CN104209511B - 一种耐高压钽粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电容器级高压钽粉制作领域，具体涉及一种耐高压钽粉及其制备方法。本发明提供的钽粉粒形为球形或类球形钽粉，棱角圆润，粒度分布均匀，漏电流较小，击穿电压高，可以在更高的电压下工作。

Description

一种耐高压钽粉及其制备方法

技术领域

本发明属于电容器级高压钽粉制作领域，具体涉及一种耐高压钽粉及其制备方法。本发明提供的耐高压钽粉的粒形基本为球形或类球形，颗粒棱角圆润，粒度分布均匀，漏电流较小，击穿电压高，可以在更高的电压下工作。

背景技术

金属钽是一种阀金属，它可以在表面生成一层致密的氧化膜而具有单向导电的性质。钽粉制成的阳极膜化学性能稳定(特别是在酸性电解质中稳定)、电阻率高(7.5×10¹⁰Ω·cm)、介电常数大(27.6)、漏电流小，另外还具有工作温度范围宽(-80～200℃)、可靠性高、抗震和使用寿命长等优点，是制作体积小、可靠性高的钽电容器的理想材料。由于钽电容器有着诸多的优点，因此在航空、航天、通讯、计算机、手机等电子设备中得到广泛使用。

钽粉的规模化生产已有70多年的历史，但大规模高速度的发展只有50年左右。早在1904年，人们就曾经用碳还原五氧化钽，还原产物经真空高温精炼，获得了世界上第一块具有延展性的钽锭。后来发展起来的熔盐电解法经济合理、设备简单，因此，曾获得广泛的应用。但是用传统工艺电解的钽粉的粒型简单、颗粒粗大、比容低，不能满足电子工业对高容量钽粉的要求。氧化钽碳热还原、五氯化钽氢还原以及铝热还原等方法都还没能用于工业生产。而钠还原制备的钽粉具有纯度高、粒型复杂、比容高等特点，已成为国内外制备钽粉的主要生产工艺。目前世界上钽粉生产厂家主要有美国的Cabot集团、德国的HCST集团和中国的宁夏东方钽业股份有限公司。

在材料分类上，专门用来制作电容器的钽粉称之为电容器级钽粉。钽粉根据其使用电压不同又可以分为高压钽粉(工作电压35V以上)、中低压高比容钽粉(工作电压25V以下)。钽粉在电容器上的应用约占世界钽总消费量的60％～70％。尤其是近年来，随着计算机和电子工业的迅速发展，对钽粉的需求量一直保持着稳定上升趋势，可以预计在今后的5～10年内，全球钽工业将以每年15％以上的速度继续发展。

用于军品的高压钽粉主要是指由电子束熔炼、氢化、制粉方法制取的63V系列钽粉，其工作电压使用范围扩展到了50V-75V之间，在航天、航空、军事领域的作用很重要。还有一部分工作电压为35V-50V的高压钽粉，主要包括中压片状钽粉和其它一些耐压较高的钽粉。这两部分高压钽粉有着较好的电性能，可靠性较高，在国防、军工等领域的应用一直很稳定。

这几年在全球金融的影响下，其它品级钽粉都大幅度萎缩，但军品级电容器级钽粉依然保持着增长态势，成为我们关注的一大焦点。军品级电容器级钽粉的发展及新产业的延伸成为我们下一步的一个重要方向，其电性能的提升尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种粒形基本为球形或类球形的钽粉，该钽粉具有很高的耐击穿电压性和改善的漏电流。

为此，本发明的第一方面提供一种钽粉，该钽粉的粒形基本为球形或类球形，其电性能指标：漏电流不大于6.0×10^-4μA/μFV，击穿电压不小于310V，

优选地，所述的电性能指标按照中华人民共和国国家标准GBT3137-2007钽粉电性能试验方法中FTC20型号钽粉测试条件进行检测。

在一个具体实施方案中，所述的电性能指标在以下检测条件下测定得到：压块重量为2.0g，压块直径为6.0mm，压制密度为8.5g/cm³，烧结条件为2050℃/30分钟，得到的烧结块在0.01重量％的磷酸溶液中270V赋能，赋能时间120min，赋能温度90℃，电流密度35mA/g，测试电压240V。

根据本发明第一方面所述的钽粉，其特征在于以下(i)～(iv)中的一项或多项：

(i)比电容量CV为500～5000μFV/g，优选为1000～3000μFV/g，进一步优选为1900～2200μFV/g，

(ii)击穿电压不小于315V，优选不小于320V(例如325V、328V、330V或332V)，

(iii)漏电流不大于5.5×10^-4μA/μFV，优选不大于5.2×10^-4μA/μFV(例如4.0×10^-4μA/μFV、4.1×10^-4μA/μFV、4.2×10^-4μA/μFV或4.5×10^-4μA/μFV)，

