JP2009007675A - Nitrogen-containing metal powder, porous sintered compact and solid electrolytic capacitor using metal powder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体電解コンデンサのアノード電極原料に好適な、窒素含有金属粉末およびその製造方法ならびにそれを用いた多孔質焼結体および固体電解コンデンサに関する。 The present invention relates to a nitrogen-containing metal powder suitable for an anode electrode raw material of a solid electrolytic capacitor, a method for producing the same, a porous sintered body using the same, and a solid electrolytic capacitor.
近年、電子集積回路は、より低電圧での駆動、高周波化、低ノイズ化が求められていて、固体電解コンデンサについても、低ＥＳＲ化、低ＥＳＬ化の要求が高まってきている。固体電解コンデンサのアノード電極に好適に用いられる金属粉末としては、例えば、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン等が挙げられる。
これらのなかでタンタルが使用されたタンタルコンデンサは、小型で、低ＥＳＲかつ高容量であるため、携帯電話やパソコン等の部品として急速に普及してきた。そして最近では、より一層の高容量化（高ＣＶ値化）と低ＥＳＲ化が求められていて、コンデンサの高容量化のために、比表面積が大きく微細なタンタル粉末が開発されている。例えば現在、フッ化タンタルカリウムをナトリウムで熱還元して得たプライマリーパウダーを、熱凝集した後に脱酸素する方法で、比容量が５万ＣＶのコンデンサを製造しうる、ＢＥＴ比表面積が１ｍ２／ｇ（比表面積換算一次粒子平均径ｄ５０＝４００ｎｍ）程度のタンタル粉末が量産されている。
In recent years, electronic integrated circuits are required to be driven at a lower voltage, have a higher frequency, and have a lower noise, and there is an increasing demand for lower ESR and lower ESL for solid electrolytic capacitors. Examples of the metal powder suitably used for the anode electrode of the solid electrolytic capacitor include niobium, tantalum, titanium, tungsten, molybdenum and the like.
Among these, tantalum capacitors using tantalum are rapidly becoming widespread as parts for mobile phones, personal computers, and the like because of their small size, low ESR, and high capacity. Recently, there has been a demand for higher capacity (higher CV value) and lower ESR, and fine tantalum powder having a large specific surface area has been developed to increase the capacity of capacitors. For example, a primary powder obtained by thermal reduction of potassium tantalum fluoride with sodium can be deoxygenated after heat aggregation, and a capacitor having a specific capacity of 50,000 CV can be produced. A BET specific surface area of 1 m 2 / Tantalum powder of about g (specific surface area converted primary particle average diameter d 50 = 400 nm) is mass-produced.
一方、ニオブが使用されたニオブコンデンサは、酸化ニオブの誘電率が大きく、かつ、タンタルよりも安価であることから、固体電解コンデンサへの利用が長年研究されてきた。しかし、化成酸化膜の信頼性が低いことから実用化には至っていない。すなわち、ニオブは高電圧で化成酸化すると、アモルファスの酸化膜が結晶化するために漏れ電流が増加するとともに、コンデンサの故障頻度も増加するという問題があった。
ところが、最近では、電子回路の駆動電圧が低下する傾向にあるため、化成電圧を低くできるようになってきている。ニオブは、化成電圧が低い場合には信頼性を維持できるため、ニオブコンデンサの実用化に有利な環境が整ってきつつある。特に、アルミニウム電解コンデンサの代替品として、高容量で、かつ、アルミニウム電解コンデンサよりもＥＳＲやＥＳＬの小さいニオブコンデンサが開発のターゲットになっている。
On the other hand, niobium capacitors using niobium have been studied for many years for use in solid electrolytic capacitors because niobium oxide has a large dielectric constant and is cheaper than tantalum. However, since the chemical oxide film has low reliability, it has not been put into practical use. That is, when niobium is subjected to chemical oxidation at a high voltage, the amorphous oxide film is crystallized, so that leakage current increases and the frequency of capacitor failure also increases.
However, recently, since the driving voltage of electronic circuits tends to decrease, the formation voltage can be lowered. Since niobium can maintain reliability when the formation voltage is low, an environment advantageous for practical use of niobium capacitors is being prepared. In particular, a niobium capacitor having a high capacity and a smaller ESR or ESL than the aluminum electrolytic capacitor is a development target as an alternative to the aluminum electrolytic capacitor.
高容量のニオブコンデンサを製造するためには、タンタルの場合と同様に、ＢＥＴ比表面積換算一次粒子平均径ｄ５０が少なくとも５００ｎｍ以下、好ましくは４００ｎｍ以下であることが求められる。現在までのところ、微細なニオブ粉末の製造方法としては、フッ化ニオブ酸カリウムのナトリウム還元（特許文献１参照）、五塩化ニオブの気相水素還元（特許文献２参照）、粉砕法で高比表面積のニオブ粉末を得る方法（特許文献３参照）等が知られている。
これらの方法のうち、従来の気相水素還元法では、単分散性の超微粒子が得られるため、多孔質焼結体を形成して化成酸化する工程で、ネック部分の絶縁化、すなわちネック切れが起こり、アノード電極に適した粉末が得られなかった。また、粉砕法は、簡便で生産効率が良いが、粒子の形状が不規則でブロードな粒度分布となるため、アノード電極とした場合に種々の問題があった。
よって、アノード電極に適した連鎖状粒子であり、かつ、その一次粒子の粒度分布がシャープなピークを示すニオブ粉末を製造するためには、フッ化カリウム塩をナトリウム等で溶融塩還元する方法、ニオブ塩化物を溶融金属で還元する方法等の液相法が好ましいと考えられる。
このように最近では、コンデンサをより高容量化するためにニオブ粉末やタンタル粉末の微細化、高表面積化が進行し、それにともなって、このように微細な金属粉末を製造する方法も種々検討されている。
In order to manufacture a high-capacity niobium capacitor, the BET specific surface area converted primary particle average diameter d 50 is required to be at least 500 nm, preferably 400 nm or less, as in the case of tantalum. So far, fine niobium powder production methods include sodium reduction of potassium niobium fluoride niobium (see Patent Document 1), gas phase hydrogen reduction of niobium pentachloride (see Patent Document 2), and high ratio by grinding method. A method for obtaining niobium powder having a surface area (see Patent Document 3) is known.
