СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОТАНТАЛОВОГО ИЗОЛЯТОРА ДЛЯ ОБЪЕМНО-ПОРИСТОГО КОНДЕНСАТОРА Российский патент 2007 года по МПК H01G9/00 

Изобретение относится к производству изделий электронной техники, конкретно к производству конденсаторов, более конкретно к производству объемно-пористых конденсаторов.

Стеклотанталовый изолятор служит для изоляции и герметичной заделки анодного вывода объемно-пористого конденсатора, располагается поверх уплотнительной прокладки и закрывает выходное отверстие в корпусе конденсатора, предотвращая утечку из конденсатора жидкого рабочего электролита, представляющего собой водный раствор серной кислоты, и выделение из него наружу газообразного водорода, который образуется во время работы конденсатора. Стеклотанталовый изолятор включает в себя стеклотаблетку и танталовую арматуру, состоящую из трубки и крышки, изготовленных из танталовой ленты, и получается путем их сборки и последующего соединения в одно целое при спекании. Спекание стеклотанталового изолятора является ключевой технологической операцией и производится с целью обеспечения как надежного контакта стекла с танталовой арматурой, так и полной герметичности стеклотанталового изолятора. Однако максимальному достижению этой цели мешают некоторые проблемы, имеющие место при изготовлении конденсаторов с использованием стеклотанталовых изоляторов и связанные с возникновением дефектов - трещин в стекле и некачественного стеклоспая с металлом (танталом). Неудовлетворительное качество стеклоспая внешне проявляется в образовании большого мениска и может приводить к нарушению герметичности конденсаторов в местах стеклоспая.

Трещины в стекле могут возникать по ряду причин: из-за существенного расхождения в величинах температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) стекла и металла (тантала) арматуры, из-за хрупкости стекла после спекания стеклотанталового изолятора, связанной с наличием в стекле примеси водорода в силу технологии изготовления самой стеклотаблетки, предусматривающей обработку в газовой среде с напуском водорода.

Мениск стеклоспая, связанный с капиллярными явлениями, которые всегда имеют место на границе жидкостей (расплавленное стекло) и твердых тел (металл), получается большим вследствие не очень хорошей смачиваемости металла (тантала) стеклом, которая зависит от адгезионной способности стекла и процесса стеклования расплавленного стекла при спекании и приводит к нарушению герметичности в местах стеклоспая.

Отчасти проявление этих дефектов уменьшают, выбирая путем опробования стеклотаблетку с приемлемой маркой стекла - с учетом повышенных требований к его адгезионной способности и определенной величине ТКЛР. Однако трещины в стеклотанталовом изоляторе из-за недостаточной прочности стекла и качество стеклоспая продолжают оставаться узкими местами его применения в конденсаторах.

Известен способ получения герметичного уплотнительного элемента для танталовых конденсаторов с жидким электролитом, описанный в патенте US 4377404, кл. С03С 29/00, опубл. 22.03.1983, который включает в себя расплавление исходного стекла для формирования стеклянной трубки, установку полученной обрезкой этой стеклянной трубки поперек оси детали (стеклотаблетки) в отверстие уплотнительного элемента и нагрев всей сборки в составе конденсатора вместе с продольным выводом конденсатора, проходящим сквозь стеклотаблетку, выше температуры ее плавления.

При таком простом способе как раз и наблюдаются указанные выше дефекты: и трещины в стекле, и не всегда удовлетворительное качество стеклоспая.

Известен танталовый конденсатор с жидким электролитом, описанный в патенте JP 7226348, кл. Н01G 9/10, опубл. 22.08.1995, в котором предотвращается растрескивание в герметизирующем узле (стеклометаллическом изоляторе) за счет применения высокопрочного композиционного материала, который изготавливается путем пропитки слоистой подложки из стекловолокна расплавленным стеклом при высоких температурах и последующим отверждением при нормальной температуре и выдерживает воздействие кислот и газообразного водорода.

В этом способе исключено появление трещин в стеклоизоляторе, но имеют место усложнение технологии получения стеклоизолятора и его удорожание из-за применения композиционного стекла и не исключено проявление локальной негерметичности в местах стеклоспая.

Задача изобретения - получить стеклотанталовый изолятор для объемно-пористого конденсатора без нарушения герметичности стекла и стеклоспая при изготовлении и эксплуатации конденсатора.

Эта задача решается в предлагаемом способе получения стеклотанталового изолятора с достижением технического результата, заключающегося в предотвращении растрескивания стекла (отсутствие трещин в стекле) и обеспечении качественного стеклоспая (полная герметичность в местах стеклоспая).

Для достижения этого технического результата предлагается способ получения стеклотанталового изолятора для объемно-пористого конденсатора, заключающийся в отжиге танталовой арматуры (для очистки активной поверхности тантала от металлических и неметаллических примесей), сборке стеклотаблетки и танталовой арматуры с образованием стеклотанталового изолятора, спекании и формировании диэлектрического оксидного слоя на тантале стеклотанталового изолятора, когда спекание проводят в вакууме с напуском инертного газа в фазе стеклования, причем в процессе подъема температуры осуществляют выдержку при температуре 600±10°С в течение 15 минут в вакууме с последующим напуском инертного газа в рабочую камеру в течение 3 минут, а затем при температуре 1100-1185°С в течение 20-30 минут (в зависимости от габаритов стеклотанталовых изоляторов) в среде инертного газа, после чего производят охлаждение до температуры 550±10°С и откачку инертного газа.

