CN108588810A - 一种多孔钽片的制备工艺 - Google Patents
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- C25F3/08—Etching of refractory metals
Abstract
本发明属于钽片制备技术领域，公开一种多孔钽片的制备工艺，采用电解腐蚀的方式制备，准备钽片作为阳极电极、铂作为阴极电极，阳极电极和阴极电极均置于电解槽中；采用乙醇与导电剂配制电解质溶液，所述导电剂为可溶于乙醇的氯化物，将配制好的电解质溶液置于电解槽中；调节好阳极电极与阴极电极间的极间距后与电解槽固定；将阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的正负极，开始电解腐蚀制备多孔钽片。制备得到的多孔钽片孔洞较多、孔洞分布相对均匀，且孔洞直径均在微米级别，可作为各相关领域的优良原材料使用。
Description
技术领域
本发明涉及钽片制备技术领域，具体地，涉及一种多孔钽片的制备工艺。
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，关于多孔钽片的制备上主要包含：气相沉积法、激光熔覆法两种。其中，气相沉积法制备的多孔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，多孔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，但其需要另外进行激光熔覆切割，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、易于得到孔洞较多且分布相对均匀的多孔钽片的制备工艺。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种多孔钽片的制备工艺，采用电解腐蚀的方式制备，准备钽片作为阳极电极、铂作为阴极电极，阳极电极和阴极电极均置于电解槽中；采用乙醇与导电剂配制电解质溶液，所述导电剂为可溶于乙醇的氯化物，将配制好的电解质溶液置于电解槽中；调节好阳极电极与阴极电极间的极间距后与电解槽固定；将阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的正负极，开始电解腐蚀制备多孔钽片。
进一步地，所述导电剂为LiCl、TaCl5、HCl和NH4Cl中的任意一种。
进一步地，S1中导电剂的浓度为0.1～1mol/L。
更进一步地，电解质溶液中酒精纯度为95～99.7%。
进一步地，极间距为1～10cm，其中极间距与电解腐蚀电压及导电剂浓度呈正相关，即极间距越大，则所需导电剂浓度和电解腐蚀电压需越大。
进一步地，电解腐蚀所用电压为10～40V；或者电解腐蚀所用电流为1～4A。
进一步地，电解腐蚀时间为2～1000min。
优选地，电解腐蚀时间为2～10min。
具体地，电解腐蚀过程中将发生如下电化学反应：
电解阳极上: Ta－5e=Ta5+
电解阴极上: 2ROH+2e=R－+H2↑
电解总反应: 2Ta+10ROH=2Ta(OR)5+5H2↑
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，准备可容纳电解槽的超声波震动器，将电解槽放置于超声波震动器中，使电解腐蚀过程在超声强化作用下进行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）制备得到的多孔钽片孔洞较多、孔洞分布相对均匀，且孔洞直径均在微米级别，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多孔钽片，在电解腐蚀过程中没有生成难溶物沉积在多孔钽片上，制备所得多孔钽片成分单一、纯度较高；
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，作为导电剂的氯化物可强效促进钽片的电解腐蚀过程，如果没有添加氯化物导电剂，电解反应基本不会进行；
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质溶液的补充；
5）本发明的多孔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为实施例中所述多孔钽片的制备工艺所用的制备装置示意图；
图2为电解质溶液浓度不同条件下制得的多孔钽片的物相分析图；
图3为实施例1的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（5000倍）；
图4为实施例2的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（5000倍）；
图5为实施例3的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（500倍）；
图6为实施例4的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（500倍）；
图7为实施例5的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（4000倍）；
图8为实施例6的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（800倍）；
图9为实施例7的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（2000倍）；
图10为实施例8的制备工艺制得的多孔钽片扫描电镜图（2000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LiCl和纯度为95%的乙醇配制500ml电解质溶液，准备如图1所示的多孔钽片制备装置，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，阳极电极和阴极电极均为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），调节钽片和铂的极间间距为1cm。
钽片和铂在固定至电解槽中前需进行超声波清洗，清洗后干燥备用。
钽片和铂的清洗液采用丙酮或无水酒精。