Among these methods, the conventional gas phase hydrogen reduction method can obtain monodisperse ultrafine particles. Therefore, in the process of forming a porous sintered body and performing chemical oxidation, the neck portion is insulated, that is, the neck is broken. As a result, powder suitable for the anode electrode could not be obtained. In addition, the pulverization method is simple and has good production efficiency. However, since the particle shape is irregular and has a broad particle size distribution, there are various problems when the anode electrode is used.
Therefore, in order to produce niobium powder that is a chain-like particle suitable for an anode electrode and the particle size distribution of the primary particle shows a sharp peak, a method of reducing a molten salt of potassium fluoride with sodium or the like, A liquid phase method such as a method of reducing niobium chloride with a molten metal is considered preferable.
Thus, recently, in order to increase the capacity of capacitors, niobium powder and tantalum powder have been made finer and have a higher surface area, and various methods for producing such fine metal powder have been studied. ing.
しかしながら、このように粉末の比表面積が大きくなると、粉末中の酸素含有量が増加し、その結果、漏れ電流の増加要因となる結晶性酸化物が、熱処理工程や化成酸化工程において生成しやすくなるという問題があった。また、コンデンサの定格電圧の低下にともなって、誘電体酸化膜を形成する化成電圧も低下しているが、化成電圧が低下すると形成される誘電体酸化膜の膜厚が薄くなる傾向にあり、容量は高くなるものの長期の信頼性に劣るという問題もあった。
このような酸素による影響を抑えるとともに、薄い膜の信頼性を向上させる方法としては、焼結体や誘電体酸化膜を製造した後、これらに窒素をドープする方法が知られている。
However, when the specific surface area of the powder is increased in this way, the oxygen content in the powder increases, and as a result, a crystalline oxide that causes an increase in leakage current is likely to be generated in the heat treatment step and the chemical conversion step. There was a problem. In addition, as the rated voltage of the capacitor decreases, the formation voltage for forming the dielectric oxide film also decreases, but when the formation voltage decreases, the thickness of the formed dielectric oxide film tends to decrease, There was also a problem that the capacity was high but the long-term reliability was poor.
As a method of suppressing the influence of such oxygen and improving the reliability of a thin film, a method of manufacturing a sintered body or a dielectric oxide film and then doping it with nitrogen is known.
例えば、特許文献４には、漏れ電流の低下、高温での化成酸化膜の安定性および信頼性の向上を目的として、窒素がドープされている。また、特許文献５には、高容量のタンタル粉末への窒素の均一なドーピング方法として、還元パウダーに塩化アンモニウムを添加し、加熱凝集と同時に窒素を導入する方法が開示されている。
さらに、ニオブのスパッタリングＮｂ−Ｏ膜への窒素ドープによる漏れ電流の低減（非特許文献１参照）、窒化ニオブの焼結体アノードによる漏れ電流等の改良（特許文献６参照）等がある。
また、特許文献７には、還元して得られたタンタルまたはニオブ粉末を加熱凝集する工程、または、脱酸素の工程を窒素含有ガス雰囲気下で行う加熱窒化法が開示されている。
Further, there are a reduction in leakage current due to nitrogen doping into a sputtered Nb—O film of niobium (see Non-Patent Document 1), an improvement in leakage current due to a sintered anode of niobium nitride (see Patent Document 6), and the like.
Patent Document 7 discloses a heat nitridation method in which a tantalum or niobium powder obtained by reduction is heated and agglomerated or a deoxidation step is performed in a nitrogen-containing gas atmosphere.
しかしながら、これらの従来知られている方法では、いずれも粒子の表面または膜の表面から窒化が進行するため、窒化反応が窒素の拡散律速になり、その結果、窒化が不均一になりやすいという問題があった。窒化が不均一になると、得られる粒子も不均一となりアノード電極原料には適さなくなる。
さらに、含有する窒素量が３０００ｐｐｍを超えると、例えば金属粉末がタンタルの場合には、ＴａＮ０．０４、ＴａＮ０．１、Ｔａ２Ｎ等の結晶性の窒化物が生成しやすく、さらに含有する窒素量が増加すると、ＴａＮ、Ｔａ２Ｎ等が主成分の結晶相が生成する。これらの結晶性窒化物が生成すると、得られるコンデンサの比容量を低下させるとともに誘電体酸化膜の信頼性を低下させるという問題があった。また、結晶性の窒化物は硬いため、これを含む金属粉末をアノード電極製造の過程でプレス成形すると、金型を傷めてしまう場合があった。
また、焼結体や誘電酸化膜を製造した後、これらに窒素をドープする方法では、窒素化工程が余分に必要となるため、生産性が低下するという問題もあった。
However, in these conventionally known methods, since nitriding proceeds from the surface of the particle or the film, the nitriding reaction becomes nitrogen diffusion-limited, and as a result, the nitriding tends to be non-uniform. was there. If nitriding becomes non-uniform, the resulting particles are non-uniform and become unsuitable for the anode electrode raw material.
Furthermore, the amount of nitrogen contained exceeds 3000 ppm, for example when the metal powder is tantalum, TaN 0.04, TaN 0.1, Ta 2 crystalline nitride such as N tends to generate further contains When the amount of nitrogen increases, a crystal phase mainly composed of TaN, Ta 2 N and the like is generated. When these crystalline nitrides are produced, there is a problem that the specific capacity of the obtained capacitor is lowered and the reliability of the dielectric oxide film is lowered. In addition, since crystalline nitride is hard, if the metal powder containing it is press-molded in the process of manufacturing the anode electrode, the mold may be damaged.
