CN108441936A - 一种海绵状钽片的制备方法 - Google Patents

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阳建君
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F3/00—Electrolytic etching or polishing
    • C25F3/02—Etching
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Abstract

本发明属于钽片制备技术领域，公开一种海绵状钽片的制备方法，准备乙醇溶液，往乙醇溶液中添加导电剂四乙基氯化铵来配制电解质溶液；采用钽片作为阳极电极、铂作为阴极电极，阳极电极和阴极电极均置于电解槽中；将配制好的电解质溶液置于电解槽中，调节好阳极电极和阴极电极间的极间距并固定好；将阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的正负极，开始电解腐蚀制备海绵状钽片。在电解腐蚀过程中不会生成难溶物沉积在海绵状钽片上，制备的海绵状钽片成分单一、纯度较高、孔隙率高、比表面积大；电解质溶液成分简单，易于控制，成分不易分解，工艺稳定。

Description

一种海绵状钽片的制备方法
技术领域
本发明涉及钽片制备技术领域，具体地，涉及一种海绵状钽片的制备方法。
背景技术
金属钽具有熔点高、冷加工性能好、化学稳定性高、抗液态金属腐蚀能力强、表面氧化膜介电常数大等一系列优异性能，在电子、冶金、钢铁、化工、硬质合金、原子能、超导技术、汽车电子、航空航天、医疗卫生和科学研究等高新技术领域均有重要应用。但由于钽的高熔点特性，其制备的材料孔隙率较低，孔隙大小不均匀且闭孔率高，而制作出来的钽片由于孔隙率低，孔隙大小不均匀，比表面积小，影响正常使用。
目前，关于海绵状钽片的制备主要包含：气相沉积法、激光熔覆法两种。其中，气相沉积法制备的海绵状钽片具有高容积孔隙率、低弹性模量和高表面摩擦系数的特性，不过该工艺操作条件要求严格、沉积速度慢、生产成本高，同时由于钽属于难溶金属，其蒸发非常困难。另外，海绵状钽片工件激光熔覆的制造方法具备能量可控性高、加工热影响区窄、加工效率高等优点，可更好的适应柔性制造环境，但其需要激光熔覆切割，导致成本大大增加，限制了其广泛应用。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种操作简便快捷、成本低廉、易于得到比表面积大和孔隙率高的海绵状钽片的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种海绵状钽片的制备方法（本发明中的海绵状钽片是指制备所得的钽片疏松多孔，且孔隙较大，外形如海绵状），采用电解腐蚀的方式，准备乙醇溶液，往乙醇溶液中添加导电剂四乙基氯化铵来配制电解质溶液；采用钽片作为阳极电极、铂作为阴极电极，阳极电极和阴极电极均置于电解槽中；将配制好的电解质溶液置于电解槽中，调节好阳极电极和阴极电极间的极间距并固定好；将阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的正负极，开始电解腐蚀制备海绵状钽片（以上步骤的先后顺序没有硬性规定）。
进一步地，电解质溶液中乙醇溶液纯度为94～96%，四乙基氯化铵浓度为0.1～1mol/L。
优选地，乙醇溶液纯度为95%，四乙基氯化铵浓度为0.1mol/L。
进一步地，极间距为1～10cm，导电剂浓度和电解腐蚀所需电压及极间距成正相关，即极间距越大，所添加的导电剂浓度和电解腐蚀所需电压就越大。
进一步地，电解腐蚀所用电压为10～40V，或者电解腐蚀采用的电流为1～4A。
进一步地，电解腐蚀时间为10～1000min，其中电解腐蚀时间与电解腐蚀电压呈反相关，即电压越小，则电解腐蚀时间需越长。
优选地，电解腐蚀时间为20～500min。
进一步优选地，电解腐蚀时间为40～250min。
再进一步优选地，电解腐蚀时间为120min。
进一步地，钽片和/或铂在固定至电解槽中前需进行超声波清洗。
进一步地，将电解槽放置于超声波震动器中进行超声，使电解腐蚀过程在超声强化作用下进行，优选地，超声功率350～400W，频率为35000～40000Hz。
进一步优选地，超声功率400W，频率为40000Hz。
进一步地，电解质溶液液面在电解槽高度的2/3处。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）制备得到的海绵状钽片孔隙率高、比表面积大，可作为各相关领域的优良原材料使用；
2）采用本发明的方法制备海绵状钽片，在电解腐蚀过程中不会生成难溶物沉积在海绵状钽片上，制备所得海绵状钽片成分单一、纯度较高、孔隙较多，外形基本呈现为海绵骨架；
3）本发明配制的电解质溶液成分简单，易于控制，成分不容易分解，且工艺稳定；
4）将电解槽置于超声波震动器中，使电解腐蚀过程在超声强化作用下完成，可加快钽片上电解腐蚀产物的排出，同时可促进新鲜电解液的补充；
5）本发明的海绵状钽片制备方法制备效率高，成本低，值得广泛推广，可满足市场需求。
附图说明
图1为实施例中所述海绵状钽片的制备方法所用的制备装置示意图；
图2为实施例1制备得到的海绵状钽片外形图；
图3为实施例1制备得到的海绵状钽片的物相分析图；
图4为实施例1制备得到的海绵状钽片的扫描电镜图（200倍）；
图5为实施例1制备得到的海绵状钽片的扫描电镜图（500倍）。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
