DE898482C

DE898482C - Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren mit hoher spezifischer Kapazitaet

Info

Publication number: DE898482C
Application number: DES16272D
Authority: DE
Inventors: Heinz Poetsch
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1943-03-12
Filing date: 1943-03-12
Publication date: 1953-11-30

Description

Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren mit hoher spezifischer Kapazität Bekanntlich haben elektrolytische Kondensatoren eine sehr hohe spezifische Kapazität, ,da ihr Dielektrikum bei ausreichender Spannungsfestigkeit nur sehr dünn ist, so daß der Abstand der gegenpoligen Belegungen nur Bruchbeile des Abstandes, beträgt, der bei selbständigen Dielektriken erzielt wird. Bei anderen elektrischen Kondensatoren ist die Kapazitätsausbeute .durch die technisch hersbellbare geringste Stärke :des. Dielektrikums und .deren Dielektrizitäts.konstante, bedingt. Man hat zur Verbesserung dieser Kondensatoren hinsichtlich der spezifischen Kapazität bereits vorgeschlagen, das Dielektrikum nicht als selbständigen Körper, sondern als auf einer Belegung aufgebrachte oder erzeugte dünne Schicht herzustellen. Insbesondere hat man Metallverbindungen, deren dielektrische Werte geeignet sind, auf einem als Belegung ausgebildeten Metall unmittelbar erzeugt. Es sei beispielsweise an Aluminiumoxydkondensatoren erinnert, bei welchen auf den Belegungen aus Aluminiumfolien ,durch zweckentsprechende tEinwirkung, z. B. einen elektrolytischen Prozeß, eine Aluminiumoxydschicht erzeugt wird.
Auf der anderen Seite kennt man dielektrische Stoffe, .die eine besonders hohe Dielektriz.itätskonstante besitzen. Der bekannteste Vertreter ist Titandioxyd. Um diese dem Stoff eigentümliche Dielektrizitätskonstante auszuwerten, hat man verschiedene Wege gezeigt, indem man das Titandioxyd pulverisierte und in Tränkmittel für Kondensatoren einmischte oder das Titandioxydpulver mit Bindemitteln: vermengte und dieses in Form eines Schichtauftrages auf einer Belegung anbrachte.
Man hat das Titandioxyd auch keramisch verarbeitet und Keramikkörper gebrannt, die, mit Belegungen versehen, als Kondensator benutzt werden. In allen Fällen jedoch konnte,die dem Titandioxyd eigene sehr hohe Dielektrizitätskonstante niemals recht zur Auswirkung kommen, da entweder .der Anteil des Titandioxyds am Gesamtdielektrikum zu gering oder .dessen Stärke zu groß war, so. daß extrem hohe spezifische Kapazitäten nicht erreicht werden konnten.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe ,gestellt, die dem Titandioxyd eigene hohe Dielektrizitätskonstante vollkommen auszuschöpfen. Nach dem Kennzeichen der Erfindung wird ein Kondensator mit höchster spezifischer Kapazität :dadurch hergestellt, :daß man auf einem Ventilmetall, wie z. B. Aluminium, eine Titanoxydschicht aufdampft, die man gegebenenfalls .durch eine nachfolgende Behandlung in die gewünschte Oxydverbindung überführt, :und daß man danach eine Behandlung in ,der Richtung vornimmt, daß an Fehlerstellen derTitanoxydschicht ein nichtleitendes dielektrisch hochwertiges Umsetzungsprodukt der metallischen, Unterlage, beispielsweise also Aluminiumoxyd, entsteht, wonach :dann derart hergestellte Elektroden in bekannter Weise zu Wickel- oder Stapelkondensatoren verarbeitet werden.
Der erfindungsgemäße Vorschlag kombiniert damit die Vorteile, die in Richtung einer hohem spezifischen Kapazität :durch Ausbildung des Dielektrikums als dünne, auf einen Träger aufgetragene Schicht hervorgerufen werden, mit denen, die durch Titandioxyd als Stoff gegeben sind. Gleichzeitig wird aber Vorsorge getroffen, .daß das nach dem Kennzeichen der Erfindung hergestellte Dielektrikum genügend spannungsfest ist, indem an etwaigen Fehlerstellen ein dielektrischer Ersatz vorgesehen ist, dessen spezifische Kapazität zwar wesentlich geringer als die des eigentlichen Dielektrikums ist, der jedoch infolge der nur .geringen Flächen, die in dieser Weise zur Kapazitätsbildung herangezogen werden, keinen entscheidenden Einfluß auf die Gesamtkapazität des Kondensators gewinnen kann.