In addition, in the method of doping a nitrogen after the sintered body or dielectric oxide film is manufactured, there is a problem that productivity is lowered because an extra nitriding step is required.
以上の状況に鑑みて本出願人は、微細なニオブまたはタンタルに必要十分な量の窒素が均一にドープされていて、かつ、窒素が結晶性の化合物を形成せずに金属結晶格子内に固溶状態で含有されている窒素含有金属粉末とその製造方法として、特願２０００−３１０２９を出願している。この方法は、ニオブまたはタンタルの原料であるこれらの化合物を希釈塩中で還元剤と反応させて還元する際に、希釈塩中に窒素含有ガスをバブリングして、金属に窒素を導入する方法である。ところが、この方法によれば、金属に過剰に窒素がドープされる場合があり、その傾向は金属粉末が微細化、高表面積化するにしたがって顕著であった。 In view of the above situation, the present applicant has confirmed that fine niobium or tantalum is uniformly doped with a necessary and sufficient amount of nitrogen, and nitrogen does not form a crystalline compound and does not form a crystalline compound. Japanese Patent Application No. 2000-31029 has been filed as a nitrogen-containing metal powder contained in a dissolved state and a method for producing the same. In this method, when these compounds, which are niobium or tantalum raw materials, are reacted with a reducing agent in a diluted salt and reduced, nitrogen-containing gas is bubbled into the diluted salt to introduce nitrogen into the metal. is there. However, according to this method, the metal may be excessively doped with nitrogen, and this tendency becomes more remarkable as the metal powder becomes finer and has a higher surface area.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、比表面積が大きく、かつ、金属内に適度な量の窒素を均一に含む窒素含有金属粉末を生産性良く得て、高容量で漏れ電流が少なく長期の信頼性に優れた固体電解コンデンサを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a high specific capacity and low leakage current by obtaining a nitrogen-containing metal powder having a large specific surface area and uniformly containing an appropriate amount of nitrogen in the metal with high productivity. It is an object to provide a solid electrolytic capacitor with excellent long-term reliability.
本発明の窒素含有金属粉末は、窒素を含有する金属の粉末であり、含有する窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と、ＢＥＴ法により測定された比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓが、５００〜３０００であることを特徴とする。
前記窒素は、前記金属に固溶していることが好ましい。
前記金属は、ニオブ、タンタル、ニオブ−タンタル合金からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
本発明の窒素含有金属粉末の製造方法は、前記金属を含む金属塩を、溶融した希釈塩中で還元剤と反応させて還元し、前記金属を生成させる方法において、前記金属塩と前記還元剤と前記希釈塩とを含む反応融液に接する空間に、窒素含有ガスを導入して、前記金属を生成させるとともに前記金属に前記窒素を含有させることを特徴とする。
前記金属塩は、ニオブまたはタンタルの少なくとも一方のフッ化カリウム塩であり、前記還元剤はナトリウムであることが好ましい。
また、前記還元剤と前記金属塩とを、それぞれ連続的または分割して希釈塩に加えることが好ましい。
本発明の多孔質焼結体は、前記いずれかに記載の窒素含有金属粉末を焼結させたことを特徴とする。
本発明の固体電解コンデンサは、前記多孔質焼結体からなるアノード電極を備えていることを特徴とする。
The nitrogen-containing metal powder of the present invention is a metal powder containing nitrogen, and the ratio W / S of the nitrogen amount W [ppm] contained and the specific surface area S [m 2 / g] measured by the BET method. Is 500 to 3000.
The nitrogen is preferably dissolved in the metal.
The metal is preferably at least one selected from the group consisting of niobium, tantalum, and niobium-tantalum alloy.
The method for producing a nitrogen-containing metal powder according to the present invention includes a method in which a metal salt containing the metal is reduced by reacting with a reducing agent in a molten diluted salt to produce the metal. And a nitrogen-containing gas is introduced into a space in contact with the reaction melt containing the diluted salt to produce the metal, and the metal contains the nitrogen.
The metal salt is preferably at least one potassium fluoride salt of niobium or tantalum, and the reducing agent is preferably sodium.
Moreover, it is preferable to add the said reducing agent and the said metal salt to a dilution salt continuously or divided | segmented respectively.
The porous sintered body of the present invention is characterized in that the nitrogen-containing metal powder described above is sintered.
The solid electrolytic capacitor of the present invention includes an anode electrode made of the porous sintered body.
本発明の窒素含有金属粉末は、含有する窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と、ＢＥＴ法により測定された比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓが、５００〜３０００であり、比表面積の大きさに関わらず窒素を適度に均一に含有する。
よって、これをアノード電極原料として使用することによって、得られるコンデンサは高容量で、漏れ電流が少なく長期の信頼性に優れたものとなる。
In the nitrogen-containing metal powder of the present invention, the ratio W / S of the nitrogen content W [ppm] contained and the specific surface area S [m 2 / g] measured by the BET method is 500 to 3000, and the specific surface area Regardless of the size, it contains nitrogen in a moderately uniform manner.
Therefore, by using this as an anode electrode raw material, the obtained capacitor has a high capacity, a small leakage current, and an excellent long-term reliability.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の窒素含有金属粉末は、窒素を含有する金属粉末であり、この窒素含有金属粉末中の窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と、ＢＥＴ法により測定された比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓが、５００〜３０００の範囲のものである。
ここで金属としては特に制限はないが、ニオブ、タンタル、ニオブ−タンタル合金からなる群より選ばれる少なくとも一種であると、これを固体電解コンデンサのアノード電極原料として使用した場合、高容量のコンデンサが得られるため好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The nitrogen-containing metal powder of the present invention is a metal powder containing nitrogen. The nitrogen content W [ppm] in the nitrogen-containing metal powder and the specific surface area S [m 2 / g] measured by the BET method. The ratio W / S is in the range of 500 to 3000.