(iv)电容器损耗tgδ不大于2.0％，优选不大于1.5％，进一步优选不大于1.3％(例如1.0％、1.1％、1.2％)。

根据本发明第一方面任一项所述的钽粉，其费氏平均粒径为15～20μm，优选为16～19μm。

根据本发明第一方面任一项所述的钽粉，其氧含量为不大于600ppm，优选为500～600ppm(例如510ppm、520ppm、550ppm、560ppm或590ppm)。

本发明第一方面任一项所述的钽粉可以由本发明第二方面所述的钽粉的制备方法制备得到。

本发明的第二方面提供一种钽粉的制备方法，该方法包括对脱氢后的钽粉进行气流冲击的步骤。

具体的，本发明第二方面所述的钽粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)对高纯钽锭进行氢化；

(2)将氢化后的钽锭制成钽粉；

(3)对钽粉进行脱氢处理；

(4)对脱氢后的钽粉进行气流冲击；

(5)对气流冲击后的钽粉进行常规后处理，得到钽粉。

根据本发明第二方面所述的钽粉的制备方法，其中所述的高纯钽锭的纯度为4N。

根据本发明第二方面所述的钽粉的制备方法，其中步骤(2)的钽粉的费氏平均粒径为8～100μm，优选8μm～50μm，更优选为8～20μm(例如8μm、9μm、9.5μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm)。

根据本发明第二方面任一项所述的钽粉的制备方法，其中步骤(2)的制粉方式采用磨筛机进行磨筛制粉。

根据本发明第二方面任一项所述的钽粉的制备方法，其中步骤(4)所述的气流冲击是在气流磨(如：设备型号为LHC气旋式气流粉碎机)中进行；

优选地，气流磨的分级轮功率为40kw/小时以下(优选15-35kw/小时，更优选为15-30kw/小时，例如15kw/小时、20kw/小时、25kw/小时、30kw/小时)；

优选地，气流磨的冲击气体流量为3×10⁵～8×10⁵Pa(优选为5×10⁵～8×10⁵Pa，更优选为6×10⁵～8×10⁵Pa)。

根据本发明第二方面任一项所述的钽粉的制备方法，步骤(4)中，经过气流冲击后，获得的钽粉的费氏平均粒径为10～100μm，优选10μm～50μm，更优选为10～20μm(例如11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm)。

根据本发明第二方面任一项所述的钽粉的制备方法，其中步骤(1)所述的氢化的工艺步骤为：氢气氛围，保持氢气压力在1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间，升温至700℃-900℃，保温2-4小时(例如3小时)，保温结束后降温进行氢化，直至钽锭不再吸氢为止。具体地，是将高纯钽锭装入清理干净的不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氢气至1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间。然后加热升温，升温过程中应密切注意弹内压力，不得超过2.0×10⁵Pa，以防止压力过大崩裂胶管，造成氢气泄漏。当升温至700℃-900℃时，保温2-4h。保温结束后停电降温进行氢化，降温过程中及时补充氢气，直至钽锭不再吸氢为止。

根据本发明第二方面任一项所述的钽粉的制备方法，其中步骤(3)所述的脱氢的工艺条件为：在惰性气体氛围(例如氩气)下进行，惰性气体的压力为1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间，温度为700～900℃，保温时间为2-3小时。具体地，将钽粉装到不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氩气至1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间。然后加热升温，当加热到200℃以上时打开机械泵，边抽空边升温，当温度升到700℃-900℃时保温2-3小时，保温过程中继续抽空。保温结束后充入氩气至1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间。然后降温冷却至小于30℃出料。

根据本发明第二方面任一项所述的钽粉的制备方法，其中步骤(5)所述的后处理步骤包括选自以下(i)～(v)中的一项或多项：

(i)酸洗；

(ii)第一次热处理；

(iii)第二次热处理；

(iv)降氧；

(v)第三次热处理。

具体地，所述的酸洗的方法为：第一遍，用5～15％HNO₃+0.3～0.7％HF酸洗2-3小时，浸泡1-2小时，倒出上清液。第二遍，与第一遍相同。第三遍，用5～15％HNO₃+0.3～0.7％HF+1～2％H₂O₂酸洗2-3小时，浸泡1-2小时，最后倒出上清液，加足量水漂洗两遍，出料加纯水抽滤。当滤洗液的电导率小于30μs/cm时，停止抽滤，转入烘箱进行烘干。烘干条件为：120℃-160℃下真空烘干12-15小时，烘干过程中真空度大于或等于4×10⁴Pa，然后过筛100～200目。

具体地，所述的第一次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，600～1200℃热处理60～360分钟(可以分三次加热，例如先加热到600～800℃，保温60～120分钟，再加热到800～1000℃保温60～120分钟，然后再加热到1050～1200℃保温60～120分钟；也可以分两次加热，例如先加热到600～1000℃，保温60～120分钟，再加热到1100～1200℃，保温60～120分钟)。

优选地，在第一次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛100～200目并磁选。

在一个具体的实施例中，第一次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，先加热到900℃，保温90分钟，再加热到1200℃保温60分钟，然后降温冷却至低于30℃出炉，然后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛150目并磁选。