实施例1
采用浓度为0.1mol/L的四乙基氯化铵和纯度为95%的乙醇配制500ml电解质溶液，准备如图1所示的海绵状钽片制备装置，该装置包括可调直流电源、用于盛放电解质溶液的电解槽，以钽片作为阳极电极、铂片作为阴极电极固定于装有电解质溶液的电解槽中，阳极电极和阴极电极通过金属夹片与电解槽固定，其中阳极电极和阴极电极均是一端浸没在电解质溶液中、另一端露出电解质溶液液面用于与可调直流电源的正负极相接。电解质溶液液面保持在电解槽高度的2/3处（这样便于确保电解质溶液的量不多也不少），调节钽片和铂片的极间间距为1cm。
钽片和铂片在固定至电解槽中前需进行超声波清洗，清洗后干燥备用，超声波清洗可去除铂片表面油污。
钽片和铂的清洗液采用丙酮或无水酒精。
为保证海绵状钽片的孔隙均匀性，使其孔隙能及时排出电解腐蚀产物和及时补充新鲜电解质溶液，本实施例引入了超声波震动器，将电解槽置于超声波震动器中，可使钽片的电解腐蚀过程在超声强化作用下进行，超声功率400W，频率为40000Hz。
将阳极电极和阴极电极分别与直流电源的正极和负极接通，打开直流电源开关，直流电源的电压设置为10V（电流为1A），开始电解腐蚀制备海绵状钽片，电解腐蚀过程持续120min，得到不同孔径大小和孔隙分布的海绵状钽片，如图2所示。
将制备所得的海绵状钽片采用丙酮或无水酒精在超声波震荡条件下进行清洗，这种超声波震荡清洗过程可进行多次，有利于将孔隙内的腐蚀产物彻底排出，清洗完后用扫描电镜观察海绵状钽片的表面微观形貌，图4和图5分别示出了本实施例制备所得的海绵状钽片在200倍和500倍状态下的扫描电镜图。
同时，本发明还对制得的海绵状钽片进行了物相分析，其物相分析图如图3所示，由图可知，海绵状钽片的衍射峰非常明显，与金属钽的衍射一致，这充分说明了本发明的制备方法所制备的海绵状钽成分单一、纯度较高，在电解腐蚀过程中并没有生成难溶物沉积在海绵状钽片上。
实施例2
本实施例与实施例1的区别是：制备电解质溶液的四乙基氯化铵浓度为0.5mol/L、乙醇纯度为94%，钽片和铂片的极间间距为5cm，电解腐蚀电压为20V，电解腐蚀时间为80min。
实施例3
本实施例与实施例1的区别是：制备电解质溶液的四乙基氯化铵浓度为1mol/L、乙醇纯度为96%，钽片和铂片的极间间距为10cm，电解腐蚀电压为40V，电解腐蚀时间为40min。
实施例4
本实施例与实施例1的区别是：制备电解质溶液的四乙基氯化铵浓度为0.1mol/L、乙醇纯度为96%，钽片和铂片的极间间距为1cm，电解腐蚀电压为10V，电解腐蚀时间为250min。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处是：电解腐蚀过程的超声功率350W，频率为35000Hz。
本发明的制备方法操作简便、成本低廉，试样（钽片和铂片）拆装方便灵活，对试样无损害，得到的海绵状钽片比表面积大、孔隙率高，适合大面积推广。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海绵状钽片的制备方法，其特征在于，采用电解腐蚀的方式，准备乙醇溶液，往乙醇溶液中添加导电剂四乙基氯化铵来配制电解质溶液；采用钽片作为阳极电极、铂作为阴极电极，阳极电极和阴极电极均置于电解槽中；将配制好的电解质溶液置于电解槽中，调节好阳极电极和阴极电极间的极间距并固定好；将阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的正负极，开始电解腐蚀制备海绵状钽片。
2.根据权利要求1所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，电解质溶液中乙醇溶液纯度为94～96%，四乙基氯化铵浓度为0.1～1mol/L。
3.根据权利要求1所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，极间距为1~10cm，导电剂浓度和电解腐蚀所需电压及极间距成正相关。
4.根据权利要求1所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，电解腐蚀采用的电压为10～40V；或者电解腐蚀采用的电流为1～4A。
5.根据权利要求1所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，电解腐蚀时间为10～1000min。
6.根据权利要求5所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，电解腐蚀时间为20～500min。
7.根据权利要求6所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，电解腐蚀时间为40～250min。
8.根据权利要求1所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，钽片和/或铂在固定至电解槽中前需进行超声波清洗。
9.根据权利要求1所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，将电解槽放置于超声波震动器中进行超声，使电解腐蚀过程在超声强化作用下进行，优选地，超声功率350～4400W，频率为35000～40000Hz。
10.根据权利要求9所述的海绵状钽片的制备方法，其特征在于，超声功率400W，频率为40000Hz。
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