Here, the metal is not particularly limited, but if it is at least one selected from the group consisting of niobium, tantalum, and niobium-tantalum alloy, when this is used as an anode electrode raw material for a solid electrolytic capacitor, a high-capacity capacitor is obtained. Since it is obtained, it is preferable.
この窒素含有金属粉末に含まれる窒素は、この窒素含有金属粉末からアノード電極を製造した場合に、これを備えたコンデンサの漏れ電流を低く抑える効果を発現するものである。窒素が金属粉末中に上記Ｗ／Ｓの範囲内で含まれていると、窒素量Ｗが粉末の比表面積に関わらず適切な範囲であり、漏れ電流が少なく、長期の信頼性に優れたコンデンサが得られる。
Ｗ／Ｓが５００未満では、窒素添加による効果が十分発現せず、一方、Ｗ／Ｓが３０００を超えると窒素量が過剰となって、コンデンサの容量低下や誘電体酸化膜の信頼性低下の原因となる結晶性窒化物が生成しやすくなる。より好ましいＷ／Ｓの範囲は、５００〜２０００である。なお、窒素含有金属粉末中の窒素量Ｗは、市販の酸素／窒素分析計（堀場製作所ＥＭＧＡ５２０）を使用して、ヘリウムガス中、試料をインパルス融解加熱し、発生ガスをＴＣＤ（熱伝導度法）で定量する方法などで求められる。
The nitrogen contained in the nitrogen-containing metal powder expresses the effect of suppressing the leakage current of a capacitor equipped with the anode electrode when the anode electrode is produced from the nitrogen-containing metal powder. When nitrogen is contained in the metal powder within the above W / S range, the nitrogen amount W is in an appropriate range regardless of the specific surface area of the powder, the leakage current is small, and the capacitor has excellent long-term reliability. Is obtained.
When W / S is less than 500, the effect of adding nitrogen is not sufficiently exhibited. On the other hand, when W / S exceeds 3000, the amount of nitrogen becomes excessive, reducing the capacity of the capacitor and the reliability of the dielectric oxide film. Crystalline nitride which becomes the cause becomes easy to produce. A more preferable range of W / S is 500 to 2000. The nitrogen content W in the nitrogen-containing metal powder was determined by using a commercially available oxygen / nitrogen analyzer (Horiba EMGA520) to heat the sample in helium gas by impulse melting and heating, and the generated gas was TCD (thermal conductivity method). ), Etc.
窒素含有金属粉末中の窒素の形態としては、窒素が金属に固溶している状態であることが好ましい。
金属に窒素が固溶すると、金属結晶の格子定数が変化する。よって、金属への窒素の固溶は、Ｘ線回折ピークの位置のシフトによって確認することができる。
例えば、タンタルに３０００ｐｐｍの窒素が固溶すると、金属タンタルの（１１０）面の面間隔ｄ＝０．２３３７５ｎｍ（＝２．３３７５Å）が、ｄ＝０．２３４００ｎｍ（＝２．３４００Å）へと、約０．１％増加する。
一方、窒素が金属との間に結晶性窒化物を形成すると、上述したようにコンデンサの容量や誘電体酸化膜の信頼性が低下する場合がある。
As a form of nitrogen in the nitrogen-containing metal powder, it is preferable that nitrogen is in a solid solution with the metal.
When nitrogen is dissolved in the metal, the lattice constant of the metal crystal changes. Therefore, the solid solution of nitrogen in the metal can be confirmed by shifting the position of the X-ray diffraction peak.
For example, when 3000 ppm of nitrogen is dissolved in tantalum, the distance d = 0.23375 nm (= 2.3375 mm) of the (110) plane of metal tantalum is reduced to d = 0.23400 nm (= 2.3400 mm). Increase by 0.1%.
On the other hand, when crystalline nitride is formed between nitrogen and metal, the capacitance of the capacitor and the reliability of the dielectric oxide film may be lowered as described above.
また、窒素含有金属粉末の比表面積Ｓは、１．０［ｍ２／ｇ］以上であることが好ましく、具体的には、金属がタンタルの場合には、１．０〜４．０［ｍ２／ｇ］で、金属がニオブの場合には、２．０〜８．０［ｍ２／ｇ］であることが好ましい。このような比表面積Ｓであると、高容量のコンデンサが得られる。すなわち、Ｗ／Ｓが５００〜３０００であって、かつ比表面積Ｓがこのような範囲の窒素含有金属粉末を使用すると、高容量で、漏れ電流が少なく、長期の信頼性に優れたコンデンサが得られる。なお、この場合、窒素含有金属粉末のＢＥＴ比表面積基準の平均粒子径ｄは、球形換算式ｄ＝６／（金属の密度×ＢＥＴ比表面積）で与えられ、例えば、金属がタンタル、ニオブ、タンタル−ニオブ合金であれば、９０〜３５０ｎｍ程度である。 The specific surface area S of the nitrogen-containing metal powder is preferably 1.0 [m 2 / g] or more. Specifically, when the metal is tantalum, 1.0 to 4.0 [m 2 / g], and when the metal is niobium, it is preferably 2.0 to 8.0 [m 2 / g]. With such a specific surface area S, a high-capacitance capacitor can be obtained. That is, when a nitrogen-containing metal powder having a W / S of 500 to 3000 and a specific surface area S in such a range is used, a capacitor with high capacity, low leakage current, and excellent long-term reliability is obtained. It is done. In this case, the average particle diameter d based on the BET specific surface area of the nitrogen-containing metal powder is given by a spherical conversion formula d = 6 / (metal density × BET specific surface area). For example, the metal is tantalum, niobium, or tantalum. -If it is a niobium alloy, it is about 90-350 nm.
