Дріт конденсаторного сорту з більш високими міцністю на розрив і твердістю

1. Спосіб виготовлення провідникового дроту з ніобію з добавкою кремнію, який включає: (а) формування порошку ніобію з низьким вмістом кисню гідруванням зливка ніобію або ніобієвої заготовки і подрібнювання або дроблення зливка або заготовки з одержанням порошку з розмірами частинок, визначених за методом середнього діаметра частинок за Фішером, у межах менш ніж приблизно 150 мікронів; (б) дегідрування порошку і при необхідності відновлення порошку з одержанням порошку ніобію з низьким вмістом кисню; (в) змішування порошку ніобію з низьким вмістом кисню з добавкою - порошком кремнію, й ущільнення порошку ізостатичним холодним штампуванням у заготовку; (г) термомеханічну обробку заготовки у стрижень; і (д) перетворення стрижня комбінацією стадій прокатки і холодного волочіння з формуванням кремнієвмісного дроту конденсаторного сорту. 2. Спосіб за п. 1, в якому кремній додають у кількості менш ніж приблизно 600 частинок на мільйон. 3. Спосіб за п. 1, в якому кремній додають у кількості в межах від приблизно 150 до приблизно 300 частинок на мільйон. 4. Спосіб за п. 1, в якому стрижень піддають обробці за технологічним режимом обтиску і проміжного відпалу, що включає відпал, прокатку, відпал, обтиск і волочіння. 5. Спосіб за п. 1, в якому стрижень піддають обробці згідно з комбінацією стадій, яка включає (і) 2 (19) 1 3 84126 4 11. Дріт за п. 10, в якому кремній доданий у кількотурі приблизно 2500 °F протягом 1,5 години; прості менш ніж приблизно 600 частинок на мільйон. катки до діаметра приблизно 0,440 дюйма; відпалу 12. Дріт за п. 10, в якому кремній доданий у кількопри температурі приблизно 2500 °F протягом 1,5 сті в межах від приблизно 150 до приблизно 300 години; обтиснення до діаметра приблизно 0,1 частинок на мільйон. дюйма; волочіння дроту до діаметра щонайменше 13. Дріт за п. 10, в якому стрижень піддають оброприблизно 0,005 дюйма. бці згідно з технологічним режимом обтиснення і 16. Дріт за п. 10, в якому він далі містить металепроміжного відпалу, що включає відпал, прокатку, вий компонент, вибраний з групи, що складається відпал, обтиснення і волочіння. з танталу, цирконію, титану і їх сумішей. 14. Дріт за п. 10, в якому стрижень піддають обро17. Дріт за п. 10, в якому порошок ніобію має рібці у відповідності з комбінацією стадій, яка вклювень кисню нижче приблизно 400 частинок на мічає (і) стадію першого відпалу, (іі) стадію прокатки, льйон. (ііі) стадію другого відпалу, (iv) стадію обтиснення і 18. Дріт за п. 10, в якому він має міцність на роз(v) стадію волочіння. рив, що перевищує міцність дроту конденсаторно15. Дріт за п. 14, в якому те хнологічний режим обго сорту з ніобію і ніобій-цирконієвих сплавів, одетиснення і проміжного відпалу включає комбінацію ржаних безпосередньо ливарною металургією. стадій, що складається: з (і) відпалу при темпера Винахід в основному стосується конденсаторних провідникових дротів, зокрема провідникових дротів з ніобію, придатних для використання з пресованими анодами з танталу або ніобію. Винахід включає порошкову металургію ніобію, яка виробляє провідниковий дріт з ніобію з добавкою кремнію, який має більш високу міцність і твердість без істотної зміни номінальної величини витоку заряду дроту. Відоме застосування провідникового дроту з ніобію і його сплавів, виготовлених з розплавлених вихідних