Bei der Herstellung kann man so vorgehen, daß man Titandioxyd auf Siedetemperatur erhitzt und auf .dem Träger kondensieren läßt. Aber auch viele andere Verfahren sind möglich. Beispielsweise kann durch Verdampfen: eines Gemenges von Ti und TiO2 oder Verdampfen von Ti in Sauerstoffatmosphäre eine Titanoxydschicht gebildet werden, die noch nachzubehandeln ist, um,diegewünschte Sauerstoffverbindung zu erzielen. In diesem Falle ist dann bei :dieser Nachbehandlung der Titanoxydschicht gleichzeitig die Umwandlung der Metallgrundlage an den Fehlerstellen der Titanoxydschicht möglich.
In einer Abänderung .des gekennzeichneten Verfahrens kann man den Metallgrundkörper von vornherein mit .einer gewünschten dielektrisch hochwertigen Schicht versehen und auf diese erst die Titanoxydschicht aufbringen. In ;diesem Falle muß man jedoch damit rechnen, daß die Kapazitätsausbeute des Kondensators nicht die optimale ist, da zwei dielektrische Schichten, von denen die eine im Vergleich zum Titandioxyd eine sehr geringe Dielektrizitätskonstante besitzt, hintereinandergeschaltet sind.
Für die Herstellung .der Titandioxydschicht und der isolierenden Schicht auf der Metallgrundlage können die verschiedensten Verfahren benutzt werden, wobei es gleichgültig ist, ob die Mittel zur Hervorrufung .der verschiedenen dielektrischen Schichten die gleichen oder verschiedene sind.
Es hat sich als zweckmäßig gezeigt, die dünne Ti 02 Auflage nach der vollständigen Fertigstellung, unter Umständen sogar im fertigen Kondensator, einer thermischen Behandlung, beispielsweise bei 300i° C, zu unterwerfen, um,das durch die Aufdampfung und gegebenenfalls :die nachfolgenden Bearbeitungsschritte erzeugte Titandioxyd in: die gewünschte, die extrem hohe Dielektrizitätskonstante zeigende kristalline Verbindung überzuführen.
Das Verfahren nach der Erfindung kann sowohl für elektrolytische als auch für sogenannte statische Kondensatoren Anwendung finden. Im ersten Falle wird die Raumkapazität noch wesentlich gesteigert, während im zweiten Falle bei den sogenannten temperaturbeständigen Oxydkondensatoren, bei .denen aus anderen Gründen Mindeststärken der Oxydschichten erforderlich sind, eine zunächst unmöglich erscheinende spezifische Kapazitätserhöhung ermöglicht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Herstellung elektrischer Kondensatoren mit hoher spezifischer Kapazität, deren Dielektrikum aus Metallverbindungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Ventilmetall, wie z. B. Aluminium, eine Titanoxydschichtaufgedampft wird, die gegebenenfalls. durch eine nachfolgende Behandlung in die gewünschte Oxydverbindung übergeführt wird, und .daß .danach eine Behandlung in der Richtung vorgenommen wird, daß an Fehlerstellen der Titanoxydschicht ein nichtleitendes, dielek trisch -hochwertiges Umsetzungsprodukt der metallischen Unterlage, beispielsweise Aluminiumoxyd, entsteht, wonach :derart hergestellte Elektroden in bekannter Weise zu Wickel- oder Stapelkondensatoren verarbeitet werden. a. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, :daß bei der Überführung :der Titanoxydschicht in das gewünschte Oxyd gleichzeitig die Umwandlung der Unterlag e an den Fehlerstellen :der Titanoxydschicht vorgenommen wird. 3. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß nach ider Herstellung der dielektrischen Schicht eine Temperung bei erhöhter Temperatur vorgenommen wird. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch z .bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage zunächst .mit einer nichtleitenden dielektrischen aufgewachsenen Schicht versehen wird, wonach dann die Aufbringung der Titan-. oxydschicht vorgenommen wird.