このような窒素含有金属粉末は、当該金属の金属塩を溶融した希釈塩中で還元剤と反応させて還元し金属を生成させる際に、金属塩と還元剤と希釈塩とを含む反応融液に接する空間に、窒素含有ガスを導入して、反応系内の気相部分を窒素含有ガス雰囲気とすることにより製造できる。
ここで使用する金属塩としては特に制限はないが、金属がニオブ、タンタル、ニオブ−タンタル合金からなる群より選ばれる少なくとも１種である場合には、フッ化カリウム塩を使用することが好ましい。フッ化カリウム塩を使用すると、アノード電極として使用する多孔質焼結体の製造に適した、連鎖状粒子を製造することができる。具体的なフッ化カリウム塩としては、Ｋ２ＴａＦ７、Ｋ２ＮｂＦ７、Ｋ２ＮｂＦ６等が挙げられる。その他の金属塩としては、五塩化ニオブ、低級塩化ニオブ、五塩化タンタル、低級塩化タンタル等の塩化物や、ヨウ化物、臭化物などのハロゲン化物が挙げられる。また、特に金属がニオブの場合には、フッ化ニオブ酸カリウム等のフッ化ニオブ酸塩も使用可能である。
When such a nitrogen-containing metal powder is reacted with a reducing agent in a diluted salt obtained by melting the metal salt of the metal and reduced to produce a metal, a reaction melt containing the metal salt, the reducing agent, and the diluted salt is used. The gas can be produced by introducing a nitrogen-containing gas into a space in contact with the gas and setting the gas phase portion in the reaction system to a nitrogen-containing gas atmosphere.
Although there is no restriction | limiting in particular as a metal salt used here, When a metal is at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of niobium, a tantalum, and a niobium tantalum alloy, it is preferable to use a potassium fluoride salt. When potassium fluoride salt is used, chain-like particles suitable for producing a porous sintered body used as an anode electrode can be produced. Specific potassium fluoride salts include K 2 TaF 7 , K 2 NbF 7 , K 2 NbF 6 and the like. Examples of other metal salts include chlorides such as niobium pentachloride, lower niobium chloride, tantalum pentachloride, and lower tantalum chloride, and halides such as iodide and bromide. In particular, when the metal is niobium, niobium fluorides such as potassium fluoride niobate can also be used.
還元剤としては、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属、これらの水素化物、すなわち水素化マグネシウム、水素化カルシウムが挙げられるが、これらのなかではナトリウムが好ましい。金属塩としてフッ化カリウム塩を使用した場合に、還元剤としてナトリウムを使用すると、フッ化カリウム塩中のフッ素とナトリウムとが反応して、ナトリウムのフッ化物が生成するが、このフッ化物は水溶性であるため、後の工程で容易に除去可能である。
窒素含有ガスとしては、窒素ガスを含有するガスや、加熱により窒素ガスを発生するアンモニア、尿素等の窒素発生ガスが挙げられ、還元反応系内を窒素含有ガス雰囲気にできるものであればよい。しかしながら、効率的に窒素を金属中に含有させるためには、窒素含有ガス雰囲気中の窒素ガスの濃度を５０ｖｏｌ％以上に維持することが好ましく、窒素濃度が約１００％の純窒素ガスやこれをアルゴンガスなどで適宜希釈したものを使用することが好ましい。窒素含有ガス雰囲気における窒素ガス濃度が１０ｖｏｌ％未満では、金属中に窒素を十分に含有させることができない場合がある。
また、希釈塩としては、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＦやこれらの共晶塩などを使用する。
Examples of the reducing agent include alkali metals and alkaline earth metals such as sodium, magnesium, and calcium, and hydrides thereof, that is, magnesium hydride and calcium hydride. Among these, sodium is preferable. When potassium fluoride is used as the metal salt and sodium is used as the reducing agent, fluorine in the potassium fluoride salt reacts with sodium to produce sodium fluoride. This fluoride is water-soluble. Therefore, it can be easily removed in a later process.
Examples of the nitrogen-containing gas include a gas containing nitrogen gas, and a nitrogen-generating gas such as ammonia and urea that generate nitrogen gas by heating. However, in order to efficiently contain nitrogen in the metal, it is preferable to maintain the concentration of nitrogen gas in the nitrogen-containing gas atmosphere at 50 vol% or more, and pure nitrogen gas having a nitrogen concentration of about 100% or It is preferable to use one diluted appropriately with argon gas or the like. If the nitrogen gas concentration in the nitrogen-containing gas atmosphere is less than 10 vol%, the metal may not be sufficiently contained in the metal.
Further, as a diluted salt, KCl, NaCl, KF, or a eutectic salt thereof is used.
次に窒素含有金属粉末を製造する具体的な一例について、金属としてタンタルを例とし、図１を使用して説明する。
図１は、原料投入口１１と窒素含有ガス導入管１２と窒素含有ガス排出管１３とを備えたニッケルとインコネルのクラッド材質からなる反応器１０である。原料投入口１１は金属塩投入口１１ａと還元剤投入口１１ｂを有している。また、反応器１０は攪拌翼１５を備えている。
まず、この反応器１０に希釈塩１４を投入する。ついで、窒素含有ガスを、窒素含有ガス導入管１２から導入し窒素含有ガス排出管１３から排出させて、反応器１０内に流通させる。こうして反応器１０内を窒素含有ガス雰囲気に保ちながら希釈塩１４を８００〜９００℃に加熱して溶融し、この中に、原料であるタンタルのフッ化カリウム塩の一部を金属塩投入口１１ａから加える。ついで、還元剤であるナトリウムを、先に投入したフッ化カリウム塩の還元に必要な量論の量だけ、還元剤投入口１１ｂから投入する。このようにして、反応器１０中で下記式（１）で表される反応を行う。また、この間、攪拌翼１５を作動させて、反応融液を緩やかに攪拌する。
Ｋ２ＴａＦ７＋５Ｎａ→２ＫＦ＋５ＮａＦ＋Ｔａ・・・（１）
Next, a specific example of producing the nitrogen-containing metal powder will be described with reference to FIG. 1, taking tantalum as an example of the metal.
