CN101409150A - 电容器级钽丝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容器级钽丝，特别公开了一种电容器级钽丝及其制备方法。该电容器级钽丝，其特殊之处在于：主要由钽粉和以下质量的原料制成：钽粉中加入10到1000ppm的硅和加入10到1000ppm的氧化钇。该电容器级钽丝的制备方法，包括首先要钽粉中加入10到1000ppm的硅粉末和加入10到1000ppm的氧化钇粉末混合；混合后钽粉冷等静压成棒坯，棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度；然后于1300度退火2小时；钽棒经过模具的反复拉拔和1300度的反复退火，即成本发明的钽丝。本发明使生产出的钽丝已改善了其于较高温度退火后的塑性，其折丝性也得到了提高。

Description

电容器级钽丝及其制备方法

(一)技术领域

本发明涉及一种电容器级钽丝，特别涉及一种电容器级钽丝及其制备方法。

(二)背景技术

钽是高熔点稀有金属，熔点达到3000多度，具有耐腐蚀的优良性能。电容器钽丝是钽电容器比较关键的材料，钽丝在钽电容器中用作阳极引线，钽粉烧结块用于制作钽电容器的阳极。制作钽电容器的钽丝和钽粉在全世界每年钽的总消费量中占50-70％，全世界年用电容器钽丝在300吨左右。电容器级钽丝要求质量严格、技术含量高，除保证钽丝垂直度以满足自动生产线需求外，钽丝的漏电流、折弯性能是衡量电容器级钽丝重要指标。随着钽电容在航空航天、通讯、计算机、国防军工等领域需求的扩大，电容器级钽丝的需求也逐步增长；中国经济的快速发展，电子制造业对电容器级钽丝有了更大的需求，生产出优质电容器级钽丝，具有重大的社会效益和经济效益。

电容器级钽丝作为钽电容的引线在高温加工过程中，氧的污染很容易造成钽丝变脆，钽丝穿出氧极的位置对钽丝来说脆性是非常重要的，脆性是由于氧原子从烧结体向钽丝中迁移造成的。变脆的钽丝导致钽电容的损坏，并有可能对整个设备造成破坏。钽丝在电容器加工过成中不会由于脆性而丧失强度和塑性，将能获得非常大的经济效益。钽丝的氧脆性是由多种原因造成的，在烧结过程中，钽除了作为存在的其它杂质气体如一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽的吸气剂外，钽也是氧的吸气剂。通过在钽上涂碳或含碳的材料以减少氧化钽的产生的措施也已尝试过。氧与金属表面的碳发生反应而没有扩散进入钽内，因而减少了脆性。碳的加入可以使钽丝塑性得到提高，但是掺杂剂也可以反方向的影响金属的加工能力和电性能。由于氧化钽薄膜上非均匀浮着的碳原子可以导致漏电流的增加。

在钽粉中加入硅和碳可以提高钽丝的塑性。硅在加工过成中会部分的挥发，硅起到了一种类似碳的吸气的作用。过量的硅的加入也可以影响到钽丝的电性能。

在钽粉中加入磷，使钽粉性能发生变化，降低钽的表面扩散而减少了钽的烧结率。

在钽粉中加入400ppm的硅和100ppm的二氧化钍。钽丝可以得到较细的晶粒。硅能够起到氧的吸气剂的作用，金属氧化物起到抑制晶界运动的作用。这是本报告提到的细晶粒度和塑性产生的基础。然而，这样的钽粉添加配方存在严重的缺点，也就是产品质量问题。其原因是暴露于高温后的硅的挥发和晶粒的长大。在钽电容加工过程中，一个暴露于高温之后还具有非常高的塑性和良好的加工性能钽丝，其配方的组成是非常重要的。

(三)发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种电容器级钽丝及其制备方法，它在掺杂剂含量低的情况下，能够保持高的塑性和加工性能，并且这种钽丝能够减少直流漏电流。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种电容器级钽丝，其特殊之处在于：主要由钽粉和以下质量的原料制成：钽粉中加入10到1000ppm的硅和加入10到1000ppm的氧化钇。