матеріалів, в якості конденсаторного провідникового дроту. Дріт з чистого ніобію, одержаного в процесі плавки, має низький витік заряду при температурі спікання 1150°C і вище. Однак, він має обмежені міцність на розрив і твердість, що створює трудно щі при його використанні; це приводить до низької продуктивності при з'єднанні дроту з пресованими конденсаторними анодами і/або в ході спікання пресованого аноду або піролізу твердих електролітів із провідниковими дротами. Ніобієві сплави, такі як ніобій-цирконієві, мають оптимальну міцність на розрив і допустимий витік заряду при температурі вище 1150°C, ніж дріт з чистого ніобію, одержаний у процесі плавлення. Однак, при температурі вище 1050°C з ніобій-цирконієвого дроту дифундує цирконій і забруднює анод, що робить його неприйнятним в якості конденсаторного провідникового дроту. Об'єктом даного винаходу є поліпшення хімічних, механічних, металургійних і функціональних показників провідникового дроту конденсаторного сорту. Іншим об'єктом даного винаходу є зменшення проблем спікання і з'єднання. Ще одним об'єктом даного винаходу є поліпшення характеристик ніобієвого дроту для подолання вищеописаних Недоліків без істотного впливу на електричні властивості дроту і комбінації дріт-анод. Винахід стосується способу виготовлення провідникового дроту конденсаторного сорту з ніобію з добавкою кремнію, який включає: (а) формування порошку ніобію з низьким вмістом кисню гідруванням зливка ніобію або ніобієвої заготовки і подрібнювання або дроблення зливка або заготов ки з одержанням порошку з розмірами частинок, визначених за методом середнього діаметра частинок за Фішером, у межах менш ніж приблизно 150 мікрон; (б) дегідрування порошку і при необхідності відновлення порошку з одержанням порошку ніобію з низьким вмістом кисню; (в) змішування порошку ніобію з низьким вмістом кисню з добавкою - порошком кремнію й ущільнення порошку ізостатичним холодним штампуванням у заготовку; (г) термомеханічну обробку заготовки у стрижень; і (д) перетворення стрижня комбінацією стадій прокатки і холодного волочіння з формуванням кремнієвмісного дроту. Винахід також стосується методу проведення такого способу. Даний винахід включає дріт з ніобію, одержаного порошковою металургією (П/М), який містить добавку кремнію в кількості менш ніж приблизно 600чнм (частинок на міліон). Загалом, кількість кремнію знаходиться в межах від приблизно 150 до приблизно 600чнм. Переважно, кількість кремнію знаходиться в межах від приблизно 150 до 300чнм. Винахід додає регульовану більш високу механічну міцність на розрив дроту з ніобію з діаметром фінішної обробки, що перевершує дріт конденсаторного сорту, сформований з ніобію і нюбій-цирконієвих сплавів, одержаних безпосередньо з металургійних зливків (ливарна металургія Л/М). Також переважно, П/М ви хідний матеріал ніобію має вміст кисню нижче 400чнм, навіть коли кремній доданий у формі окису. Крім того, ніобій і ніобій-кремнієвий дріт, одержані П/М, мають твердість, яка перевищує твердість дротів конденсаторного сорту з ніобію і ніобій-цирконієвих сплавів, одержаних Л/М, і витік заряду в межах робочих технічних характеристик при температурі спікання приблизно 1150°C і вище, або приблизно 1250°C і вище. П/М вихідний матеріал, спечений при температурі нижче приблизно 1150°C або 1250°C і вище, і/або приєднаний до пресованого аноду, агломерованого при температурі нижче приблизно 1150°C або нижче 1250°C, буде мати більш високий витік. Але при температурі приблизно 1150°C або 1250°C і вище, розбіжності стають мінімальними. 