具体地，所述的第二次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，800～1500℃热处理60～200分钟(可以分两次加热，例如先加热到800～1200℃保温60～120分钟，再加热到1300～1500℃保温60～120分钟；也可以分三次加热，例如先加热到800～1000℃保温60～120分钟，再加热到1100～1350℃保温30～60分钟，然后再加热到1400～1500℃保温60～120分钟)。优选在第二次热处理后破碎过筛40目～100目(例如60目)。

在一个具体的实施例中，第二次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，先加热到1000℃保温60分钟，再加热到1440℃或1450℃保温60分钟。在第二次热处理后破碎过筛60目。

具体地，所述的降氧为镁还原降氧，优选在惰性气体(例如氩气，压力可以为9×10⁴Pa～1.2×10⁵Pa)氛围中进行降氧。

优选的降氧条件为：掺镁量是钽粉重量的0.2～1.5％(例如0.5％、0.8％、1％)，900～1000℃(例如960℃或980℃)加热2～3小时后抽真空排镁2～3小时。

优选在降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为8～12％HNO₃酸洗1～2小时(例如10％HNO₃酸洗1.5小时)，优选的烘干条件为100～140℃(例如120℃)下真空烘干8～14小时(例如12小时)。

在一个具体的实施例中，降氧的工艺条件如下：在抽空充氩后，可以调整压力为9×10⁴Pa。掺镁量是钽粉重量的0.8％，加热到960℃保温2小时，然后抽真空排镁2小时，降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为10％HNO₃酸洗1.5小时，在温度为130℃的条件下真空烘干12小时。

具体地，所述的第三次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，800～1500℃热处理60～200分钟(可以分两次加热，例如先加热到800～1000℃保温60～120分钟，再加热到1100～1500℃保温60～120分钟；也可以分三次加热，例如先加热到800～1000℃保温60～120分钟，再加热到1100～1350℃保温30～60分钟，然后再加热到1400～1500℃保温60～120分钟)。

优选在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛40～100目(例如60目)并磁选。

在一个具体的实施例中，所述的第三次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^{- 3}Pa，1000℃热处理60分钟，然后再加热到1460℃、1470℃或1480℃保温60分钟，在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛60目并磁选。

本发明的第三方面提供一种由本发明第二方面所述的制备方法制备得到的钽粉，该钽粉的粒形基本为球形或类球形。

进一步地，本发明第三方面所述的钽粉的电性能指标：漏电流不大于6.0×10^-4μA/μFV，击穿电压不小于310V。优选地，所述的电性能指标按照中华人民共和国国家标准GBT3137-2007钽粉电性能试验方法中FTC20型号钽粉测试条件进行检测。具体的检测条件为：压块重量为2.0g，压块直径为6.0mm，压制密度为8.5g/cm³，烧结条件为2050℃/30分钟，得到的烧结块在0.01重量％的磷酸溶液中270V赋能，赋能时间120min，赋能温度90℃，电流密度35mA/g，测试电压240V。

更进一步地，本发明第三方面所述的钽粉的特征在于以下(i)～(iv)中的一项或多项：

(i)比电容量CV为500～5000μFV/g，优选为1000～3000μFV/g，进一步优选为1900～2200μFV/g，

(ii)击穿电压不小于315V，优选不小于320V(例如325V、328V、330V或332V)，

(iii)漏电流不大于5.5×10^-4μA/μFV，优选不大于5.2×10^-4μA/μFV(例如4.0×10^-4μA/μFV、4.1×10^-4μA/μFV、4.2×10^-4μA/μFV或4.5×10^-4μA/μFV)，

(iv)电容器损耗tgδ不大于2.0％，优选不大于1.5％，进一步优选不大于1.3％(例如1.0％、1.1％、1.2％)。

再进一步地，本发明第三方面所述的钽粉，其费氏平均粒径为15～20μm，优选为16～19μm。

再进一步地，本发明第三方面所述的钽粉，其氧含量为不大于600ppm，优选为500～600ppm(例如510ppm、520ppm、550ppm、560ppm或590ppm)。

本发明第一方面或第三方面任一项所述的钽粉的电镜照片如图1和图2所示，其颗粒形态得到改善，颗粒形态基本为球形或类球形，颗粒棱角圆润，粒度分布均匀。

本发明的第四方面提供一种电容器阳极，其由本发明第一方面或第三方面任一项所述的钽粉制备而成。所述的电容器阳极的比电容量CV为500～5000μFV/g，优选为1000～3000μFV/g，进一步优选为1900～2200μFV/g。

本发明的第五方面提供一种电解电容器，其由前述本发明第一方面或第三方面任一项所述的钽粉制备得到。所述的电解电容器为固体电容器或液体钽电容器。所述的固体电容器的工作电压为50～100V，所述的液体钽电容器的工作电压为75～150V。

在本发明中，除非另外明确说明，％是指质量百分比，ppm指质量分数为百万分之一。

在本发明中，当用目数表示钽粉的粒度时，在目数之前的“+”或“-”号分别表示“通不过”或“通过”所述目数的筛网。例如，“-80目”表示通过80目的筛网，而“+325目”表示通不过325目的筛网。

