专利名称:球形化钽粉及其制取工艺的制作方法
本发明涉及一种高压钽粉及其制取工艺。
高压钽粉(包括高可靠钽粉)是钽粉工作电压63伏或更高工作电压固体钽电容器和160伏液体钽电容器的关键原料。目前，国内外制取该种高压钽粉都采取精炼提纯的方法，即用电子轰击-氢化制粉的工艺，以提高钽粉的纯度来提高钽粉的质量。为了进一步提高电子轰击高压粉的比容和击穿电压。人们又试图从钽粉的物性来研究粒度及粒形对高压钽粉质量的影响。研究表明高压钽粉粒形不宜复杂。因为粒形复杂将导致不规则的阳极表面，使氧化膜难以均匀生长，尖端处存在高应力点电场集中，致使漏电流和损耗增大，击穿电压降低。因此人们试图研制一种粒形简单又能较好兼顾耐高压和高比容的钽粉。故近几年来，国外对电子轰击后的钽锭氢化制粉控制粒形作了一些研究(专利U、SP4017302，昭53-147664)采用(1)控制含氧量低于550PPM，用球磨、棒磨、对辊机挤压制取空高比为2-60，且至少70%(重量)的粉末是由3-44微米的扁平磷片状颗粒所组成的钽粉。(2)反复多次进行凝聚-磨筛-分级处理，其效果与高容粉的凝聚是一致的。他们希望制取粒形介于球形粉与钠述原粉之间且烧结收缩率小的钽粉。事实表明这种对电子轰击粉控制粒度粒形及进行凝聚处理的方法对提高比容和击穿电压有效，但效果有限。
本发明试图从钽粉的粒形着手，直接用钠还原电容器级、冶金级粉作原料不经电子轰击而用等离子工艺制取球形化粉。既达到净化杂质又得到理想的粒形从而提高了钽粉的击穿电压及其他电性能的目的。
等离子枪喷射出来的等离子流，其中心温度约20000℃，出口温度约6000℃，而钽粉的熔点是2997℃，钽粉在经过等离子流时，虽然时间很短(1×10～1×10秒)。但在如此高的温度下，全部熔化或颗粒表面熔化。熔化的钽液滴在冷却的过程中由于表面张力的作用，在喷罐的空间形成球形或者表面球化，同时钽粉表面的低熔点金属杂质得到挥发而起到提纯的作用。
本发明采用的工艺如下1.设备LP60-Z某离子喷涂设备一套(喷枪为781型)。真空喷罐，ZH-4型真空泵，高真空钽丝退火炉。5立升混料器等。
2.原材料钠还原电容器级钽粉，冶金级钽粉。
氩气纯度99.99%。
3.工艺流程原料钽粉-喷粉-酸水洗-热处理-调配4.工艺条件(1)喷粉A.真空度不低于20～30微米汞柱;
B.喷粉功率5～30KW之间根据钽粉的粒度及要求球化的程度来选择;
C.送粉量10～30克/分，粉量过小雾化严重，造成出炉着火，粉量过大球化不完全，提纯效果不好。
D.离子气氩气，其流速为1.5-3.0立方米每小时，最佳为2.0-2.6立方米每小时。
E.送粉气氩气，流速为0.4-0.8立方米每小时，最佳为0.6立方米每小时，喷粉前后钽粉纯度变化见表1。
喷粉前的钽粉粒形见图一。
喷粉后的钽粉粒形见图二，上部为球形钽粉，下部为球形化钽粉。
喷粉后钽粉电性能见表2。
喷粉前的钽粉颗粒平均直径为17.5微米，喷粉后的钽粉平均颗为19±5微米。在5至30微米范围内的钽粉占90%以上。
(2)酸水洗目的除去氧气，碳等杂质。
先用浓度为0.5～2%，最好1.0%氢氟酸浸泡1～3小时，倒出酸液，用离子交换水洗数遍，直至用硝酸银检验无氟离子为止。
水洗后的钽粉，放入烘箱烘干，箱内温度为40～60℃，最好50℃±2℃，时间4～6小时。
(3)热处理目的去除杂质，消除应力，改善电性能和成型性能。
工艺a)温度在1000～1250℃之间;
b)真空度小于5×10-5毫米汞柱;
c)保温时间1～2小时，保温时真空度为0.8～2.5×10-5毫米汞柱;
d)停电降温，停机械泵充氩，冷却出炉。
(4)调配根据电性能检查结果和产品要求进行，先调小样，后调大样。
对调配后的试样分析其杂质成分，并测量其产品湿式性能。
对十批试样的检测结果表明，其杂质含量的范围如下(以PPM为单位)碳50～70;氧100～160;氮30;硅10～17;铁10～38;镍10;铬10～26;铌30;钛10;钼10;铝10;锰10，这一结果接近电子轰击炉钽粉的纯度。
对十批试样测量其产品湿式性能，其电性能在如下范围内平均漏电流0.8～1.4微安/克，比容为553.5到823.5微法伏/克和1250到2100微法伏/克两档，损耗tgδ为0.6～2.2%，K值为5.9×10-4到1.5×10-3微安/微法伏，击穿电压在317到532伏。
下面结合实施例进一步说明本发明用粒度为-60～+80目的钠还原钽粉3346克，喷粉工艺参数为电功率17.8～19.6千瓦，真空度20微米汞柱，离子气即氩气的流速为2.7立方米/小时，送粉气的流速为20～30克/分，弧电压为35～37伏，弧电流为510～530安培。等离子喷粉后的钽粉经1.0%氢氟酸水溶液浸泡2小时，然后把酸液倒出，再用离子交换水洗至无氟离子为止，水洗后的球化钽粉放入电热烘箱内，温度为50℃±2℃，经4～6小时烘干后放入热处理炉内进行热处理，出炉后经筛分，分级，取样分析化学杂质和电性能。