本发明的电容器级钽丝，钽粉中加入100ppm的氧化钇和400ppm的硅。

本发明的电容器级钽丝的制备方法，其特殊之处在于：包括如下步骤：

(1)首先要钽粉中加入10到1000ppm的硅粉末和加入10到1000ppm的氧化钇粉末混合，在双锥混料器中混合完成混料过程；

(2)混合后钽粉在60000磅/平方英寸的压力下冷等静压成棒坯，每根棒3公斤，棒的截面积40mm乘40mm，棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度，在这个温度范围保温3.5小时；

(3)将烧结后的棒坯轧成20mm乘20mm的条，然后于1300度退火2小时；

(4)钽条再轧到9mm乘9mm并于1300度重新退火两小时；钽棒经过模具的反复拉拔和1300度的反复退火，即成本发明的钽丝。

本发明的钽丝，在钽粉中加入10到1000ppm的硅和加入10到1000ppm的氧化钇，掺杂剂的生成自由能远远大于由金属机体和非金属组员组成的混合物的自由能，并且小于所提到的金属组员的氧化物的自由能。生产出来的钽丝呈现了完全的再结晶和均匀的细晶粒结构；钽丝的折丝性得到提高，达到4.2次弯折；钽丝都曾经暴露于1500度温度以上。

在钽粉中加入10到1000ppm的硅和加入10到1000ppm的氧化钇，生产出来的钽丝具有用其它方法生产的钽丝无法相比的优越性能，主要是最佳的掺杂剂的配比生产出的钽丝，在正常的1300度的生产温度下，金属氧化物通过钉扎晶界起到了阻止晶粒长大的作用。这种制品中使用了氧化钇和硅。在高温生产中氧化钇和硅以及钽粉生成了一种新的钽基合金。它的特性有：塑性得到提高，加工性能良好，微观结构稳定性得到改善，这种稳定性能够阻止在高于1500度的热处理后所产生的晶粒长大。

本发明解决了电容器钽丝在加工钽电容器中出现的问题，使钽丝质量完全满足了生产电容器的要求。本发明是在钽粉中加入10到1000ppm的硅和加入10到1000ppm氧化钇相混合，生产出的钽丝于1300度热处理之后，塑性大约百分之25，并且晶粒均匀、细小，晶粒度大约2到25微米。碳、氧杂质含量低，分别保持在大约40和250ppm。钽丝有这样优良的物理和化学特性主要是由于硅和氧化钇两种掺杂剂产生的复合效果。

本发明使生产出的钽丝已改善了其于较高温度退火后的塑性，其折丝性也得到了提高。还有一个优点是先前需要加入过量的掺杂剂以补充挥发掉的硅现在也变得不必要了。钽丝表面的过量掺杂剂的聚集以及不连续的绝缘氧化钽的连接问题也得到了解决。

(四)具体实施方式

例1：

钽粉中加入硅粉和氧化钇粉末(粒径小于200目)以获得其中硅和氧化钇的微量成分。按重量与钽粉相平衡，硅是400ppm，氧化钇是100ppm。在双锥混料器中混合20分钟就可以完成混料过程，混合物的总重量10公斤。这种原料钽粉的物理和化学性能见表1。混合后钽粉在60000磅/平方英寸的压力下冷等静压成棒坯，每根棒3公斤左右，棒的截面积40mm乘40mm.棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度，在这个温度范围保温3.5小时。将烧结后的棒坯轧成20mm乘20mm的条，然后于1300度退火2小时。钽条再轧到9mm乘9mm并于1300度重新退火两小时。钽棒经过一系列模具的反复拉拔和1300度的反复退火。本发明的例子中所产生的钽丝最细直径0.2mm。

表1

实施例2：

制造钽丝的过程中掺入氧化钍是通过烧结过程中分解硝酸钍得到的。将硝酸钍溶液与钽粉混合，使钍的重量占100ppm。混合后钽粉在60000磅/平方英寸的压力下冷等静压成棒坯，每根棒3公斤左右，棒的截面积40mm乘40mm.棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度，在这个温度范围保温3.5小时。烧结棒再按照例1的工序制成钽丝。

例3：

将硅粉掺入钽粉，将获得占重量400ppm的混合物。在双锥混料器中混合20分钟就可以完成混料过程，混合物的总重量10公斤。这种原料钽粉的物理和化学性能见表1。混合后钽粉在60000磅/平方英寸的压力下冷等静压成棒坯，每根棒3公斤左右，棒的截面积40mm乘40mm.棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度，在这个温度范围保温3.5小时。将烧结后的棒被扎成20mm乘20mm的条，然后于1300度退火2小时。钽条再轧到9mm乘9mm并于1300度重新退火两小时。钽棒经过一系列模具的反复拉拔和1300度的反复退火。