本发明中所涉及的各个参数的分析设备及型号如下表所示：

分析项目	分析设备名称	规格型号
			CV	LCR精密测量仪	HP-4284A
漏电流	漏电流测试仪	QE2621
			O、N	氧氮分析仪	LECO CS-436
Fe	直读光谱仪	GV-5
			C	碳硫分析仪	LECO CS-406
SBD	松装密度测试仪	FL4-1
			FSSS	平均粒度测定仪	WLP-202

形貌分析

扫描电子显微镜

JSM-5610

本发明的钽粉电性能的测试方法按照中华人民共和国国家标准GBT 3137-2007钽粉电性能试验方法中FTC20型号钽粉测试条件进行检测。具体将钽粉压制成型，坯块的密度为8.5g/cm³，芯子粉重为2.0g，模具：Ф6.0mm，在真空度高于5×10^-3Pa的真空炉内在2050℃烧结30分钟得到的烧结块在0.01％(质量百分比)的磷酸溶液中270V赋能，赋能时间120min，赋能温度：90℃，电流密度35mA/g。

本发明钽粉的形貌由扫描电子显微镜分析得到。本发明采用JSM-5610(日本JEOL公司)扫描电子显微镜，加速电压为20 KV，拍摄照片放大倍数为1500倍和3000倍。

发明的有益效果

本发明提供的钽粉的颗粒形状得到改善，粒形基本为球形或类球形，颗粒棱角圆润，粒度分布均匀。出乎预料的是，这种颗粒形态上的变化带来了电性能的显著改善，钽粉的漏电流性能得到改善，漏电流不大于6.0×10^-4μA/μFV，击穿电压得到提高，击穿电压不小于310V，最高可达332V，使其可以使用在更高的工作电压下，并且电容损耗显著降低，电容器损耗tgδ不大于1.5％。

发明人令人惊讶地发现采用气流冲击的方法能够显著改善钽粉的颗粒形态，使得钽粉粒形基本为球形或类球形，颗粒棱角圆润，粒度分布也更加均匀。本发明的制备方法制备的钽粉，漏电流性能得到改善，击穿电压得到显著提高。

附图说明

图1实施例1制备的钽粉的扫描电镜图片(1500倍)

图2实施例1制备的钽粉的扫描电镜图片(3000倍)

图3比较例5制备的钽粉的扫描电镜图片(1500倍)

图4比较例5制备的钽粉的扫描电镜图片(3000倍)

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

下面实施例1-4和比较例5中选用的原料为同一批次的高纯钽锭，用以说明本发明的钽粉及其制备方法的技术效果和优点。

实施例1：

以纯度为4N的高纯钽锭为原料，首先进行氢化，氢化工艺条件：将高纯钽锭装入清理干净的不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氢气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当升温至800℃时，保温3小时。升温过程中应密切注意弹内压力，不得超过2.0×10⁵Pa，以防止压力过大崩裂胶管，造成氢气泄漏。保温结束后停电降温进行氢化，降温过程中及时补充氢气，直至钽锭不再吸氢为止。然后出炉将氢化后的钽锭加入磨筛机进行磨筛制粉，磨筛制得的钽粉的费氏平均粒径为11μm。

接着对磨筛制得的钽粉进行脱氢处理，工艺条件是：将磨筛制得的钽粉装到不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氩气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当加热到200℃时打开机械泵，边抽空边升温。当温度升到800℃时保温3小时，保温过程中继续抽空。保温结束后充入氩气至1.1×10⁵Pa。然后降温冷却至25℃出料。

随后，对脱氢后的钽粉进行气流冲击，使钽粉在相互的撞击和摩擦过程中尖锐棱角变得圆润。将以上得到的脱氢钽粉加入到市场上在售的气流磨中(如：设备型号为LHC气旋式气流粉碎机)进行气流冲击，控制分级轮的功率在15KW/小时，气旋式破碎分级机所用冲击气体流量在7×10⁵Pa。

然后对冲击制得的钽粉进行酸洗。酸洗条件：第一遍：用10％HNO₃+0.5％HF酸洗3小时，泡2小时，倒出上清液。第二遍：与第一遍相同。第三遍用10％HNO₃+0.7％HF+1％H₂O₂酸洗2小时，泡1小时，最后倒出上清液，加足量水漂洗两遍出料加纯水抽滤。当滤洗液的电导率小于30μs/cm时，抽滤停止，转入烘箱进行烘干。在温度为130℃条件下真空烘干12小时，烘干过程中真空度为2×10⁴Pa，然后过筛150目。得到的钽粉的费氏平均粒径为13μm。

然后对钽粉进行热处理，第一次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，900℃热处理90分钟，然后再加热到1200℃保温60分钟，然后降温冷却至低于30℃出炉。第一次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛150目并磁选。

接着进行第二次热处理，第二次热处理的条件为：真空度大于6×10-³Pa，先加热到1000℃保温60分钟，再加热到1450℃保温60分钟；在第二次热处理后破碎过筛60目。