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，将直流电源的电压设置为20V（电流为2A），开始电解腐蚀制备多孔钽片，电解腐蚀过程持续5min，得到孔洞分布相对均匀的多孔钽片。
将制备所得的多孔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多孔钽片表面的形貌，图3示出了本实施例制备所得的多孔钽片在5000倍条件下的表面形貌。
实施例2
本实施例的制备工艺中引入了超声波震动器，超声波震动器用于盛装电解槽，使钽片的电解腐蚀过程在超声强化作用下进行。
超声波震动器的超声强化作用，可及时排出钽片上的电解腐蚀产物和补充新鲜电解质溶液，从而保证最终得到的多孔钽片的均匀性。
具体地，本实施例中电解质溶液为采用浓度为0.4mol/L的LiCl和纯度为99.7%的乙醇配制，在电解腐蚀开始前先将电解槽置于超声波震动器中，再打开直流电源开关，将直流电源的电压设置为30V（电流为3A），开始电解腐蚀制备多孔钽片，电解腐蚀过程持续2min，得到孔洞分布相对均匀的多孔钽片。
整个电解腐蚀过程完成后，同样需将多孔钽片按实施例1的方式进行清洗，图4示出了本实施例制备所得的多孔钽片在5000倍条件下的表面形貌。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于导电剂采用TaCl5，图5示出了本实施例制备所得的多孔钽片在500倍条件下的表面形貌。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于导电剂采用TaCl5，电压采用20V，图6示出了本实施例制备所得的多孔钽片在500倍条件下的表面形貌。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于导电剂采用HCl，图7示出了本实施例制备所得的多孔钽片在4000倍条件下的表面形貌。
实施例6
本实施例与实施例2的区别在于导电剂采用HCl，图8示出了本实施例制备所得的多孔钽片在800倍条件下的表面形貌。
实施例7
本实施例与实施例1的区别在于导电剂采用NH4Cl，图9示出了本实施例制备所得的多孔钽片在2000倍条件下的表面形貌。
实施例8
本实施例与实施例4的区别在于导电剂采用NH4Cl，图10示出了本实施例制备所得的多孔钽片在2000倍条件下的表面形貌。
实施例9
本实施例与实施例1的区别如下：电解质溶液采用1mol/L的LiCl和纯度为95%的乙醇配制。
钽片和铂的极间间距为10cm。
直流电源的电压设置为40V。
电解腐蚀时间为2min。
实施例10
本实施例与实施例3的区别如下：电解质溶液采用0.1mol/L的TaCl5和纯度为99.7%的乙醇配制。
钽片和铂的极间间距为1cm。
直流电源的电压设置为10V。
电解腐蚀时间为10min。
实施例11
本实施例与实施例10的区别是：电解质溶液采用0.1mol/L的HCl和纯度为95%的乙醇配制。
实施例12
本实施例与实施例9的区别是：电解质溶液采用1mol/L的NH4Cl和纯度为99.7%的乙醇配制。
此外，本发明针对采用不同导电剂类型和不同导电剂浓度及不同乙醇浓度配制成的电解质溶液制备得到的多孔钽进行物相分析，得到的物相分析图如图2所示，由图可知，无论是导电剂不同或导电剂浓度不同的情况下，多孔钽片的衍射峰都非常明显，与金属钽的衍射一致，这充分说明了本发明的制备工艺所制备的多孔钽片成分单一、纯度较高，在电解腐蚀过程中没有生成难溶物沉积在多孔钽片上。
通过扫描电镜观察，制备所得的多孔钽片孔洞较多，且孔径在微米级别，孔洞分布相对均匀。
本发明的制备方法操作简便、成本低廉，试样（钽片和铂）拆装方便灵活，对试样无损害，得到的多孔钽片比表面积大、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)
1.一种多孔钽片的制备工艺，其特征在于，采用电解腐蚀的方式制备，准备钽片作为阳极电极、铂作为阴极电极，阳极电极和阴极电极均置于电解槽中；采用乙醇与导电剂配制电解质溶液，所述导电剂为可溶于乙醇的氯化物，将配制好的电解质溶液置于电解槽中；调节好阳极电极与阴极电极间的极间距后与电解槽固定；将阳极电极、阴极电极分别连接至直流电源的正负极，开始电解腐蚀制备多孔钽片。
2.根据权利要求1所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，所述导电剂为LiCl、TaCl5、HCl和NH4Cl中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，导电剂的浓度为0.1～1mol/L。
4.根据权利要求3所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，电解质溶液中酒精纯度为95～99.7%。
5.根据权利要求1所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，极间距为1～10cm。
6.根据权利要求1所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，电解腐蚀所用电压为10～40V；或者电解腐蚀所用电流为1～4A。
7.根据权利要求1所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，电解腐蚀时间为2～1000min。
8.根据权利要求7所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，电解腐蚀时间为2～10min。
9.根据权利要求1所述的多孔钽片的制备工艺，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。
10.根据权利要求1所述的多孔钽片的制备工艺，其特征在于，将电解槽放置于超声波震动器中，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。
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2018
- 2018-04-19 CN CN201810354987.5A patent/CN108588810A/zh active Pending
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