FIG. 1 shows a
First, the diluted
K 2 TaF 7 + 5Na → 2KF + 5NaF + Ta (1)
ここで、図１の反応器１０においては、窒素含有ガス導入管１２が反応融液中に浸漬しないように配されている。よって、窒素含有ガスが反応融液中にバブリングによって導入されることなく、反応融液の上方のみに導入されるようになっている。
Here, in the
希釈塩１４の量は、フッ化カリウム塩とナトリウムの合計質量に対して、２〜１０倍程度の質量となるように設定することが好ましい。希釈塩１４の質量が２倍未満では、原料のフッ化カリウム塩の濃度が高いために反応速度が速く、生成する金属粉末の粒径が大きくなりすぎる場合がある。一方、希釈塩１４の質量が１０倍を超えると反応速度が低下し、生産性が低下する。また、希釈塩１４の量を多くすると、得られる窒素含有金属粉末の比表面積が大きくなる。すなわち、希釈塩１４の量により粉末の比表面積を適宜制御することもできる。
The amount of the diluted
ついで、投入したフッ化カリウム塩とナトリウムの反応がほぼ終了した時点で、窒素含有ガスの流通を続けながら、さらにフッ化カリウム塩の一部とナトリウムの一部を投入する。このように、原料のフッ化カリウム塩とナトリウムとを、少量ずつ分割して反応させることを繰り返し、タンタルのフッ化カリウム塩の還元反応を終了させる。 Next, when the reaction between the added potassium fluoride salt and sodium is almost completed, a part of the potassium fluoride salt and a part of sodium are added while continuing the flow of the nitrogen-containing gas. In this way, the raw material potassium fluoride salt and sodium are divided and reacted in small portions to complete the reduction reaction of the potassium fluoride tantalum salt.
このように図１のような反応器１０を使用して、金属塩と還元剤と希釈塩１４とを含む反応融液に接する空間、ここでは反応融液の上方に、窒素含有ガスを導入して金属塩の還元反応を行うと、金属塩は、還元剤によって還元されるとともに反応融液と窒素含有ガスとの界面において窒素含有ガスと接触する。よって、金属塩の還元反応と、還元反応で得られた金属への窒素の導入とが連続的に進行する。そして、還元され窒素が添加された金属は、その比重が希釈塩よりも大きいために反応融液を沈降していく。なお、ここで、攪拌翼１５の回転速度は、このような金属の沈降を妨げない程度に設定される。
As described above, using the
このような方法によれば、反応融液と窒素含有ガスとはこれらの界面でしか接触しないため、例えば、反応融液中に窒素含有ガス導入管を浸漬して、窒素含有ガスをバブリングする方法などに比べて、金属と窒素との接触の程度を低く抑えることができる。また、還元され、すでに窒素が添加された金属は反応融液中を沈降してこの界面から離れていくため、金属が再度窒素と接触することもない。
すなわち、金属への窒素の導入が、還元された直後の金属にほぼ限定されるとともに、その程度も制御されるため、窒素が粉末中に過剰に取り込まれることなく、また、取り込まれる窒素量も粒子間で均一となる。
その結果、たとえ金属粉末の比表面積が大きな場合であっても、その金属粉末には必要最小量の窒素のみが添加され、窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と、ＢＥＴ法により測定された比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓが、５００〜３０００の範囲である窒素含有金属粉末を安定に生成させることができる。
According to such a method, since the reaction melt and the nitrogen-containing gas are in contact only at the interface between them, for example, a method of bubbling the nitrogen-containing gas by immersing the nitrogen-containing gas introduction tube in the reaction melt As compared with the above, the degree of contact between the metal and nitrogen can be kept low. Further, the metal that has been reduced and already added with nitrogen settles in the reaction melt and leaves the interface, so that the metal does not come into contact with nitrogen again.
That is, introduction of nitrogen into the metal is almost limited to the metal immediately after reduction, and the degree thereof is controlled, so that nitrogen is not excessively incorporated into the powder, and the amount of nitrogen incorporated is also reduced. Uniform among particles.
As a result, even if the specific surface area of the metal powder is large, only the necessary minimum amount of nitrogen is added to the metal powder, and the nitrogen amount W [ppm] and the specific surface area S [ The nitrogen-containing metal powder having a ratio W / S to m 2 / g] in the range of 500 to 3000 can be stably generated.
すなわち、従来の窒素含有ガスをバブリングして反応融液に導入する方法では、図２に概念的に示すように、ＣＶ値（横軸）が大きくなるにしたがって、粉末が含有する窒素量も大きく増加する。ここでＣＶ値は、金属粉末（図２においてはタンタル粉末）の比表面積と正の相関がある値である。しかしながら、図１で示したような本実施形態の方法で窒素含有ガスを反応融液の上方に導入して接触させる方法では、ＣＶ値（横軸）が大きくなるにしたがって、粉末が含有する窒素量も若干は増加するものの、その程度は従来のものに比べ小さくなっている。
このように従来の方法では、金属にドープされる窒素量が過剰となる可能性があり、その傾向は金属粉末が高表面積化するにしたがって顕著であるのに対し、本実施形態の方法によれば、たとえ金属粉末の比表面積が大きな場合であっても、その金属粉末には必要最小量の窒素のみが添加される。
That is, in the conventional method of bubbling a nitrogen-containing gas and introducing it into the reaction melt, the amount of nitrogen contained in the powder increases as the CV value (horizontal axis) increases as conceptually shown in FIG. To increase. Here, the CV value has a positive correlation with the specific surface area of the metal powder (tantalum powder in FIG. 2). However, in the method of introducing a nitrogen-containing gas above the reaction melt by the method of this embodiment as shown in FIG. 1, the nitrogen contained in the powder as the CV value (horizontal axis) increases. Although the amount increases slightly, the degree is smaller than the conventional one.