5 84126 6 Цілком очевидно, що і попередній загальний Заготовку термомеханічною обробкою перетвоопис і наступний детальний опис приведені як прирюють у стрижень. Стрижень потім прокочують клад і для пояснення принципів даного винаходу. (або штампують у гарячому вигляді) і піддають Фіг.1 - діаграма залежності міцності на розрив холодному волочінню, звичайно з технологічним від діаметра дроту з ніобію і його сплаву, згідно із режимом обтиснення і проміжного відпалу як заданим винаходом одержаних порошковою метазначено нижче: лургією, у порівнянні з дротом з ніобію і його сплавідпал при 2500°F протягом 1,5 години; ву, одержаних ливарною металургією; прокатка до 0,440 дюйма за діаметром; Фіг.2 - діаграма залежності електричного витовідпал при 2500°F протягом 1,5 години; ку постійного струму від температури спікання обтиснення до 0,103 дюйма за діаметром; дроту з ніобію і його сплаву, згідно із даним винаволочіння до 0,0346 дюйма за діаметром дроходом одержаних порошковою металургією, у поту; рівнянні з дротом з ніобію і його сплаву, одержавитягування до фінішного діаметра. них ливарною металургією; Загалом, стрижень може бути прокатаний (або Фіг.3A-3F - вид збоку і спереду прикладів конштампований у гарячому вигляді) і підданий холоденсаторних провідникових дротів, приєднаних до дному волочінню, як правило, з технологічним репресованих анодів; і жимом обтиснення і проміжного відпалу як зазнаФіг.4 - діаграма залежності електричного виточено нижче: ку постійного струму від температури спікання відпал при температурі в межах від приблизно дроту з ніобію і його сплаву, згідно із даним вина2100°F до приблизно 2700°F ходом одержаних порошковою металургією, у попротягом від приблизно 0,5 години до приблирівнянні з дротом з ніобію і його сплаву, одержазно 2,0 годин; них ливарною металургією. прокатка до діаметра в межах від приблизно 1 Одним із кращих варіантів винаходу є провіддюйма до приблизно 0,25 дюйма; никовий дріт з ніобію з добавкою кремнію, виготовідпал при температурі в межах від приблизно влений в такий спосіб. Порошки ніобію формують 2100°F до приблизно 2700°F гідруванням зливка або заготовки ніобію і подрібпротягом від приблизно 0,5 години до приблинюванням або дробленням зливка або заготовки з зно 2,0 годин; одержанням порошку з розмірами частинок у меобтиснення до діаметра в межах від приблизжах менш ніж 150 мікронів (середній діаметр часно 1 дюйма до приблизно 0,075 дюйма; тинок за Фішером), дегідруванням і відновленням. волочіння до фінішного діаметра. Процес гідрування-подрібнювання, описаний у Діаметр дроту, виго товленого згідно з винахо[документі США 3,295,951 Фінчама й ін.], і відновдом, може знаходитися в межах від приблизно лення (у комбінації з дегідруючим відновленням), 0,005 дюйма до приблизно 0,1 дюйма. Дріт, згідно описаний у [документі США 6,261,337 Кумара], із даним винаходом, може містити інші додаткові включені тут як посилання цілком, обидва зазнакомпоненти, такі як інші метали, або компоненти, чених патенти мають загальне з цим описом прищо звичайно додаються до металевого ніобію, такі значення і пан Кумар є співавтором даного винаяк тантал, цирконій, титан або їх суміші. Типи і ходу. Порошок ніобію переважно має рівень кисню кількості цих додаткових компонентів можуть бути нижче 400чнм, ще більш переважно нижче тими ж самими, що і ті, які використовуються зі 200чнм. Добавку - порошок кремнію - змішують з стандартним ніобієм і добре відомі з рівня техніки. порошком ніобію з низьким вмістом кисню, ущільНижче в Таблиці 1 перераховані хімічні склади нюють ізостатичним холодним штампуванням (до випробовуваних зразків, використаних в експери60тис.