CN102847934B - 热源热处理电容器钽粉的方法 - Google Patents

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Abstract

一种热源热处理电容器钽粉的方法，所述方法包括：将待处理的钽粉置入真空改性炉中，采用电弧Arc或（和）射频等离子Plasma作为热源对钽粉进行热处理，然后经过快速降温后得到改性钽粉。本发明能采用两种热源中的一种或两种进行热处理改性，钽粉的杂质含量低、粒形得到较大改善，并且钽粉的比容损失小，流动性佳，用其可以制备漏电流小、耐压值高的电容器。

Description

热源热处理电容器钽粉的方法
技术领域
本发明属于电容器用钽粉的热处理工艺，具体的涉及一种采用两种热源对钽粉进行热处理得到适于制造各种固体电解电容器的改性钽粉的方法
背景技术
钽粉的主要用途是用于制造钽电容器。电容器在几乎任何电路中都是不可缺少的重要元件，因此钽粉质量的好坏将直接影响到电解电容器的性能。衡量钽粉质量好坏的指标主要是纯度、粒度和粒形。通常认为钽粉中的杂质含量越低，纯度越高，其漏电流就越小，制作的电容器可靠性越高，使用寿命越长。而钽粉越细，粒形越复杂，孔隙度越大，表面积也就越大，这样的钽粉所制得的电容器比电容高，适宜于制作微型电容器。
目前电容器朝着两个方向发展：一是微型化，提高钽粉的比电容，缩小电容器的体积；二是高压高可靠性，因为国防尖端工程中要求所使用的电容器需具有很高的可靠性和很长的使用寿命。而这两个方向又是相互联系相互矛盾的：要微型化，就要有高的比电容，这就要求钽粉粒度要细，粒形要复杂，而这样的钽粉在阳极氧化时易形成不均匀的氧化膜，产生局部电场集中而使漏电流增大，同时为了保证其电容量以及可靠性，其介电层氧化膜就不能生长得太厚，其赋能电压就不能太高，因为氧化膜的生长与赋能电压成正比，而赋能电压通常又是工作电压的3-6倍，因此高比容微型化的钽电容器的耐压值就低，可靠性就受到了限制。另一方面，要制造高压高可靠性的钽电容器，粒形就不能太复杂，这样在阳极氧化时氧化膜能均匀生长，能消除电场集中，因而能降低漏电流和提高耐压值。但因其粒形简单，其制成的阳极块孔隙度就小，钽电容器的比容就低。
而目前生产高性能电容器钽粉主要有两种方法，一是采用化学还原，即氟钽酸钾钠还原，还原后的钽粉经水洗、酸洗后再热处理团化；另一种方法是电弧熔炼或电子束熔炼的钽锭，经氢化、球磨破碎后，脱氢再热处理团化而成。
对于氟钽酸钾钠还原钽粉，由于原生粒子细小，粒形复杂，因此所生产的钽粉比表面积大，在压制成阳极块时其孔隙度也大，是钽电容器微型化的主要贡献者。但其存在着两个缺点：一是正如前面提到的，由于其原生粒子细小，粒形复杂，在阳极赋能时，易生成不均匀的氧化膜，膜的厚度也受到限制，赋能电压不能太高，因此其制得的电容器耐压值低，漏电流大，其寿命和可靠性受到限制；二是这样的细粉在烧结后有许多截面积细小的烧结颈，而这样的烧结颈正是产生漏电流和易被击穿的元凶。另外，对于电子束熔炼所得氢化粉，因为经过电子束熔炼提纯，能除去产品中的卤盐及其它杂质，其纯度高，漏电流小，但是原生粒子比较大，粒形简单，其比表面积比较小，用于制造高压高可靠性钽电容器，但是因为粒形粗糙，易引起尖端放电而影响电容器的可靠性。
发明内容
本发明提供了一种能够得到较佳性能钽粉的热源热处理电容器钽粉的方法，其通过采用两种热源中的一种进行热处理改性，钽粉的杂质含量低、粒形得到较大改善，并且钽粉的比容损失小，流动性佳，用其可以制备漏电流小、耐压值高的电容器。
本发明所采用的技术方案如下：
一种热源热处理电容器钽粉的方法，其特征在于所述方法包括：将待处理的钽粉置入真空改性炉中，采用电弧Arc或（和）射频等离子Plasma作为热源对钽粉进行热处理，然后经过快速降温后得到改性钽粉。
一实施方式中，所述方法包括：进行热处理前，所述真空改性炉的真空度为1.13×10-1Pa~1.13×10-5Pa，热处理时真空度为-0.02～-0.08MPa。
一实施方式中，所述方法包括：
采用射频等离子Plasma作为热源时，产生等离子体的气源为氩气、氢气、氦气、氖气中的一种或两种以上的气体按比例的混和气，其混和比例以氩气为基准源，比例范围是20：1~1000：1；所述气源的流量为12~15L/min 0.15MPa，所述气源纯度≥99.99%。
一实施方式中，所述方法进一步包括：
钽粉以连续进料的方式进行热处理，钽粉连续进料的流量为5g/min~30g/min，钽粉经过热处理的时间为0.001秒~1秒；
一实施方式中，所述热处理时，钽粉的表面温度大于2000℃。
一实施方式中，所述方法进一步包括：
将钽粉进行热处理后进行冷却，使钽粉在0.01秒~5秒时间内，表面温度由大于2000℃降至800℃以下。
一实施方式中，所述待处理的钽粉为钠还原法得到的钽粉，或者是高纯钽锭氢化后所制得的钽粉。
一实施方式中，所述方法进一步包括：
将所述待处理的钽粉通入氮气进行渗处理，渗氮后的钽粉的氮气含量在100~1000PPM。
具体的讲，所述方法具体包括：
在真空改性炉中，保持真空度为1.13×10-1Pa~1.13×10-5Pa的条件下，采用电弧Arc或（和）射频等离子Plasma作为热源，将待处理的钽粉以5g/min~30g/min的流量进行热处理0.001秒~1秒，热处理时钽粉的表面温度大于2000℃；
热处理后的钽粉流入装有冷却装置的收粉室，在0.01秒~5秒时间内，钽粉的表面温度由大于2000℃降至800℃以下。
该热源热处理电容器钽粉的方法采用两种热源即电弧（Arc）和射频等离子（Plasma），选用其中的一种或两种热源热处理钽粉，最佳的方式是采用连续进料热处理的方式。经过改性后的钽粉，其杂质含量更低，粉末粒形得到很大改善，部分粉体表面呈现单颗球形，多颗共聚球形或类球形，表面光滑圆润，很多细小的烧结颈被熔焊在一起，而粉末比容损失小，流动性良好，其制得的电容器漏电流小，耐压值高。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
附图说明
图1是本发明实施例1中得到的改性钽粉的SEM图像；
图2是本发明实施例2中得到的改性钽粉的另一SEM图像；
图3是本发明实施例2中得到的改性钽粉的SEM图像；
图4是本发明实施例2中得到的改性钽粉的另一SEM图像；
具体实施方式
该热源热处理电容器钽粉的方法可用于电容器用钽粉的改性处理，下面以两种钽粉为原料进行具体改性方法的实施。采用的钽粉为钠还原钽粉或氢化钽粉。钠还原钽粉选用原始颗粒在0.3μm-10μm，费氏粒度（Fsss）在2.0μm-12.0μm，比表面积在0.04m2/g-2.0m2/g，松装密度在1.7g/cm3-8.0g/cm3的钽粉；氢化钽粉选用电弧熔炼或电子束熔炼的钽锭，经氢化、球磨破碎后，再脱氢热处理团化而成的电容器级钽粉，其原始颗粒在5μm-10μm，费氏粒度（Fsss）在4.0μm-12.0μm，比表面积在0.04m2/g-1.2m2/g，松装密度在3.5g/cm3-9.0g/cm3。在具体应用中，可将上述待处理的钽粉通入氮气进行渗氮处理，渗氮后的钽粉的氮气含量在100~1000PPM。具体可选用钠还原钽粉，放入真空改性炉的送粉室，抽真空至1.13×10-1Pa-1.13×10-5Pa，再充入纯度大于99.99%的氩气、氢气、氦气、氖气中的一种或几种气体按比例的混和气，打开热源电弧Arc或（和）射频等离子（Plasma）装置，以每分钟不低于5g，最大不超过30g/分钟的流量送粉，送粉方式为连续进料方式。控制热源的比电能，使得被加热钽粉的表面温度大于2000℃，流动的钽粉粉末被加热的时间约为0.001秒~1秒之间。流动的钽粉粉末经过热处理后，流入收粉室，收粉室装有冷却装置，经此工艺处理后的钽粉，表面更致密光滑，呈球形或类球型，纯度进一步提高，粉末流动性良好。
实施例1采用钠还原钽粉为原粉，其物理性能见表1，放入真空改性炉的送粉室，抽真空至1.62×10-4Pa，再按1：20的比例充入纯度大于99.99%的氢气和氩气的混和气，打开电弧（Arc）热源，选取以15g/min的流量连续进料送粉。控制电流，使得电弧（Arc）热源加热的钽粉其表面温度不低于2000℃，流动的钽粉粉末被加热的时间约为0.001秒~1秒之间。流动粉末经过热处理后，流入装有冷却装置的收粉室，使得流入的钽粉粉末在0.01秒~5秒的较短时间内表面温度由大于2000℃骤降至800℃以下，从而得到改性钽粉。该改性钽粉的物理性能与未改性前钽粉的对比见表1，该改性钽粉的SEM扫描电子显微镜的图像如图1。
表1实施例1中原钽粉和改性钽粉的物理性能对比
Figure BDA00002206342200041
实施例2选取经电子束轰击的氢化钽粉为原料，放入真空改性炉的送粉室，抽真空至1.33×10-3Pa，再按1：50的比例充入纯度大于99.99%的氢气和氩气的混和气，打开射频等离子（Plasma）热源，以10g/min的流量连续进料送粉。控制电流，使得射频等离子（Plasma）热源加热的钽粉其表面温度不低于2000℃，流动的钽粉粉末被加热的时间约为0.001秒~1秒之间。流动粉末经过热处理后，流入装有冷却装置的收粉室，使得流入的钽粉粉末在0.01秒~5秒的较短时间内表面温度由大于2000℃骤降至800℃以下，得到改性钽粉。该实施例采用的原钽粉和改性钽粉的物理性能见表2，该改性钽粉的SEM扫描电子显微镜的图像如图2和图3所示。
表2实施例2中原钽粉和改性钽粉的物理性能对比
Figure BDA00002206342200051
由上述实施例和图1至图4所知，采用本发明对钽粉经热处理改性后，钽粉表面更致密光滑，部分粉体呈现单颗球形，其单颗粒的径长比为：1：1-1：5，其所占比例约为70%；及多颗共聚球形或类球形，其多颗径长比为：1：1-1：10，所占比例为>20%。
如图1至图4所示，上述钽粉的粒度分布一般为：-80mesh<20%；-160mesh:30-40%；-250mesh<30%；-320mesh<20%。改性后的粉末用扫描电子显微镜（SEM）检测，其表面光洁，密实，径长比为1:1-1：10。
对上述改性钽粉的BET比表面积依据ASTM4567-2003或GB/T13390-2008进行测定，在0.04m2/g-2.0m2之间。
按照ASTM-B-213-90或GB/T1482-1984测试标准，对上述改性钽粉进行流动性测试，其流动性在5s/50g-20s/50g。
按照ASTMB329-2006或GB5060-1985测定标准对上述改性钽粉的斯科特密度（Scott）进行测定，测定值在1.7g/cm3-8g/cm3之间。
按照ASTMB330-2007或GB/T3249-2009测定标准进行粒径测定，上述改性钽粉的Fsss粒径为0.3μm-12μm。
将上述改性钽粉采用常规方法来制造电容器，其制得的电容器耐压值为25V-150V，击穿电压为150V-350V，该电容器比电容CV/g可达2500-100000。

Claims (3)

1.一种热源热处理电容器钽粉的方法，其特征在于，所述方法包括：将待处理的钽粉置入真空改性炉中，其中所述待处理的钽粉先通入氮气进行渗氮处理，渗氮后的钽粉的氮气含量在100～1000PPM，然后采用电弧Arc或射频等离子Plasma作为热源对钽粉进行热处理，产生等离子体的气源为氩气、氢气、氦气、氖气中的一种或两种以上的气体按比例的混和气，其混和比例以氩气为基准源，比例范围是20：1～1000：1，其中在进行热处理前，所述真空改性炉的真空度为1.13×10-1Pa～1.13×10-5Pa，热处理时真空度为-0.02～-0.08MPa，所述钽粉以连续进料的方式进行热处理，钽粉连续进料的流量为5g/min～30g/min，钽粉经过热处理的时间为0.001秒～1秒，所述钽粉进行热处理后流入装有冷却装置的收粉室进行冷却，使钽粉在0.01秒～5秒时间内，表面温度由大于2000℃降至800℃以下，最终得到改性钽粉。
2.根据权利要求1所述的热源热处理电容器钽粉的方法，其特征在于，进行所述热处理时，钽粉的表面温度大于2000℃。
3.根据权利要求1所述的热源热处理电容器钽粉的方法，其特征在于所述待处理的钽粉为钠还原法得到的钽粉，或者是高纯钽锭氢化后制得的钽粉。
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