Thus, in the conventional method, there is a possibility that the amount of nitrogen doped in the metal becomes excessive, and this tendency becomes more prominent as the metal powder has a higher surface area, whereas according to the method of this embodiment. For example, even if the specific surface area of the metal powder is large, only the necessary minimum amount of nitrogen is added to the metal powder.
なお、金属塩と還元剤とを分割して希釈塩１４に加える方法以外に、それぞれを任意の添加速度で連続的に添加してもよい。このように分割して、または連続的に金属塩と還元剤とを加えると、一括して加える方法に比べて、反応熱による急激な温度上昇が見られず、微細でかつ均一な粒度分布の窒素含有金属粉末が得られる。
In addition to the method in which the metal salt and the reducing agent are divided and added to the diluted
還元反応終了後、反応融液を冷却し、得られた集塊を水、弱酸性水溶液等で繰り返し洗浄して、希釈塩を除去することにより、窒素含有金属粉末が得られる。
この場合、必要に応じて、遠心分離、濾過等の分離操作を組み合わせても、フッ酸と過酸化水素が溶解している溶液等で粒子を洗浄し、精製してもよい。
After completion of the reduction reaction, the reaction melt is cooled, and the resulting agglomerates are washed repeatedly with water, a weakly acidic aqueous solution or the like to remove the diluted salt, thereby obtaining a nitrogen-containing metal powder.
In this case, the particles may be purified by washing with a solution or the like in which hydrofluoric acid and hydrogen peroxide are dissolved, if necessary, by combining separation operations such as centrifugation and filtration.
以上のようにして得られた窒素含有金属粉末に対して、熱凝集、脱酸素、徐酸化安定化処理等の前処理を行った後、この粉末を成形、焼結して多孔質焼結体を製造する。
熱凝集は、窒素含有金属粉末を真空中で加熱して凝集させて、粉末中に存在する極微細な粒子を比較的粒径の大きな２次粒子とするために行う。比較的大きな２次粒子を成形、焼結して得られた多孔質焼結体は、極微細な粒子から得られた多孔質焼結体よりも大きな空孔を有するため、アノード電極として使用する場合に、電解質溶液が多孔質焼結体の内部まで浸透し、高容量化をはかることができる。また、真空中で加熱することによって、窒素含有粉末中に含まれる、希釈塩由来のナトリウム、マグネシウム等の不純物を除去することができる。
熱凝集は、通常、窒素含有金属粉末を真空中で８００〜１４００℃で、０．５〜２時間加熱して行う。熱凝集の前には、窒素含有金属粉末に振動を与えながら、粉体全体が均一に濡れる量の水を添加する予備凝集を行うことが好ましい。この予備凝集を行うことによって、より強固な凝集体を得ることができる。また予備凝集で添加する水に、金属に対して１０〜３００ｐｐｍ程度のリン、ホウ素等をあらかじめ添加しておくことによって、一次粒子の融合成長を抑え、高表面積を維持しながら熱凝集させることができる。なお、ここで加えるリンの形態としては、リン酸、六フッ化リンアンモニウム等が挙げられる。
The nitrogen-containing metal powder obtained as described above is subjected to pretreatment such as thermal aggregation, deoxygenation and slow oxidation stabilization treatment, and then the powder is molded and sintered to obtain a porous sintered body. Manufacturing.
Thermal aggregation is performed in order to heat and aggregate the nitrogen-containing metal powder in a vacuum so that the ultrafine particles present in the powder become secondary particles having a relatively large particle size. Since the porous sintered body obtained by molding and sintering relatively large secondary particles has larger pores than the porous sintered body obtained from extremely fine particles, it is used as an anode electrode. In some cases, the electrolyte solution penetrates into the porous sintered body, and the capacity can be increased. Moreover, impurities, such as sodium and magnesium derived from a diluted salt, contained in the nitrogen-containing powder can be removed by heating in a vacuum.
Thermal aggregation is usually performed by heating the nitrogen-containing metal powder at 800 to 1400 ° C. in a vacuum for 0.5 to 2 hours. Prior to thermal aggregation, it is preferable to perform preliminary aggregation by adding water in such an amount that the entire powder is uniformly wet while applying vibration to the nitrogen-containing metal powder. By performing this preliminary aggregation, a stronger aggregate can be obtained. Moreover, by adding about 10-300 ppm of phosphorus, boron, etc. to the metal added in advance to the pre-aggregation, it is possible to suppress the coalescence growth of primary particles and to thermally aggregate while maintaining a high surface area. it can. Examples of the form of phosphorus added here include phosphoric acid and phosphorous ammonium hexafluoride.
ついで、熱凝集で得られたケーキ状の粉体を、大気中または不活性ガス中で解砕した後マグネシウム等の還元剤を加え、粒子中の酸素と還元剤を反応させ、脱酸素を行う。
脱酸素はアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で、還元剤の融点以上、沸点以下の温度で、１〜３時間行う。そして、その後の冷却中にアルゴンガスに空気を導入して窒素含有金属粉末の徐酸化安定化処理を行った後、粉末中に残留しているマグネシウム、酸化マグネシウム等の還元剤由来の物質を酸洗浄して除去する。
Next, the cake-like powder obtained by thermal aggregation is crushed in the air or in an inert gas, and then a reducing agent such as magnesium is added to react the oxygen in the particles with the reducing agent to deoxygenate. .
