DE1227822B - Metallisierende Palladium-Silber-Legierungsmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kondensator-Elektroden - Google Patents

Metallisierende Palladium-Silber-Legierungsmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kondensator-Elektroden

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DE1227822B
DE1227822B DEP33587A DEP0033587A DE1227822B DE 1227822 B DE1227822 B DE 1227822B DE P33587 A DEP33587 A DE P33587A DE P0033587 A DEP0033587 A DE P0033587A DE 1227822 B DE1227822 B DE 1227822B
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DE
Germany
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palladium
silver
alloy
metallizing
silver alloy
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DEP33587A
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Inventor
Lewis Charles Hoffman
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EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

  • Metallisierende Palladium-Silber-Legierungsmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kondensator-Elektroden Kondensatoren mit dielektrischen Schichten aus keramischem Material werden im allgemeinen durch Aufsprühen eines Breis von feinzerteiltem dielektrischem keramischem Material auf eine Grundfläche, Trocknen desselben und Überschichten mit einem feinzerteilten Metall in einem Träger in Pastenform, z. B. Silber, hergestellt. Dies wird im allgemeinen durchgeführt, indem man die Silberpaste nach der Technik des Siebdrucks auf die dielektrische Schicht im gewünschten Muster aufbringt, um dann als Kondensator-Elektrode zu dienen. Auf diese Weise können bis zu 40 abwechselnd aufeinanderfolgende Schichten von keramischem Dielektrikum und Silber-Elektroden aufgebaut werden, wie es z. B. in den USA: Patentschriften 2 389 420, 2 398176 gezeigt ist. Der so gebildete zusammengesetzte Körper wird dann bei der Schmelztemperatur des keramischen Materials zu einer elektrischen Kondensatoreinheit gebrannt. Bei glaskeramischem Dielektrikum liegt die Schmelztemperatur der dielektrischen Schicht in der Größenordnung von 700 bis $00° C; Silber ist ein geeignetes und erwünschtes Elektrodenmaterial, da derartige Brenntemperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Silber liegt, aber schon das gewünschte Zusammenwachsen der Silberteilchen verursachen.
  • Die Industrie benötigt in jüngster Zeit ein dieiektrisches Material, das eine höhere Dielektrizitätskonstante als diejenige von Glaskeramik aufweist. Es ist deshalb notwendig geworden, das Dielektrikum aus einem Material herzustellen, das einen wesentlich höheren Schmelzpunkt als Glas hat. Substanzen wie Barium- oder Strontiumtitanat oder Titaniumdioxyd mit einer Schmelztemperatur von über 1350° C sind für diese Zwecke notwendig. Bei derartigen Dielektrika kann nicht mehr feinzerteiltes Silber in einem Träger verwendet werden, da bei einer Schmelztemperatur von über 1200° C das Silber sich zu feinen Kügelchen zusammenzieht und eine nichtzusammenhängende Schicht bildet. Dies bedeutet, daß die Elektrodensiebpaste notwendigerweise aus einem Material wie Platin, Palladium, Gold oder einem ähnlich teuren Edelmetall zusammengesetzt sein muß.
  • So ist es bekannt, Kondensatoren unter Verwendung von Palladium oder Platin bei Brenntemperaturen von 1150°C herzustellen. Die Verwendung dieser teuren Edelmetalle stellt jedoch einen beachtlichen Nachteil :dar, so daß schon ein teilweiser Ersatz dieser teuren Edelmetalle durch andere, leichter erhältliche Materialien einen enormen Vorteil darstellen würde. Zwar ist es auch bekannt, Nickel an Stelle von Palladium oder Platin als Elektrodenmaterial einzusetzen, doch ist dies mit dem Nachteil verbunden, daß man das Brennen unter einer reduzierenden Atmosphäre durchführen muß.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine metallisierende Palladium-Silber-Legierungsmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kondensator-Elektroden, die 30 bis 60% einer pulverförmigen Palladium-Silber-Legierung in 70 bis 4011/o eines organischen Trägers dispergiert enthält, wobei die Legierung ihrerseits 5 bis 401/o Silber und 95 bis 601/o Palladium enthält.
  • Die erfindungsgemäße Silber-Palladium-Legierungsmasse hat gegenüber den bekannten Elektrodenmaterialien den Vorteil, daß man einen Teil des wertvollen Palladiums durch Silber ersetzen kann.