随后再进行降氧，降氧条件为：抽空充氩，氩气压力为9×10⁴Pa，掺镁量是钽粉重量的0.8％，加热升温，加热到960℃保温2小时，然后抽真空排镁2小时，降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为10％HNO₃酸洗1.5小时，130℃的温度下真空烘干12小时，烘干时真空度为2×10⁴Pa。

最后进行第三次热处理，处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，1000℃热处理60分钟，然后再加热到1470℃保温60分钟，在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛60目并磁选，得到所需钽粉。其扫描电子电镜显微镜照片图片如图1和图2所示，照片显示该钽粉粒形基本为球形或类球形，钽粉颗粒棱角圆润，粒度分布均匀。

实施例2：

以纯度为4N的高纯钽锭为原料，首先进行氢化，氢化工艺条件：将高纯钽锭装入清理干净的不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氢气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当升温至800℃时，保温3小时。升温过程中应密切注意弹内压力，不得超过2.0×10⁵Pa，以防止压力过大崩裂胶管，造成氢气泄漏。保温结束后停电降温进行氢化，降温过程中及时补充氢气，直至钽锭不再吸氢为止。然后出炉将氢化后的钽锭加入磨筛机进行磨筛制粉，磨筛制得的钽粉的费氏平均粒径为11μm。

接着对磨筛制得的钽粉进行脱氢处理，工艺条件是：将磨筛制得的钽粉装到不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氩气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当加热到200℃时打开机械泵，边抽空边升温。当温度升到800℃时保温3小时，保温过程中继续抽空。保温结束后充入氩气至1.1×10⁵Pa。然后降温冷却至25℃出料。

随后，对脱氢后的钽粉进行气流冲击，使钽粉在相互的撞击和摩擦过程中尖锐棱角变得圆润。将以上得到的脱氢钽粉加入到市场上在售的气流磨中(如：设备型号为LHC气旋式气流粉碎机)进行气流冲击，控制分级轮的功率在20KW/小时，气旋式破碎分级机所用冲击气体流量在8×10⁵Pa。

然后对冲击制得的钽粉进行酸洗。酸洗条件：第一遍：用10％HNO₃+0.5％HF酸洗3小时，泡2小时，倒出上清液。第二遍：与第一遍相同。第三遍用10％HNO₃+0.7％HF+1％H₂O₂酸洗2小时，泡1小时，最后倒出上清液，加足量水漂洗两遍出料加纯水抽滤。当滤洗液的电导率小于30μs/cm时，抽滤停止，转入烘箱进行烘干。在130℃温度下真空烘干12小时，烘干过程中真空度为2×10⁴Pa，然后过筛150目。得到的钽粉的费氏平均粒径为14μm。

然后对钽粉进行热处理，第一次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，900℃热处理90分钟，然后再加热到1200℃保温60分钟，然后降温冷却至低于30℃出炉。第一次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛150目并磁选。

接着进行第二次热处理，第二次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，先加热到1000℃保温60分钟，再加热到1440℃保温60分钟；在第二次热处理后破碎过筛60目。

随后再进行降氧，降氧条件为：抽空充氩，氩气压力为9×10⁴Pa，掺镁量是钽粉重量的0.8％，加热升温，加热到960℃保温2小时，然后抽真空排镁2小时，降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为10％HNO₃酸洗1.5小时，130℃的温度下真空烘干12小时，烘干时真空度为2×10⁴Pa。

最后进行第三次热处理，处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，1000℃热处理60分钟，然后再加热到1460℃保温60分钟，在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛60目并磁选，得到所需钽粉。该钽粉与实施例1制得的的钽粉形貌类似，该钽粉粒形基本为球形或类球形，钽粉颗粒棱角圆润，粒度分布均匀。

实施例3：

以纯度为4N的高纯钽锭为原料，首先进行氢化，氢化工艺条件：将高纯钽锭装入清理干净的不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氢气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当升温至850℃时，保温3小时。升温过程中应密切注意弹内压力，不得超过2.0×10⁵Pa，以防止压力过大崩裂胶管，造成氢气泄漏。保温结束后停电降温进行氢化，降温过程中及时补充氢气，直至钽锭不再吸氢为止。然后出炉将氢化后的钽锭加入磨筛机进行磨筛制粉，磨筛制得的钽粉的费氏平均粒径为9.5μm。

接着对磨筛制得的钽粉进行脱氢处理，工艺条件是：将磨筛制得的钽粉装到不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氩气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当加热到200℃时打开机械泵，边抽空边升温。当温度升到800℃时保温3小时，保温过程中继续抽空。保温结束后充入氩气至1.1×10⁵Pa。然后降温冷却至25℃出料。

随后，对脱氢后的钽粉进行气流冲击，使钽粉在相互的撞击和摩擦过程中尖锐棱角变得圆润。将以上得到的脱氢钽粉加入到市场上在售的气流磨中(如：设备型号为LHC气旋式气流粉碎机)进行气流冲击，控制分级轮的功率在25KW/小时，气旋式破碎分级机所用冲击气体流量在6×10⁵Pa。