Спекание в вакууме с напуском инертного газа в фазе стеклования позволяет получить стеклотанталовый изолятор с хорошей герметичностью, не нарушаемой ни по стеклу, ни по стеклоспаю, а нежелательный процесс вспучивания стекла из-за газации окислов в его аморфном слое, усиливающейся в условиях вакуума, устраняется за счет увеличения давления в фазе стеклования и повышения скорости охлаждения стекла при напуске в рабочую камеру инертного газа.

Предлагаемое изобретение реализовано в серийном производстве танталовых объемно-пористых конденсаторов К52-9, К52-11, К52-17, К52-18 на ОАО «Элеконд», г.Сарапул. Технология получения стеклотанталового изолятора содержала указанные выше операции: отжиг танталовой арматуры, сборку стеклотаблетки и танталовой арматуры с образованием стеклотанталового изолятора, спекание и формирование диэлектрического оксидного слоя на тантале. Все они типовые, кроме операции спекания, которая проводится в рабочей камере печи в вакууме с напуском в фазе стеклования инертного газа, например аргона, с выполнением следующих технологических переходов и режимов:

- откачки атмосферного воздуха до получения вакуума в рабочей камере с остаточным давлением не более 3·10^-4 мм рт.ст.;

- нагрева рабочей камеры до температуры 600±10°С в течение 20 минут;

- выдержки при температуре 600±10°С в течение 15 минут;

- напуска инертного газа при температуре 600±10°С в течение 3 минут до давления минус 0,09 кгс/см²;

- подъема температуры до 1100-1185°С в течение 10 минут;

- выдержки при температуре 1100-1185°С в течение 20 минут (малые габариты стеклотанталовых изоляторов), 25 минут (средние габариты), 30 минут (большие габариты);

- охлаждения до температуры 550±10°С в течение 7-15 минут и откачки инертного газа до давления не менее 3·10^-4 мм рт.ст.;

- охлаждения до температуры 100±10°С в течение 30-60 минут с последующей выгрузкой стеклотанталовых изоляторов.

Изоляторы, полученные по данному способу, имеют следующие технические характеристики:

- сопротивление изоляции не менее 1·10⁵ МОм;

- наплыв стекла на металл трубки и крышки изолятора не более 1 мм;

- герметичность в норме;

- электрическая прочность 480 В;

- стойкость к воздействию механических факторов - синусоидальной вибрации с частотой 1-5 Гц и амплитудой ускорения 392 м/сек²;

- механического удара при одиночном ударном ускорении 9810 м/сек², при многократном ударном ускорении 1471 м/сек²;

- стойкость к воздействию климатических факторов - пониженному рабочему давлению от 1·10^-6 до 145 мм рт. ст.; повышенному давлению 3 кг/см²; рабочей температуре от минус 60 до 200°С;

98%-ной влажности при температуре 35°С; морскому туману, плесневым грибам, конденсированным осадкам;

- стойкость к воздействию серной кислоты и газообразного водорода.

Изобретение относится к производству изделий электронной техники, конкретно - к производству конденсаторов. В предлагаемом способе, заключающемся в отжиге танталовой арматуры, сборке стеклотаблетки и танталовой арматуры с образованием стеклотанталового изолятора, спекании и формировании диэлектрического оксидного слоя на тантале стеклотанталового изолятора, спекание проводят в вакууме с напуском инертного газа в фазе стеклования, причем в процессе подъема температуры осуществляют выдержку при температуре 600°С в вакууме с последующим напуском инертного газа в рабочую зону, а затем при температуре 1100-1185°С, после чего производят охлаждение до температуры 550°С и откачку инертного газа. В результате исключаются растрескивание стекла и неудовлетворительное качество стеклоспая в стеклотанталовом изоляторе и получается конденсатор с хорошей герметичностью.3 з.п. ф-лы.

1. Способ получения стеклотанталового изолятора для объемно-пористого конденсатора, заключающийся в отжиге танталовой арматуры, сборке стеклотаблетки и танталовой арматуры с образованием стеклотанталового изолятора, спекании и формировании диэлектрического оксидного слоя на тантале стеклотанталового изолятора, отличающийся тем, что спекание проводят в вакууме с напуском инертного газа в фазе стеклования, причем в процессе подъема температуры осуществляют выдержку стеклотанталового изолятора при температуре (600±10)°С в течение 15 мин в вакууме с остаточным давлением не более 3·10^-4 мм рт.ст. с последующим напуском инертного газа до давления минус 0,09 кгс/см² в течение 3 мин, а затем выдержку его при температуре 1100÷1185°С в среде инертного газа в течение 20-30 мин, после чего производят охлаждение стеклотанталового изолятора до температуры (550±10)°С в течение 7-15 мин и откачку инертного газа до давления не менее 3·10^-4 мм рт.ст.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подъем температуры до (600±10)°С производят в течение 20 мин.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подъем температуры от (600±10)°С до 1100÷1185°С производят в течение 10 мин.4. Способ по п.1,отличающийся тем, что выдерживают при температуре 1100÷1185°С малые габариты стеклотанталовых изоляторов в течение 20 мин, средние - в течение 25 мин и большие - в течение 30 мин.