  • Silber und Palladium bilden eine vollständige Reihe fester Lösungen mit einer Liquiduskurve, die allmählich von 1550 auf 960° C abfällt, den entsprechenden Schmelzpunkten von Palladium und Silber. Bei 40 Gewichtsprozent Silber liegt die Liquidustemperatur der Legierung in der Nähe von 1320° C. Die Legierung muß eine Teilchengröße von nicht mehr als etwa 5 Mikron; vorzugsweise-zwisdheri ungefähr 0,1 und 0,5 Mikron, aufweisen. Man kann dies in hier nicht beanspruchter Weise erreichen, indem man die pulverförmige Legierung aus -einer Mischung von Silber.- und Palladiumnitrat durch ein Reduktionsmittel ausfällt, das gleichzeitig sowohl das Silber- wie auch das..Pallädiumnitrat zu Metall reduziert. Eine derartige Reduktion liefert nicht etwa eine Mischung, sondern eine Legierung der beiden Metalle.
  • Derartige gefällte Legierungen haben eine Teilchengröße zwischen 0,1 und 0,5 Mikron.
  • Die Teilchen der Palladium-Silber-Legierung können in beliebiger Weise gemischt werden, beispielsweise von Hand oder in mechanischen Mischvorrichtungen mit einem flüssigen Träger, und als Flüssigkeit oder Paste auf -den Markt kommen. Als Träger kann jede inerte Flüssigkeit verwendet werden. Vorzugsweise wird ein organisches Lösungsmittel mit oder ohne Verdickungsmittel, Stabilisatoren od. dgl. als Träger verwendet. Beispielsweise können Methyl-, Äthyl-, Butyl-, Propyl- oder höhere Alkohole, die entsprechenden Estei wie die Acetate, Proprionate usw., die Terpene und flüssigen Harze, beispielsweise Pine-öl, a-Terpineol od. dgl., und andere Flüssigkeiten ohne Einschränkung verwendet werden, wobei die Funktion der Flüssigkeit hauptsächlich die der Bildung einer Flüssigkeit oder Paste anwendungstechnisch gewünschten Viskosität ist. Die Träger können flüchtige Flüssigkeiten enthalten oder daraus bestehen, um ein schnelles Festwerden nach der Aufbringung zu fördern, oder sie- können Wachse, thermoplastische Harze oder wachsartige Stoffe enthalten, die bei Raumtemperatur fest sind, jedoch bei erhöhter Temperatur fließfähig (thermofluid) werden. Eine solche Zubereitung kann auf das keramische Dielektrikum bei erhöhter Temperatur aufgebracht werden und wird unmittelbar nach Berührung mit der Keramikgrundlage fest.
  • " -Das keramische Dielektrikum kann eine hohe Schmelztemperatur, -- d: h. höher als 1200° C haben, beispielsweise Bariumtitanat, Strontiumtitanat, Titandioxyd od. dgl.
  • Die Kondensatoren können hergestellt werden, indem man eine gleichmäßig dicke Schicht des feinzerteilten keramischen Dielektrikums (0,149 mm oder feiner) in einem flüssigen Bindemittel als Träger auf einer Grundlage, von der es später abgezogen werden kann, niederschlägt. Als Träger kann jede beliebige inerte Flüssigkeit verwendet werden, die die Teilchen zusammenhält; die obengenannten Träger oder sogar Wasser können dafür verwendet werden. Diese Schicht kann durch Gießen, Sprühen oder nach jeder beliebigen .anderen bekannten Methode aufgebracht werden. Nach dem Trocknen einer solchen Schicht von keramischem Dielektrikum wird eine dünne gleichmäßige Schicht der in flüssigem oder pastenförmigem Zustand befindlichen Pd-Ag-Legierung in beliebiger Weise aufgetragen, beispielsweise durch Siebschablonieren auf die Schicht des Dielektrikums in einem gewünschten Muster. Abwechselnd aufeinanderfolgende Schichten des Dielektrikums und der Legierung können so in beliebiger Zahl zur Herstellung des Kondensatoraufbaus übereinandergeschichtet werden. Der erhaltene Körper wird dann bei .der Schmelztemperatur des keramischen Materials zur Fertigstellung des kondensators gebrannt. Falls es erwünscht -ist, mehrere kon= densatoren zur gleichen Zeit herzustellen, kann die Methode nach dem USA: Patent 2 389 420 angewendet werden.
  • Das folgende Beispiel beschreibt eine bevorzugte Ausführungsform der Kondensatorkonstruktion gemäß der Erfindung. Beispiel 310 g Palladiumschwamm (raffiniert) wird in 5 1 roter rauchender Salpetersäure (spezifisches Gewicht 1,53 g/cm3) bei 50 bis 60° C gelöst. Man läßt dann die Lösung abkühlen. Nun werden 77,5 g Silber in dieser Lösung gelöst, wodurch sich ein Verhältnis von 80 Teilen Pd zu 20 Teilen Ag ergibt. Man läßt nun konzentriertes Ammoniumhydroxyd langsam in die Lösung eintropfen, bis die Farbe von Braun' in ein helles Gelbgrün umgeschlagen ist. Man 'benötigt 7100 ml Ammoniumhydroxyd (spezifischen Gewicht 0,9) um an diesen Endpunkt zu gelangen (pH = 5 bis 6).
  • Unter kräftigem Rühren werden 1000 ml einer 50o/oigen H.P02 Lösung langsam in die obige Lösung eintropfen gelassen. Es bildet sich ein schwarzer Niederschlag, der sich am Boden des Reaktionsgefäßes absetzt. Er wird abfiltriert und getrocknet. Die Ausbeute beträgt 386,5 g pulverförmige Pd-Ag-Legierung, wobei das Pd-Ag-Verhältnis etwa 80: 20 beträgt. Dieses Pulver hat eine durchschnittliche Größe von ungefähr 0,2 Mikron. Das Pulver wird durch Mischen von Hand in einem Träger dispergiert, der aus einer Lösung von Äthylcellulose in Butylcellulose-Acetat (10 Gewichtsprozent Äthylcellulose) besteht. Man erhält eine siebschablonenfähige Paste mit einem gleichen Gewichtsanteil von Pulver und Träger.
  • Diese Paste wird auf eine 0,0635 mm dicke Schicht von Bariumtitanat gesiebt, das aus einem wäßrigen Brei von feinzerteiltem Bariumtitanat aufgesprüht worden und dann getrocknet worden war. Die pastenförmige Legierung (1 cm Durchmesser) wird dann mit einer zweiten Schicht von Titanatbrei bedeckt und .das Verfahren wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von abwechselnden Schichten von Dielektrikum und Elektrode aufgebaut sind. Wie bei derartigen Kondensatorkonstruktionen bekannt, werden abwechselnd aufeinanderfolgende Elektroden an gegenüberliegenden Seiten des Kondensators freigelegt. Die Verbundstruktur wird dann bei 1350 bis 1450° C eine Stunde gebrannt. An den auf den gegenüberliegenden Seiten des gebrannten Kondensators freiliegenden Elektrodenschichten werden Zuführungsleitungen angebracht, indem man mit einer Silberpaste versilbert und nochmals bei 760° C brennt und dann lötet. Die Kapazität des Kondensator beträgt 10 000 Picofarad (Mikro-Mikro-Farad) pro Schicht und der Verlustfaktor weniger als 21/0. Dies bedeutet, daß die metallisierende Legierungsmasse eine kontinuierliche leitende Schicht gebildet hat, die wesentlich frei von Leerstellen ist.
  • Ein ähnlicher Versuch mit einer 80-20-Pd-Ag-Mischung (im Unterschied zu der Legierung) hat bewiesen, daß diese Mischung im wesentlichen wertlos als Elektrodenmaterial für Kondensatoren mit einem bei hoher Temperatur (über 1200°C) zu brennenden dielektrischen Material ist. Bei einer Temperatur wesentlich über dem Schmelzpunkt von Silber (ungefähr 960°C) zieht sich das Silber auf Grund der Oberflächenspannung zu kleinen Kügelchen zusammen und liefert so einen unerwünschten diskontinuierlichen Film.
  • Obwohl, wie oben beschrieben, gefälltes Legierungspulver mit einer Feinheit von 0,1 bis 0,5 Mikron bevorzugt gegenüber einem Legierungspulver verwendet wird, das durch mechanisches Zerkleinern einer Palladium-Silber-Legierung erhalten worden ist, kann .die letztgenannte für Kondensatoren verwendet werden, wo die gleichmäßige Kapazität von geringerer Bedeutung ist. Ist die massive Legierung mechanisch nach bekannter Weise zerkleinert worden, so beträgt die durchschnittliche Teilchengröße 5 Mikron oder mehr, und es ist ein höherer Metallgehalt in der Elektrode notwendig.
  • Hier angeführte Teile, Prozentangaben und Verhältnisangaben beziehen sich auf Gewichtsangaben.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Metallisierende Palladium-Silber-Legierungsmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kondensator-Elektroden, enthaltend 30 bis 60% einer pulverförmigen Palladium-Silber-Legierung, die in 70 bis 40% eines organischen Trägers dispergiert ist, wobei die Legierung 5 bis 40% Silber und 95 bis 60% Palladium enthält.
  2. 2. Masse nach Anspruch 1, enthaltend eine gefällte, pulverförmige Palladium-Silber-Legierung von einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 Mikron. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr.1175 919, 1320 528; britische Patentschriften Nr. 809 439, 794 056.
DEP33587A 1963-02-14 1964-02-13 Metallisierende Palladium-Silber-Legierungsmasse zur Verwendung bei der Herstellung von Kondensator-Elektroden Pending DE1227822B (de)

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