然后对冲击制得的钽粉进行酸洗。酸洗条件：第一遍：用10％HNO₃+0.5％HF酸洗3小时，泡2小时，倒出上清液。第二遍：与第一遍相同。第三遍用10％HNO₃+0.7％HF+1％H₂O₂酸洗2小时，泡1小时，最后倒出上清液，加足量水漂洗两遍出料加纯水抽滤。当滤洗液的电导率小于30μs/cm时，抽滤停止，转入烘箱进行烘干。在130℃温度下真空烘干12小时，烘干过程中真空度为2×10⁴Pa，然后过筛150目。得到的钽粉的费氏平均粒径为12μm。

然后对钽粉进行热处理，第一次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，900℃热处理90分钟，然后再加热到1200℃保温60分钟，然后降温冷却至低于30℃出炉。第一次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛150目并磁选。

接着进行第二次热处理，第二次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，先加热到1000℃保温60分钟，再加热到1440℃保温60分钟；在第二次热处理后破碎过筛60目。

随后再进行降氧，降氧条件为：抽空充氩，氩气压力为9×10⁴Pa，掺镁量是钽粉重量的0.8％，加热升温，加热到960℃保温2小时，然后抽真空排镁2小时，降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为10％HNO₃酸洗1.5小时，130℃真空烘干12小时，烘干时真空度为2×10⁴Pa。

最后进行第三次热处理，处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，1000℃热处理60分钟，然后再加热到1480℃保温60分钟，在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛60目并磁选，得到所需钽粉。与实施例1制得的的钽粉形貌类似，该钽粉粒形基本为球形或类球形，钽粉颗粒棱角圆润，粒度分布均匀。

实施例4：

以纯度为4N的高纯钽锭为原料，首先进行氢化，氢化工艺条件：将高纯钽锭装入清理干净的不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氢气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当升温至900℃时，保温3小时。升温过程中应密切注意弹内压力，不得超过2.0×10⁵Pa，以防止压力过大崩裂胶管，造成氢气泄漏。保温结束后停电降温进行氢化，降温过程中及时补充氢气，直至钽锭不再吸氢为止。然后出炉将氢化后的钽锭加入磨筛机进行磨筛制粉，磨筛制得的钽粉的的费氏平均粒径为9.5μm。

接着对磨筛制得的钽粉进行脱氢处理，工艺条件是：将磨筛制得的钽粉装到不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氩气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当加热到200℃时打开机械泵，边抽空边升温。当温度升到800℃时保温3小时，保温过程中继续抽空。保温结束后充入氩气至1.1×10⁵Pa。然后降温冷却至25℃出料。

随后，对脱氢后的钽粉进行气流冲击，使钽粉在相互的撞击和摩擦过程中尖锐棱角变得圆润。将以上得到的脱氢钽粉加入到市场上在售的气流磨中(如：设备型号为LHC气旋式气流粉碎机)进行气流冲击，控制分级轮的功率在30KW/小时，气旋式破碎分级机所用冲击气体流量在6×10⁵Pa。

然后对冲击制得的钽粉进行酸洗。酸洗条件：第一遍：用15％HNO₃+0.5％HF酸洗3小时，泡2小时，倒出上清液。第二遍：与第一遍相同。第三遍用15％HNO₃+0.7％HF+1％H₂O₂酸洗2小时，泡1小时，最后倒出上清液，加足量水漂洗两遍出料加纯水抽滤。当滤洗液的电导率小于30μs/cm时，抽滤停止，转入烘箱进行烘干。在130℃温度下真空烘干12小时，烘干过程中真空度为2×10⁴Pa，然后过筛150目。得到的钽粉的费氏平均粒径为12μm。

然后对钽粉进行热处理，第一次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，900℃热处理90分钟，然后再加热到1200℃保温60分钟，然后降温冷却至低于30℃出炉。第一次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛150目并磁选。

接着进行第二次热处理，第二次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，先加热到1000℃保温60分钟，再加热到1440℃保温60分钟；在第二次热处理后破碎过筛60目。

随后再进行降氧，降氧条件为：抽空充氩，氩气压力为9×10⁴Pa，掺镁量是钽粉重量的0.8％，加热升温，加热到960℃保温2小时，然后抽真空排镁2小时，降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为10％HNO₃酸洗1.5小时，130℃真空烘干12小时，烘干时真空度为2×10⁴Pa。

最后进行第三次热处理，处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，1000℃热处理60分钟，然后再加热到1480℃保温60分钟，在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛60目并磁选，得到所需钽粉。与实施例1制得的钽粉形貌类似，该钽粉粒形基本为球形或类球形，钽粉颗粒棱角圆润，粒度分布均匀。