фунтів/дюйм 2) спочатку в брусок для екструментах 1-5, дроту з ніобію з добавкою кремнію, зії або ущільнення заготовки переважно з формуодержаного порошковою металургією, обтиснутого ванням заготовки діаметром приблизно 1,3 дюйми. до діаметра 0,5 дюйма і 0,103 дюйма. Таблиця 1 PPM Експеримент 1 Експеримент 2 Експеримент 3 Експеримент 4 Експеримент 5 Експеримент 1 Експеримент 2 Експеримент 3 Експеримент 4 Експеримент 5 C O N 1/2" 88 646 47 1/2" 90 301 42 1/2" 54 322 60 1/2" 142 358 60 1/2" 58 329 72 ,103” 63 173 31 .103" 71 180 2В .103" 57 262 49 .103" 79 291 52 .103" 61 282 59 Mg 114 106 120 120 95 110 105 85 100 60 А! 20 20 0.5 1.1 27 2 3 5.2 4.1 2.8 SI 25 158 13 161 306 23 163 12 162 294 TI 20 20 6.1 5.3 5.5 2 2 7.5 6.1 4.9 Сr 108 99 45 50 45 140 150 65 63 63 Fe 655 574 225 255 230 500 675 100 130 70 Ni 157 133 44 53 53 130 150 55 65 55 Сu 10 16 4 3.5 7 4 6.4 1.9 2.2 1.9 Zr 10 10 5 5 5 5 5 5 5 5 Mo 20 20 1 1 1 11 11 1 1 1 Та 1388 8374 3000 10000 20000 1000 10000 5000 10000 10000 W 200 200 5 7.1 7.5 55 85 6.8 5.7 6.5 Дріт виготовляють із кремнієвих стандартних сумішей, представлених в експериментах 1-5 Таблиці 1, і беруть зразки, виготовлені у відповідності з різними за тривалістю етапами, і випробовують на міцність на розрив і твердість (твердість за шкалою В Роквелла (ТВР)). У тих же самих умовах випробовують ніобій-цирконієвий дріт (прототип), одержаний ливарною металургією. 7 84126 8 Таблиця 2 Прототип NbZr злив ок Розмір Тв ердість дюйм ТВР 0.6 0.42 0.266 0.166 0.107 0.103 0.0933 0.0645 0.0765 0.0693 0.0627 0.0568 0.0514 0.0465 0.0422 0.0382 0.0344 0.02878 0.02634 0.02431 0.0223 0.02062 0.01995 0.0173 0.01537 0.01334 83.7 82.4 89.8 89.1 87.7 79.2 68.5 72.3 71.6 72.7 75.4 75.4 76.9 77.2 78.3 79 85 83.7 84.7 85 87.3 87.6 87.8 85 86.8 87.8 Nb П/M Nb П/M Nb П/M Nb П/M Експ. 4 Експ. 1 Експ. 2 Експ. 3 Експ. 5 (150млн(25млн-1) (150млн-1) (10млн-1) (300млн-1) 1 ) МіцМіцТв ерТв ерМіцТв ердість Тв ердість Міцність Міцність Тв ердість Міцність ність ність дість дість ність тис.фу тис.фу тис.фун тис.фун тис.фунт тис.фунт/ нт/кв .д ТВР нт/кв .д ТВР ТВР т/кв.дюй ТВР т/кв.дю ТВР /кв .дюйм кв .дюйм юйм юйм м йм 73 74.3 75.7 76.5 80.2 74.9 73.2 36.7 39.7 43.1 74.4 71 74.3 76.9 79.1 74.5 76.6 79.9 81 81.1 72 81 82 82.5 84.7 85.6 86.1 84.4 86.4 87.5 41 80.8 53 76.9 55.6 47 78.7 57.1 79.5 58.32 47.2 81.4 59.72 82.7 62.5 52.8 83.4 62.12 82.4 64.86 55 82.4 68.3 83.7 69.9 55.9 85 72.53 84.3 75.1 62.5 83.7 75.6 85.4 77.7 89 119.88 91.5 122.28 98 125.94 64.4 84 78.1 86.3 78.7 87 124.65 90.5 130.17 96.8 132.48 66.7 85.4 81.28 84.7 82.7 92.5 126.05 91.7 133.49 97.4 132.83 65.5 86.5 83.5 85.8 84.2 88.3 131.23 93.2 138.43 97.6 137.2 7031 88.5 89 85.6 87.7 90 130.57 92.5 143.76 97.5 139.88 71.22 86.5 93.8 87.1 94.6 93 133.74 94.2 142.57 99.6 141.34 72.21 88.5 95.2 88.5 96.3 96.7 150.2 99.7 154.8 99.7 174.64 72.93 89 101 89.5 99.7 96.4 188.63 98 180.61 98.1 182.2 74.63 89 99.3 89.9 103.3 99.3 178.14 99.4 180.66 100.3 182.4 75.88 90.5 103.4 91.4 106.8 