[發(fā)明專利]鉭金屬表面鈍化方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110097815.2
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102181818A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘倫桃
• 申請（專利權(quán)）人: 潘倫桃
• 主分類號: C23C8/12
• 分類號: C23C8/12;H01G9/042;H01G9/052;B22F1/00
• 代理公司: 合天律師事務(wù)所 64103
• 代理人: 蘇建東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉭金屬生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于生產(chǎn)電解電容器用鉭粉或多孔鉭金屬表面的鈍化方法及裝置。

背景技術(shù)

鉭金屬的最大用途是制造鉭電解電容器。鉭電解電容器的制造過程通常是用鉭粉壓制形成坯塊，將坯塊在真空爐里燒結(jié)成粒子間相互連接的多孔體，接著將上述多孔燒結(jié)體在合適的電解質(zhì)里進(jìn)行陽極氧化，使多孔體粒子表面形成均勻的互相連通的介電氧化膜，即形成陽極，再在氧化膜表面被覆陰極材料形成陰極，然后包封并形成電容器陽極和陰極。評價(jià)鉭電解電容器的參數(shù)主要有電容量、DC（直流漏電流）和等效串聯(lián)電阻（ESR）。電容器的發(fā)展趨勢是要求有高電容量，低的漏電流和低的等效串聯(lián)電阻（陽極的低的tgδ）。作為鉭電解電容器的主要原料的電容器級鉭粉的雜質(zhì)含量，特別是氧含量對漏電流的影響很大，低漏電流要求鉭粉低氧含量。

由于鉭金屬是一種與氧親和力很大的金屬，鉭與氧化合形成五氧化二鉭。何等人在對鈉還原鉭粉微觀結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)在鉭金屬表面將形成一層約3～8nm厚的氧化膜（參見Observations?on?the?morphology?of?Sodium-reduced?Tantalum?Powders?and?modification?to?their?physical?properties.?41st?TIC?Symposium,?San?Francisco.?oct.?22nd～25th?2000：255～271.）。若鉭粉的表面有一層致密氧化膜，可以防止鉭的繼續(xù)氧化。由于金屬鉭和氧化鉭的熱膨脹系數(shù)不同，這種被致密氧化膜覆蓋的鉭粒子一當(dāng)被加熱到約100℃以上的溫度，致密氧化鉭膜開裂而被破壞；當(dāng)鉭粉被加熱到700℃以上，氧化膜的部分氧溶入鉭基體，部分氧逸散、富集。所以，在真空爐里加熱后的鉭粉在被冷卻后與含氧介質(zhì)接觸時(shí)又要從表面開始氧化，吸收新的氧，如果不進(jìn)行鈍化，即使鉭粉的溫度被冷卻到0℃以下后從真空爐里取出來，發(fā)現(xiàn)開始慢慢變熱，接著迅速升溫，變得越來越熱，突然從一處燃燒起來，很快蔓延著火，達(dá)到炙熱，這時(shí)即使將鉭粉浸入水中也難以撲滅，高溫下鉭粉繼續(xù)與水激烈反應(yīng)，生成氧化鉭和氫氧化鉭。因此人們開發(fā)了鉭粉可控氧化的鈍化技術(shù)。所述的鉭粉鈍化是當(dāng)鉭粉的氧化膜被破壞后又與含氧介質(zhì)接觸時(shí)，人為地控制氧的供給速度，從而在受控情況下控制鉭粉的氧化速度和溫度，使鉭粉表面形成鈍化氧化膜，避免激烈氧化。所以比表面積較高的鉭粉(比表面積大于0.1?m2/g)在熱處理后要進(jìn)行鈍化處理。鉭金屬表面鈍化過程實(shí)際上是受控的氧化反應(yīng)。

本說明書所述的鉭金屬表面鈍化包括鉭粉表面鈍化和由鉭粉壓制、燒結(jié)形成的多孔體的表面鈍化。

作為電解電容器用的鉭粉，通常都要在真空下約900℃～1500℃進(jìn)行熱處理，一方面對鉭粉進(jìn)行提純，另一方面是使微細(xì)鉭粒子凝聚成多孔的顆粒，改善鉭粉的物理特性，如鉭粉的流動性，從而改進(jìn)用其制造的電解電容器的性能，如電容器的容量、漏電流和等效串聯(lián)電阻（ESR）。

含氧高的鉭粉要進(jìn)行脫氧處理，鉭粉脫氧熱處理通常是在鉭粉中混入適量還原劑堿土金屬或稀土金屬或其氫化物，在真空或惰性氣氛里在700℃～1100℃進(jìn)行熱處理，使鉭粉得到凝聚并脫除部分氧。

隨著電子元器件的小型化的發(fā)展，要求使用具有更大比表面積的更加微細(xì)的鉭粉，對于高比表面積的鉭粉，由于在單位體積范圍里的鉭粉在鈍化時(shí)產(chǎn)生的熱量更多，鈍化時(shí)鉭粉溫度上升得更高，在鉭粉的熱處理后鈍化過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)溫度突然上升很多，這歸因于鉭粉開始激烈氧化，從而必須馬上停止充氣鈍化，停止一段時(shí)間，當(dāng)溫度降低后才能繼續(xù)緩慢充入空氣鈍化，鈍化完后出爐發(fā)現(xiàn)，鉭粉表面有白色氧化鉭斑塊，沒有白色氧化鉭的鉭粉的氧含量也很高。鈍化時(shí)控制不好，還會出現(xiàn)鉭粉著火，造成巨大損失。所以，鉭粉的鈍化成為開發(fā)高比表面積鉭粉的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。

高比表面積的鉭粉形成的多孔坯塊，如制造電解電容器陽極的鉭坯塊在燒結(jié)后雖然表面積有所降低，但是由于燒結(jié)體的密度比鉭粉的松裝密度要大許多，在鈍化時(shí)單位體積放出的熱量就很大，產(chǎn)生高溫，使多孔鉭燒結(jié)體含有過高的氧，鉭絲發(fā)脆，甚至引起多孔鉭燒結(jié)體的激烈氧化，用這樣的多孔鉭燒結(jié)體制造的鉭陽極，漏電流高。所以高比表面積鉭粉形成的多孔燒結(jié)體在燒結(jié)后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行鈍化處理。