比较例5：

以纯度为4N的高纯钽锭为原料，首先进行氢化，氢化工艺条件：将高纯钽锭装入清理干净的不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氢气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当升温至900℃时，保温3小时。升温过程中应密切注意弹内压力，不得超过2.0×10⁵Pa，以防止压力过大崩裂胶管，造成氢气泄漏。保温结束后停电降温进行氢化，降温过程中及时补充氢气，直至钽锭不再吸氢为止。然后出炉将氢化后的钽锭加入磨筛机进行磨筛制粉，磨筛制得的钽粉的费氏平均粒径为9.5μm。

接着对磨筛制得的钽粉进行脱氢处理，工艺条件是：将磨筛制得的钽粉装到不锈钢坩埚内，然后吊入反应弹内，抽真空至1×10²Pa以下，然后充入氩气至1.0×10⁵Pa。加热升温，当加热到200℃时打开机械泵，边抽空边升温。当温度升到800℃时保温3小时，保温过程中继续抽空。保温结束后充入氩气至1.1×10⁵Pa。然后降温冷却至25℃出料。

接着对制得的脱氢钽粉进行酸洗。酸洗条件：第一遍：用15％HNO₃+0.5％HF酸洗3小时，泡2小时，倒出上清液。第二遍：与第一遍相同。第三遍用15％HNO₃+0.7％HF+1％H₂O₂酸洗2小时，泡1小时，最后倒出上清液，加足量水漂洗两遍出料加纯水抽滤。当滤洗液的电导率小于30μs/cm时，抽滤停止，转入烘箱进行烘干。在130℃温度下真空烘干12小时，烘干过程中真空度为2×10⁴Pa，然后过筛150目。

然后对钽粉进行热处理，第一次热处理的处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，900℃热处理90分钟，然后再加热到1200℃保温60分钟，然后降温冷却至低于30℃出炉。第一次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛150目并磁选。

接着进行第二次热处理，第二次热处理的条件为：真空度大于6×10^-3Pa，先加热到1000℃保温60分钟，再加热到1440℃保温60分钟；在第二次热处理后破碎过筛60目。

随后再进行降氧，降氧条件为：抽空充氩，氩气压力为9×10⁴Pa，掺镁量是钽粉重量的0.8％，加热升温，加热到960℃保温2小时，然后抽真空排镁2小时，降氧排镁后再次进行酸洗和烘干，优选的酸洗条件为10％HNO₃酸洗1.5小时，130℃真空烘干12小时，烘干时真空度为2×10⁴Pa。

最后进行第三次热处理，处理条件为：真空度大于6×10^-3Pa，1000℃热处理60分钟，然后再加热到1480℃保温60分钟，在第三次热处理后用破碎机(例如颚式破碎机)破碎过筛60目并磁选。最后得到所需钽粉。其扫描电镜图片如图3和图4所示，该钽粉粒形为不规则块状。钽粉颗粒棱角尖锐，粒度大小差异显著。

由图1、2和图3、4扫描电镜图片的对比可以看出，经过气流冲击后得到钽粉，粒形基本为球形或类球形，钽粉颗粒棱角圆润，基本没有尖锐的棱角，气流冲击时部分超细粒子被去除，使得钽粉的粒度分布更为均匀。而未经气流冲击的比较例5得到的钽粉，粒形为不规则块状，钽粉颗粒棱角尖锐，颗粒大小差异显著。

对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和比较例5进行分析，结果如下：

表1：钽粉的各项物理性能

表2：钽粉中主要杂质含量(单位：ppm)

将实施例1-4和比较例5制备的钽粉样品压制成型，坯块的密度为8.5g/cm³，芯子粉重为2.0g，模具：Ф6.0mm，按照中华人民共和国国家标准GBT 3137-2007钽粉电性能试验方法中FTC20型号钽粉测试条件进行检测。在真空度高于5×10^-3Pa的真空炉内在2050℃烧结30分钟得到的烧结块在0.01％(质量百分比)的磷酸溶液中270V赋能，赋能时间120min，赋能温度：90℃，电流密度35mA/g。测定各样品的电性能列于表3中。

表3：电性对比

由上表1的对比数据可以看出，本发明相对于未经气流冲击处理的钽粉(比较例5)，本发明钽粉的制备方法使得产品的费氏平均粒径(Fsss)增加；由上表2的对比数据可以看出，本发明的制备方法使得钽粉的氧含量有了有所降低；由上表3样品的对比数据可以看出，本发明钽粉的击穿电压有明显的提高，在漏电性能、电容器损耗方面有明显的改善。

本发明的制备方法满足了电容器产品对钽粉耐电压和漏电流等方面的要求。该制备方法的适用产品是500μFV/g～5000μFV/g的电容器级钽粉，优选比电容量在1000μFV/g～3000μFV/g的电容器级钽粉，特别优选比电容量在1900μFV/g～2200μFV/g的电容器级钽粉。

公开于本文中的本发明的说明书及实施例是示范性说明，很显然，对于本领域的技术人员而言，本发明还有其他实施方案，本发明的实质范围和精神由权利要求书所确定。

Claims (35)