98.8 188.97 100.2 206.86 99.7 192.47 83.56 90.7 112.32 90.7 114.98 99.7 164.45 100.2 172.85 102 158.6 82.30 90.1 116.8 90.5 117.66 100.5 168.54 101.5 179.12 101.6 166.84 73.36 91 119.56 91.2 121 99.7 172.73 103.6 182.28 102.2 172.94 73.36 90.6 126.95 91 128.43 100 176.76 104.6 187.1 102.2 179.5 Як може бути зазначено з результатів, приведених у Таблиці 2 і на Фіг.1, ніобій-кремнієвий дріт має набагато більш високі міцність на розрив і твердість, ніж ніобій-цирконієвий дріт з діаметром приблизно 0,050 дюйма і менше. Також проведені іспити на витік заряду (40 вольт при 90%) дроту (комбінацій дріт-анод в умовах іспитів конденсаторів) або анодів з вибраними стандартними сумішами кремнію (Експерименти 1 і 2), результати яких представлені на Nb П/M Фіг.2. Проведено іспити комбінацій анода з провідниковими дротами, виготовленими при різних температурах спікання. Як може бути зазначено з результатів, представлених у Таблиці 3 і на Фіг.2, ніобій-кремнієвий дріт придатний для використання при температурах спікання 1250°С і вище, але незначно поступається дроту конденсаторного сорту з танталу з робочим показником витоку заряду, що дорівнює 0,6мкА/дюйм 2 при 1250°C. 9 84126 Таблиця 3 Зливок ніобію ніобій-цирконій Експеримент 1 Експеримент 2 дані для танталу (@1250°С) витік заряду, мкА/дюйм 2 0,1 0,25 0,35 0,6 0,6 На Фіг.3A-3F показані вид збоку і спереду прикладів нюбій-кремнієвих конденсаторних провідникових дротів, згідно із даним винаходом, з'єднаних з пресованими анодами. Фіг.3А і 3В ілюструють ніобій-кремнієвий конденсаторний провідниковий дріт 10, приварений впритул до пресованого анода 12. Фіг.3С і 3D ілюструють ніобій-кремнієвий конденсаторний провідниковий дріт 10, закладений на довжину 14 всередину пресованого аноду 12. Фіг.3Е і 3F ілюстр ують ще один спосіб з'єднання зварюванням провідникового дроту 10 до верхньої частини 16 пресованого аноду 12. Провідниковий дріт. 10 на будь-якій з Фіг.3A-3F і/або пресований анод 12 на будь-якій з цих фігур можуть бути круглими або плоскими (у формі стрічки) або інших форм. Крім того, проведені іспити на витік заряду (40 вольт при 90%) дроту (комбінацій дріт-анод в умовах іспитів конденсаторів) або анодів з вибраними стандартними сумішами кремнію (Експерименти 3, 4 і 5), результати яких представлені 10 на Фіг.4. Іспити проводилися для комбінацій анода з провідниковими дротами, виготовленими при різних температурах спікання. Як може бути зазначено з результатів, представлених у Таблиці 4 і на Фіг.4, ніобій-кремнієвий дріт придатний для використання при температурі спікання 1150°C і вище, але незначно поступається танталовому дроту конденсаторного сорту з робочим показником витоку заряду, що дорівнює 0,6мкА/дюйм 2 при 1150°C. Таблиця 4 зливок ніобію Ніобій-цирконій Експеримент 3 Експеримент 4 Експеримент 5 дані для танталу (@1150°С) витік заряду, мкА/дюйм 2 0,1 0,25 0,09 0,118 0,103 0,6 Об'єкти електролітичного просочення і піролітичного катодного з'єднання й упакування добре відомі фахівцям у даній галузі техніки й опущені на фігурах для зручності ілюстрації. Інші варіанти виконання даного винаходу будуть очевидні для фахівців з розгляду те хнічних умов і застосування винаходу, розкритого тут. Також очевидно, що характеристики і приклади приведені тільки як ілюстрації. 11 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 84126 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601