19 3,43 1,95 1,92 1,09 0,66 7,74 5,56 3,89 2,56 2,23 1,32 0,74 2,20 1,49 0,71 1,85 0,77 0,58 9 0,36 41325 Таблица 2 8 2440 85 0,53 Примеры 9 1922 2572 0,44 10 Кислород, часть на миллион частей 1900 Азот, часть на миллион частей 4365 ВЕТ, м 2/г 0,44 Емкость Анодирование 100В 23090 24100 23950 Спекание при 1425°С 21285 22255 22265 Спекание при 1475°С 17651 19381 19510 Спекание при 1525°С Анодирование 150В B.D. 17930 17510 Спекание при 1425°С 16160 17835 17790 Спекание при 1475°С 14195 15745 15985 Спекание при 1525°С Утечка тока Анодирование 100В 1,28 0,53 0,90 Спекание при 1425°С 0,50 0,33 0,33 Спекание при 1475°С 0,29 0,22 0,22 Спекание при 1525°С Анодирование 150В B.D. 6,08 5,85 Спекание при 1425°С 7,07 2,84 2,16 Спекание при 1475°С 3,61 1,28 0,77 Спекание при 1525°С Примечание: “B.D.” определяется как точка отказа или точка пробоя диэлектрика анода прежде, чем было достигнуто напряжение анодирования 150В. В этих условиях не могут быть измерены емкость и утечка тока. Таблица 3 Кислород, частей на миллион частей Азот, часть на миллион частей ВЕТ, м 2/г Емкость (мкФ-В/г) Анодирование 400В Спекание при 1700°С Утечка тока (нА/мкФ-В) Анодирование 400В Спекание при 1700°С 11 979 109 0,27 12 976 1852 0,29 13 1151 140 0,27 14 1333 1906 0,29 5207 5533 5186 5622 0,98 0,34 25,09 0,34 10 41325 Фиг. 1 Фиг. 2 Фиг. 3 11 41325 Фиг. 4 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 12