1.一种钽粉，该钽粉的粒形基本为球形或类球形，所述钽粉的费氏平均粒径为15～20μm，其电性能指标：漏电流不大于5.2×10^-4μA/μFV，击穿电压不小于310V；比电容量CV为1000～3000μFV/g。

2.根据权利要求1所述的钽粉，所述的电性能指标按照中华人民共和国国家标准GBT3137-2007钽粉电性能试验方法中FTC20型号钽粉测试条件进行检测。

3.根据权利要求1或2所述的钽粉，其特征在于以下(i)～(iii)中的一项或多项：

(i)比电容量CV为1900～3000μFV/g，

(ii)击穿电压不小于315V，

(iii)电容器损耗tgδ不大于2.0％。

4.根据权利要求1或2所述的钽粉，其特征在于以下的一项或多项：

比电容量CV为1900～2200μFV/g；

击穿电压不小于320V；

漏电流不大于4.0×10^-4μA/μFV；

电容器损耗tgδ不大于1.5％。

5.根据权利要求1或2所述的钽粉，其特征在于以下的一项或多项：

击穿电压不小于325V；

漏电流不大于4.1×10^-4μA/μFV；

电容器损耗tgδ不大于1.3％。

6.根据权利要求1或2所述的钽粉，其特征在于以下的一项或多项：

击穿电压不小于328V；

漏电流不大于4.2×10^-4μA/μFV；

电容器损耗tgδ不大于1.0％。

7.根据权利要求1或2所述的钽粉，其特征在于以下的一项或多项：

击穿电压不小于330V；

漏电流不大于4.5×10^-4μA/μFV；

电容器损耗tgδ不大于1.1％。

8.根据权利要求1或2所述的钽粉，其特征在于，电容器损耗tgδ不大于1.2％。

9.根据权利要求1或2所述的钽粉，其费氏平均粒径为16～19μm。

10.根据权利要求1或2所述的钽粉，其氧含量为不大于600ppm。

11.根据权利要求10所述的钽粉，其氧含量为500～600ppm。

12.根据权利要求10所述的钽粉，其氧含量为510ppm、520ppm、550ppm、560ppm或590ppm。

13.权利要求1～12任一项所述的钽粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)对高纯钽锭进行氢化；

(2)将氢化后的钽锭制成钽粉；

(3)对钽粉进行脱氢处理；

(4)对脱氢后的钽粉进行气流冲击；

(5)对气流冲击后的钽粉进行常规后处理，得到钽粉。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其中步骤(2)制成的钽粉的费氏平均粒径为8～20μm。

15.根据权利要求13所述的制备方法，其中步骤(2)的制粉方式采用磨筛机进行磨筛制粉。

16.根据权利要求13所述的制备方法，其中步骤(4)所述的气流冲击是在气流磨中进行。

17.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的分级轮功率为40kw/小时以下。

18.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的分级轮功率为15-35kw/小时。

19.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的分级轮功率为15-30kw/小时。

20.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的分级轮功率为15kw/小时、20kw/小时、25kw/小时或30kw/小时。

21.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的冲击气体流量为3×10⁵～8×10⁵Pa。

22.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的冲击气体流量为5×10⁵～8×10⁵Pa。

23.根据权利要求16所述的制备方法，其中气流磨的冲击气体流量为6×10⁵～8×10⁵Pa。

24.根据权利要求13所述的制备方法，步骤(4)中，经过气流冲击后，获得的钽粉的费氏平均粒径为10～20μm。

25.根据权利要求13所述的制备方法，其中步骤(1)所述的氢化的工艺条件为：氢气氛围，保持氢气压力在1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间，升温至700℃-900℃，保温2-4小时，保温结束后降温进行氢化，直至钽锭不再吸氢为止。

26.根据权利要求13所述的制备方法，其中步骤(3)所述的脱氢的工艺条件为：在惰性气体氛围下进行，惰性气体的压力为1.0×10⁵Pa～1.2×10⁵Pa之间，温度为700～900℃，保温时间为2-3小时。

27.根据权利要求26所述的制备方法，惰性气体氛围为氩气。

28.根据权利要求13～27任一项所述的制备方法，其中步骤(5)所述的后处理步骤包括选自以下(i)～(v)中的一项或多项：

(i)酸洗；

(ii)第一次热处理；

(iii)第二次热处理；

(iv)降氧；

(v)第三次热处理。

29.一种电容器阳极，其由权利要求1～12任一项所述的钽粉制备而成。

30.根据权利要求29所述的电容器阳极，所述的电容器阳极的比电容量CV为1000～3000μFV/g。

31.根据权利要求29所述的电容器阳极，所述的电容器阳极的比电容量CV为1900～2200μFV/g。

32.一种电解电容器，其由权利要求1～12任一项所述的钽粉制备得到。

33.根据权利要求32所述的电解电容器，其为固体电容器或液体钽电容器。

34.根据权利要求33所述的电解电容器，所述固体电容器的工作电压为50～100V。

35.根据权利要求33所述的电解电容器，所述液体钽电容器的工作电压为75～150V。