例4：

钽粉中加入硅粉和氧化钍粉末(粒径小于200目)以获得其中硅和氧化钍的微量成分。按重量与钽粉相平衡，硅是400ppm，氧化钍是100ppm。在双锥混料器中混合20分钟就可以完成混料过程，混合物的总重量10公斤。这种原料钽粉的物理和化学性能见表1。混合后钽粉在60000磅/平方英寸的压力下冷等静压成棒坯，每根棒3公斤左右，棒的截面积40mm乘40mm.棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度，在这个温度范围保温3.5小时。将烧结后的棒坯轧成20mm乘20mm的条，然后于1300度退火2小时。钽条再轧到9mm乘9mm并于1300度重新退火两小时。钽棒经过一系列模具的反复拉拔和1300度的反复退火按照例1、2、3，4生产出的钽丝，例1生产出的钽丝塑性很好。钽丝结晶均匀并且晶粒细小。

弯折实验工程：

烧结丝的弯折特性是由预先已埋入了一英寸钽丝的阳极的稳固性所决定的。将一个54克静负载加在钽丝的末端。阳极按照180度弧做回转运动使得钽丝在阳极接头处反复弯折。一次弯折是指阳极通过一个90弧后，返回到起始位置所做的完整回转运动。这样，即可计算出弯折次数。取10个阳极做弯折实验，其弯折特性就是弯折次数的平均值。

表2

由表2可以看出例1的折弯次数最好。

例5：

由例1、例2、例3、例4制成的合并物压制成8mm乘8mm的退火料，轧制成0.3mm厚的薄板。这些薄板在不同温度下退火。样品经抛光，腐蚀后测出样品的晶粒尺寸见表3.

表3

0.3mm厚钽丝的晶粒尺寸

例1晶粒细小，晶粒均匀。

例6：

该电容器级钽丝，主要由钽粉和以下质量的原料制成：钽粉中加入20ppm的硅和加入900ppm的氧化钇。其它与例1相同。

例7：

该电容器级钽丝，主要由钽粉和以下质量的原料制成：钽粉中加入800ppm的硅和加入30ppm的氧化钇。其它与例1相同。

以上的各例有以下的说明：

1.钽粉加入100ppm的氧化钇和400ppm的硅制成钽丝，置于1300度以上温度环境下，可得到均匀的细晶粒。

2.钽粉加入100ppm的氧化钇和400ppm的硅制成钽丝，置于1500度以上温度环境下，其弯折次数是4.

3.塑性：为金属在拉伸试验时，断裂前其长度增加的百分数。

4.折丝性：钽丝一次或多次真空烧结后阳极可以成功的经受一系列的弯曲性能。

5.掺杂剂：在工艺中是指少数定量的材料，它按一定的标准加入基体材料中。

6.加工性能：抗拉强度与屈服强度的比率。

7.晶粒度：钽晶粒的数量同放大100倍的标准晶粒图的对比。

Claims (3)

1.一种电容器级钽丝，其特征在于：主要由钽粉和以下质量的原料制成：钽粉中加入10到1000ppm的硅和加入10到1000ppm的氧化钇。

2.根据权利要求1所述的电容器级钽丝，其特征在于：钽粉中加入100ppm的氧化钇和400ppm的硅。

3.根据权利要求1所述的电容器级钽丝的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)首先要钽粉中加入10到1000ppm的硅粉末和加入10到1000ppm的氧化钇粉末混合，在双锥混料器中混合完成混料过程；

(2)混合后钽粉在60000磅/平方英寸的压力下冷等静压成棒坯，每根棒3公斤，棒的截面积40mm乘40mm，棒坯以自身作为烧结电阻在真空炉烧结到2200到2400度，在这个温度范围保温3.5小时；

(3)将烧结后的棒坯轧成20mm乘20mm的条，然后于1300度退火2小时；

(4)钽条再轧到9mm乘9mm并于1300度重新退火两小时；钽棒经过模具的反复拉拔和1300度的反复退火，即成本发明的钽丝。