Metalle

Ultrafeine Hartstoffe

Durch die Verwendung nanoskaliger Wolframcarbidpartikel als Hartstoffkomponente in Hartmetallen lassen sich deren Eigenschaften weiter verbessern. Härte und Festigkeit von Werkzeugen und Verschleißteilen können so gleichermaßen gesteigert werden. Den Mitarbeitern der F&E von H.C. Starck ist es bereits gelungen, WC Pulver mit einer Teilchengröße von 100 nm in stabil laufenden und reproduzierbaren Prozessen herzustellen. Daraus leiten sich die heute standardmäßig verfügbaren Qualitäten ab:


WC-Qualität

DN 3-0

DN 3-5

DN 4-0

Spezifische Oberfläche

3 m²/g

3.5 m²/g

4.0 m²/g

Primärkorngröße

130 nm

115 nm

100 nm


Die Pulver weisen eine hohe Sinterstabilität auf und können mit konventionellen Technologien zu Hartmetall verarbeitet werden.

 

Durch die hohe spezifische Oberfläche gewinnen jedoch auch andere Eigenschaften des Wolframcarbides von Bedeutung, insbesondere dessen vielfältiges Potenzial in der heterogenen Katalyse. Vor diesem Hintergrund gelang auch die Entwicklung eines WC DN 5-0, die kurz vor dem Abschluss steht.

  


Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des WC-Pulvers DN 4-0


Hochkapazitive Tantalpulverpasten 

Schlüssel zur Herstellung kleinster Kondensatoren


Die Miniaturisierung elektronischer Bauteile führt dazu, dass in Tantalkondensatoren immer höhere Kapazitäten in immer kleineren Volumen unterzubringen sind. Diese Anforderung lässt sich nur mit Tantalpulvern sehr hoher spezifischer Oberfläche realisieren. Das Verpressen der extrem feinen Pulver ist wegen des schlechten Fließverhaltens schwierig, und die erhaltenen Elektroden sind mechanisch wenig belastbar. Insbesondere sehr dünne Anoden mit Dicken < 250 Mikrometer, wie sie in Chip- oder Multianodenkondensatoren Anwendung finden, sind mit den heutigen Pressverfahren kaum zu produzieren.


Eine neue von H.C. Starck entwickelte Technologie nutzt den Schablonendruck von Tantalpulverpasten auf Tantalfolie.

Da das Fließverhalten der Pasten signifikant besser ist als das der Pulver, liefert dieses Verfahren Anoden mit Dicken < 50 Mikrometer, wobei auch eine komplexe 2D-Strukturierung möglich ist.

 

Dabei ist die mechanische Stabilität der gedruckten Anoden der von gepressten überlegen. Darüber hinaus lassen sich die Pasten der ansonsten sehr reaktiven Metallpulver deutlich sicherer handhaben.

  


Fertigung ultraflacher Tantalanoden durch Schablonendruck; die Pasten-technologie ermöglicht eine Opti-mierung der Kondensatorleistung und erlaubt eine variable 2D-Formgebung


Niob- und Tantal-Doping

Einphasige Gefüge sind häufig unabdingbare Voraussetzung für maximale Materialperformance. So werden bei der Produktion von Katalysatoren, Ferriten und Elektrokeramiken in vielen Fällen homogene Beimischungen von Nioboxid und Tantaloxid auf atomarer Ebene verlangt. Durch den Einsatz der wasserlöslichen Verbindungen Niobammoniumoxalat (NAmOx) und Tantaloxalat von H.C. Starck kann dies erreicht werden.

Die Dotierung von Ferriten mit Hilfe von NAmOx beeinflusst das Kornwachstum während deren Herstellung. Eigenschaften wie Energieverlust, elektrischer Widerstand und magnetische Permeabilität werden dadurch positiv beeinflusst. Die Batterieindustrie nutzt NAmOx als Dotiermittel, um die Leitfähigkeit von Kathodenmaterialien in Lithiumionenbatterien zu erhöhen.


Des Weiteren erlaubt der Zusatz von NAmOx bei der Produktion von Dielektrika eine deutliche Absenkung der Sintertemperatur.

 

H.C. Starck´s Alkali- und Erdalkali- und Übergangsmetallniobate und -Tantalate, z.B. Kaliumniobat (KNbO3), Nickelniobat (NiNb2O6) und Magnesiumniobat (MgNb2O6) kommen in vielen Anwendungen zum Einsatz. So wird KNbO3 von
H.C. Starck als Dotiermittel für Piezokeramiken genutzt.

 

Kristallstruktur von
NH4[Nb(O)(C2O4)2(H2O)2] x 3 H2O


Höchstkapazitive Kondensatorpulver

Den Erfordernissen der Industrie nach kontinuierlicher Miniaturisierung elektronischer Bauteile müssen auch Kondensatoren folgen. In immer kleinerem Volumen muss immer mehr Kapazität untergebracht werden. Diese korreliert direkt mit der Oberfläche der Anode, dem Hauptbestandteil eines Kondensators. Die Anode besteht im Wesentlichen aus gepresstem und gesintertem Tantalpulver, welches eine sehr hohe spezifische Oberfläche bereitstellen muss. Mit den konventionellen Methoden zur Herstellung von Tantalpulvern, darunter die Natriumreduktion von K2TaF7, wird es zunehmend schwieriger, hochoberflächige Tantalpulver ökonomisch und in ausreichender Qualität herzustellen. Mit der von H.C. Starck entwickelten Magnesiumreduktion von Tantaloxiden eröffnet sich ein neuer Zugang zu diesen speziellen Tantalpulvern.


Mit der von H.C. Starck entwickelten Magnesiumreduktion von Tantaloxiden eröffnet sich ein neuer Zugang zu diesen speziellen Tantalpulvern.

 

Diese macht Oberflächen jenseits von 5 m²/g zugänglich und ermöglicht die Entwicklung der nächsten Generation von Tantalkondensatoren.

  

Entwicklung der Kondensatorpulver: Zusammenhang von Mikrostruktur und Kapazität