杂质分析结果为(单位PPM)碳50，氧140，氮30，硅20，铬14，锰10，铌30，铁33，镍10，钛10，铝10，钼10。
性能检验结果为漏流1.21微安/克，K值633×10-4微安/微法伏，比容为1770微法伏/克，损耗tgδ为1.3%，压制密度为7.16克/立方厘米，烧结密度为7.85克/立方厘米，收缩率为8.6%，击穿电压为352伏。
由上述结果可以得出本发明的显著效果为1.球形化钽粉的纯度接近电子轰击炉钽粉的纯度。
2.球形化钽粉的击穿电压高，最高可达500伏以上，一般在300～450伏范围内，而目前国外高压钽粉的击穿电压不超过350伏。
3.K值虽稍大，但成品电性能和成品率优于其它高压钽粉。
4.损耗小5.本发明能生产比容为500～800微法伏/克的低比容钽粉。
用本发明的球化钽粉制成高压电容器后，检测其性能，结果如下规格为4.7微法的100伏固体钽电容器成品的性能为漏流0.43微安，损耗为1.9%，K值为9.9×10-4千微安/微法伏，成品率53.3%，高温老炼内阻为1欧/伏，所用测试频率为100赫芝。
又如在北京元件十厂做成63V，规格为6.8微法的固体钽电容器，其成品性能为漏流为0.55微安，损耗tgδ为2.03%，K值为2.54×10微安-4/微法伏，成品率为99%，所用测试频率为100赫芝。
因此可见本发明的球形化钽粉可以生产出63伏6.8微法及100伏4.7微法的固体钽电容器，其生产成品率高，电性能优良，损耗低，满足了高可靠高压电容器对钽粉原料的要求。
本发明生产的球形化钽粉与电子轰击炉-氩气制粉工艺相比具有明显的技术经济效益。除K值等离子法与电子轰击法相当之外，其它均比后者优越，具体说明如下1.设备简单。
2.生产工艺由12个工序减少到5个工序，缩短了生产周期。
3.能耗降低。
4.金属回收率由80%提高到90～95%。
5.成本由1500元/公斤降低到1100元/公斤。
6.损耗tgδ由约4%降低到约2%。
7.最高击穿电压由350伏提高到500伏以上。
8.电子轰击法不能生产比容为500～1000微法伏的钽粉，而本发明的方法可以。
权利要求
1.一种球形化钽粉，其特征在于a.钽粉的形状呈球状，或球形化的粉末。b.钽粉的平均粒度为19±5微米，在5至30微米范围内的钽粉占90%以上。c.钽粉的纯度接近电子轰击炉钽粉。
2.一种球形化钽粉的制取工艺，其特征在于a.用钠还原电容器级钽粉、冶金级钽粉为原料，最好采用钠还原钽粉。b.用等离子法制取。c.球化后的钽粉经酸洗。d.酸洗后的钽粉经热处理。e.根据电性检查结果和产品要求进行调配。
3.根据权利要求
2所述的球形化高压钽粉的制取工艺，其特征在于等离子喷粉的工艺条件为a.真空度不低于20～30微米汞柱。b.喷粉功率5～80千互之间，根据钽粉的粒度及要求球化的程度选用。c.送粉量10～30克/分。d.离子气氩气，其流速为1.5～3.0米3/小时，最佳为2.0～2.6米/小时。.送粉气氩气，其流速为0.4～0.8米3/小时，最佳为0.6米3/小时。
4.根据权利要求
2所述的球形化钽粉制取工艺，其特征在于其酸洗工艺流程为a.用0.5～2.0%最好为1.0%氢氟酸水溶液浸泡1～3小时，然后把酸液倒出，b.用离子交换水洗至无氟离子为止，将水倒出。c.水洗后的钽粉，放入烘箱烘干，箱内温度为40℃～60℃，最好50℃±2℃，时间4～6小时。
5.根据权利要求
2所述的球化钽粉制取工艺，其特征在于热处理工艺过程为抽真空至2×10毫米汞柱，加热2小时至190℃，3小时升温至1000℃，半小时升温至1250℃，保温1-2小时，保温时真空度为0.8-2.5×10毫米汞柱，停电降温，停机械泵充氩，冷却后出炉。
专利摘要
本发明提供一种球形或表面球形化的高压钽粉及制取工艺。该种钽粉具有击穿电压高的特点，可作为生产工作电压63伏或更高工作电压固体钽电容器的原料。本发明力图从钽粉的粒形和粒度着手改善钽粉的击穿电压及其他电性能。本发明采用等离子工艺，使钽粉在球化的过程中杂质同时挥发，从而使产品的电性能得到改善。击穿电压高达500伏以上，一般可达300～450伏。本工艺还可以生产比容较低为500～800微法伏/克的钽粉。
文档编号B22F9/14GK87101648SQ87101648
公开日1987年8月19日 申请日期1987年2月27日
发明者江民德 申请人:江西九江有色金属冶炼厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan