CN103920880A

CN103920880A - 钽及钽合金棒材的制备方法

Info

Publication number: CN103920880A
Application number: CN201410087029.8A
Authority: CN
Inventors: 张晓�; 万庆峰; 刘云峰; 解永旭; 马跃忠; 童泽堃; 王春翔; 崔新民; 韩鹏; 郭林波; 马建政
Original assignee: Ningxia Orient Tantalum Industry Co Ltd
Current assignee: Ningxia Orient Tantalum Industry Co Ltd
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-07-16

Abstract

本发明涉及一种钽及钽合金棒材的制备方法。其特点是，包括如下步骤：将配制好的钽或钽合金粉末，装入筒状的橡胶包套，揉制成型，密封，置于冷等静压压机中，经过加压、保压、卸压，完成冷等静压压制成型，脱模，获得钽棒压坯；采用真空间接加热方式烧结压坯，控制烧结温度2100～2800℃，保温3～20小时，即得到圆棒状烧结坯条。本发明的制备方法中采用圆筒状橡胶包套进行冷等静压压制，坯料密度均匀、强度高。采用加热炉进行烧结，压坯整体受热均匀，收缩变形一致，所获得的烧结坯条密度均匀一致，提高了产品内在质量，也不需要对产品进行切头处理，大大地提高了钽棒的实收率。

Description

钽及钽合金棒材的制备方法

技术领域

本发明涉及一种钽及钽合金棒材的制备方法。

背景技术

现有的生产电容器级阳极引线钽丝、熔炼钽锭等产品用钽棒的生产一般采用垂熔烧结的工艺进行烧结制取。钽及钽合金棒材的烧结作用主要有以下几点：①金属致密化，接近理论烧结密度；②降低有害杂质，如O、C、N、Fe、Ni、Cr、Mg等，从而改善加工性能，获取最终产品性能。

此类产品涉及范围较广，有纯钽棒、掺杂钽棒、钽铌合金棒等，然而使用垂熔烧结工艺存在以下固有缺点：（1）垂熔烧结时，夹头位置电流密度低导致烧结温度较低，从而造成产品两端密度偏低，在使用前必须切除，这部分物料损失直接降低了钽棒成材率；（2）垂熔烧结的钽条各部位性能的不均匀，在进行轧制时容易造成起皮、劈裂等质量缺陷；（3）垂熔烧结是采用对坯料直接通电加热，使之达到非常高的温度烧结致密的过程，能耗非常之高。

发明内容

本发明的目的是提供一种钽及钽合金棒材的制备方法，该方法得到的产品密度均匀，内在质量较高，并且无需对产品进行切头或者低温烧结等热处理加工从而使产品的收率大大提高，以及使能耗降低。

一种钽及钽合金棒材的制备方法，其特别之处在于，包括如下步骤：将配制好的钽或钽合金粉末，装入筒状的橡胶包套，揉制成型，密封，置于冷等静压压机中，经过加压、保压、卸压，完成冷等静压压制成型，脱模，获得钽棒压坯；采用真空间接加热方式烧结压坯，控制烧结温度2100～2800℃，保温3～20小时，即得到圆棒状烧结坯条。

其中用5～20小时逐步升温至烧结温度，并且真空是指不低于1.33Mpa，而烧结温度控制在2200～2400℃。

其中逐步升温具体采用阶段式升温，首先用1小时升至300～500℃保温10-30min，然后用0.5小时升至600～800℃保温10～30min，再用1小时升至1200～1400℃保温60～120min，最后用1小时升至2200～2400℃保温60～180min。

其中真空间接加热方式采用高真空间接加热炉或真空感应炉。

其中筒状的橡胶包套横截面为圆形。

其中首先将纯度大于99.9%的钽或钽合金粉装入内径为32mm的橡胶包套中，具体是将称好的钽或钽合金粉用漏斗慢慢地装入橡胶包套内，控制装粉量为6kg，然后在橡胶包套开口处塞入橡胶塞，等橡胶包套中空气排出后用铁丝将橡胶塞部位捆紧作为坯条，再将得到的坯条揉均匀后用两块夹板夹住，用橡皮筋将夹板与坯条固定在一起，然后置于冷等静压压机中压制成型。

其中冷等静压压制成型过程中控制最高的保压压力为250MPa，保压时间15min。

本发明的制备方法中采用圆筒状橡胶包套进行冷等静压压制，坯料密度均匀、强度高。采用加热炉进行烧结，压坯整体受热均匀，收缩变形一致，所获得的烧结坯条密度均匀一致，提高了产品内在质量，也不需要对产品进行切头处理，大大地提高了钽棒的实收率。采用高温真空加热炉进行烧结，生产效率高，生产成本得到了降低。

具体实施方式

间接加热烧结是靠热辐射和热对流使烧结炉的炉膛温度升高而烧结钽及钽合金棒料，热量是电能通过钨网发热体或者石墨发热体产生的，所烧结的坯料处在一个温度梯度很小的均匀温场中，从而使烧结棒料的一致性较好。发热体产生热量的方式一般为电阻式，对应的烧结炉有电阻炉。

本发明采用高温真空烧结炉对电容器钽丝用钽及钽合金棒材进行间接加热烧结，尤其适用于纯钽条、掺杂钽条及钽合金，可以实现钽及钽合金棒材的精炼，达到垂熔烧结的性能指标，而且整个坯料沿其高度及截面的加热都是均匀的。同时每炉次装炉量可达300kg左右，烧结后的钽条性能趋于一致，减少因炉次不同造成的差异。真空感应烧结技术的应用将会大大降低烧结电费。①提高成材率；②提高装炉量，提高烧结效率③降低电能单耗，实现清洁生产。

以下为本发明工艺的详细说明：

实施例1：

制备34根单重6kg的钽条。将6kg纯度大于99.9%的钽粉装入内径为32mm的橡胶包套中，在包套开口处塞入橡胶塞，等包套中空气排出，用铁丝将橡胶塞部位的乳胶包套捆紧。将装好包套的坯条揉均匀用两块夹板夹住，再用橡皮筋将夹板与坯条固定在一起。如上准备34根坯条，然后置于冷等静压压机中，控制最高保压压力为250MPa，保压时间15min。完成冷等静压压制成型，最后卸模，获得压坯34根。

将34根压坯放入真空加热炉中，根据下表中的烧结工艺，逐步进行升温、保温，达到最终烧结温度2400℃后，保温8小时。然后降温取出，获得棒状烧结钽棒。

然后分别轧制成Ф3mm的圆形钽条，以H₂S0₄：HN0₃：HF=5：3：3(体积比,三者的摩尔浓度依次为18.4mol/L、16mol/L、22.8mol/L)混合酸酸洗，再经水洗、烘干后放置在真空退火炉内退火，退火温度高于再结晶温度200℃，保温120分钟。

退火后的圆形钽丝经连续拉拔拉成Ф0.11mm钽丝，然后再一次经过清洗、自然晾干直接进行成品退火，退火温度高于再结晶温度500℃，收线速度15m/min，最后进行复绕，再做产品物性、化杂、电性能等检测。检测钽丝的各项性能如下：

烧结钽棒的性能：

Ф0.11mm钽丝化学成分（≤ppm）：

元素符号

O

C

N

H

Fe

Si

Ni

Cu

Mo

检测值

150

40

50

5

17

10

6

〈1

〈10

元素符号

Ti

Cr

Mg

Ca

Sn

Mn

检测值

〈1

6

〈1

〈5

〈1

Ф0.11mm钽丝物理性能：

项目	抗拉强度（kgf/mm2）	延伸率（%）
			检测值	72-100	〈5

Ф0.11mm钽丝电性能、直径偏差：

项目	漏电流（uA/mm2）	直径偏差（mm）
			检测值	0.00038	±0.002

Ф0.11mm钽丝弯曲值测试结果：

项目	弯曲值（h/200mm）
		检测值	≤5.8

由此可见采用真空加热炉烧结钽棒，压坯整体受热均匀，收缩均匀，收缩变形一致，所烧结的钽棒密度均匀一致，提高了产品的内在性能，也不需要对钽棒进行切头处理，钽棒的烧结实收率由93%左右提高至99.9%左右。所生产的钽丝均能达到电容器阳极引线的性能要求。

实施例2：

按照实施例1中的工艺，按重量比取钽粉60%的比例，铌粉40%的比例，经成型、真空间接加热烧结。

然后分别轧制成Ф3mm的圆形钽铌合金条，以H₂S0₄：HN0₃：HF=5：3：3(体积比,三者的摩尔浓度依次为18.4mol/L、16mol/L、22.8mol/L)酸洗，经水洗、烘干后放置在真空退火炉内退火，退火条件如1200℃，保温120分钟。

退火后的圆形钽丝经连续拉拔拉成Ф0.19mm，然后再一次经过清洗、自然晾干直接进行多轮矫直后绕盘，再做产品物性、化杂、电性能等检测。然后包装入库，完成钽铌合金丝的制备。

检测钽铌丝的各项性能如下：

烧结钽铌合金棒的性能：

Ф0.19mm钽丝化学成分（≤ppm）：

元素符号

O

C

N

H

Fe

Si

Ni

Cu

Mo

检测值

200

65

60

5

20

10

〈1

〈10

元素符号

Ti

Cr

Mg

Ca

Sn

Mn

检测值

〈1

6

〈1

〈5

〈1

Ф0.19mm钽丝物理性能：

项目	抗拉强度（kgf/mm2）	延伸率（%）
			检测值	75-120	〈5

Ф0.19mm钽丝电性能、直径偏差：

项目	漏电流（uA/mm2）	直径偏差（mm）
			检测值	0.00041	±0.002

Ф0.19mm钽丝弯曲值测试结果：

项目	弯曲值（h/200mm）
		检测值	≤5.8

由此可见采用真空加热炉烧结钽铌合金棒，压坯整体受热均匀，收缩均匀，收缩变形一致，所烧结的钽铌合金棒密度均匀一致，提高了产品的内在性能，也不需要对钽铌合金棒进行切头处理，钽铌合金棒的烧结实收率由93%左右提高至99.9%左右。所生产的钽铌合金丝均能达到电容器阳极引线的性能要求。上述实施例2中采用阶段式升温，首先用1小时升至400℃保温10min，然后用0.5小时升至700℃保温20min，再用1小时升至1300℃保温60min，最后用1小时升至最终烧结温度。

Claims

1.一种钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将配制好的钽或钽合金粉末，装入筒状的橡胶包套，揉制成型，密封，置于冷等静压压机中，经过加压、保压、卸压，完成冷等静压压制成型，脱模，获得钽棒压坯；采用真空间接加热方式烧结压坯，控制烧结温度2100～2800℃，保温3～20小时，即得到圆棒状烧结坯条。

2.如权利要求1所述的钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于：其中用3～20小时逐步升温至烧结温度，并且真空是指不低于1.33Mpa，而烧结温度控制在2200～2400℃。

3.如权利要求2所述的钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于：其中逐步升温具体采用阶段式升温，首先用1小时升至300～500℃保温10-30min，然后用0.5小时升至600～800℃保温10～30min，再用1小时升至1200～1400℃保温60～120min，最后用1小时升至2200～2400℃保温60～180min。

4.如权利要求1所述的钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于：其中真空间接加热方式采用高真空间接加热炉或真空感应炉。

5.如权利要求1所述的钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于：其中筒状的橡胶包套横截面为圆形。

6.如权利要求5所述的钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于：其中首先将纯度大于99.9%的钽或钽合金粉装入内径为32mm的橡胶包套中，具体是将称好的钽或钽合金粉用漏斗慢慢地装入橡胶包套内，控制装粉量为6kg，然后在橡胶包套开口处塞入橡胶塞，等橡胶包套中空气排出后用铁丝将橡胶塞部位捆紧作为坯条，再将得到的坯条揉均匀后用两块夹板夹住，用橡皮筋将夹板与坯条固定在一起，然后置于冷等静压压机中压制成型。

7.如权利要求1所述的钽及钽合金棒材的制备方法，其特征在于：其中冷等静压压制成型过程中控制最高的保压压力为250MPa，保压时间15min。