Deoxygenation is performed in an inert gas atmosphere such as argon at a temperature not lower than the melting point of the reducing agent and not higher than the boiling point for 1 to 3 hours. Then, air is introduced into the argon gas during the subsequent cooling to perform the slow oxidation stabilization treatment of the nitrogen-containing metal powder, and then the reducing agent-derived substance such as magnesium and magnesium oxide remaining in the powder is acidified. Wash and remove.
このようにして熱凝集、脱酸素、徐酸化安定化処理を行った窒素含有金属粉末に、バインダーとして３〜５質量％程度のショウノウ（Ｃ１０Ｈ１６Ｏ）等を加えてプレス成形し、ついで、１０００〜１４００℃で０．３〜１時間程度加熱して焼結し、多孔質焼結体を製造する。なお、焼結温度は、金属の種類や粉末の比表面積に応じて適宜設定できる。
この多孔質焼結体をアノード電極として使用する場合には、窒素含有金属粉末をプレス成形する前に、この粉末中にリード線を埋め込んでプレス成形し、焼結して、リード線を一体化させる。そして、これを例えば温度３０〜９０℃、濃度０．１質量％程度のリン酸、硝酸等の電解溶液中で、４０〜８０ｍＡ／ｇの電流密度で２０〜６０Ｖまで昇圧して１〜３時間処理し、化成酸化を行って、固体電解コンデンサ用のアノード電極に使用する。
さらに、公知の方法で二酸化マンガン、酸化鉛や導電性高分子等の固体電解質層、グラファイト層、銀ペースト層を多孔質焼結体上に順次形成し、ついでその上に陰極端子をハンダ付けなどで接続した後、樹脂外被を形成することにより固体電解コンデンサが得られる。
In this way thermal aggregation, deoxygenation, the gradual oxidation stabilization treatment of the nitrogen-containing metallic powder which went to press molding 3 to 5 wt% of camphor and (C 10 H 16 O) or the like added as a binder, followed The porous sintered body is produced by heating and sintering at 1000 to 1400 ° C. for about 0.3 to 1 hour. The sintering temperature can be appropriately set according to the type of metal and the specific surface area of the powder.
When using this porous sintered body as an anode electrode, before press-molding the nitrogen-containing metal powder, the lead wire is embedded in the powder, press-molded, sintered, and the lead wire is integrated. Let Then, the pressure is increased to 20 to 60 V at a current density of 40 to 80 mA / g in an electrolytic solution such as phosphoric acid and nitric acid having a temperature of 30 to 90 ° C. and a concentration of about 0.1% by mass for 1 to 3 hours. It is processed, subjected to chemical oxidation, and used as an anode electrode for a solid electrolytic capacitor.
Furthermore, a solid electrolyte layer such as manganese dioxide, lead oxide or conductive polymer, a graphite layer, and a silver paste layer are sequentially formed on the porous sintered body by a known method, and then a cathode terminal is soldered thereon. Then, a solid electrolytic capacitor is obtained by forming a resin jacket.
このような窒素含有金属粉末は、窒素含有金属粉末中の窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と、窒素含有金属粉末のＢＥＴ法により測定された比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓが、５００〜３０００であるので、比表面積Ｓの大きさにかかわらず、適量の窒素を有し、粒子中に過剰の窒素を含有しない。よって、窒素量が過剰な場合に生成しやすい結晶性窒化物をほとんど有することなく、金属に固溶した状態で窒素を含有できる。よって、このような窒素含有金属粉末をアノード電極原料とすることによって、高容量で、漏れ電流が少なく、長期の信頼性に優れた固体電解コンデンサを得ることができる。また、このような結晶性窒化物をほとんど含有しない窒素含有金属粉末は、アノード電極を製造する際のプレス成形において、金型を傷めることもない。 Such nitrogen-containing metallic powder is a nitrogen content W of the nitrogen-containing metallic powder [ppm], the ratio W / S of the nitrogen-containing metal specific surface area measured by the BET method of a powder S [m 2 / g] 500 to 3000, it has an appropriate amount of nitrogen regardless of the size of the specific surface area S, and does not contain excessive nitrogen in the particles. Therefore, nitrogen can be contained in a solid solution state with almost no crystalline nitride that is easily generated when the amount of nitrogen is excessive. Therefore, by using such a nitrogen-containing metal powder as an anode electrode raw material, a solid electrolytic capacitor having a high capacity, a small leakage current, and excellent long-term reliability can be obtained. In addition, such a nitrogen-containing metal powder containing almost no crystalline nitride does not damage the mold in press molding when manufacturing the anode electrode.
また、このような窒素含有金属粉末は、金属を含む金属塩を、溶融した希釈塩１４中で還元剤と反応させて還元し、金属を生成させる際に、金属塩と還元剤と希釈塩１４とを含む反応融液に接する空間に窒素含有ガスを導入して、金属を生成させるとともに金属に窒素を含有させる方法により製造できる。このような方法によれば、窒素との接触が還元直後の金属に限定されるとともに、その接触の程度も適度に制御でき、少量の窒素を均一に有する窒素含有金属粉末を製造することができる。また、窒素を導入するための工程を別途必要としないため、生産性にも優れる。
Further, when such a nitrogen-containing metal powder is reduced by reacting a metal salt containing a metal with a reducing agent in the molten
以下、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。
［実施例１］
図１のような構成の５０Ｌの反応器１０に、希釈塩１４であるフッ化カリウムと塩化カリウムを各１５ｋｇ入れた。ついで、窒素含有ガスとして純窒素ガス（純度９９．９９９％）を、３Ｌ／分の流量で窒素含有ガス導入管１２から導入し窒素含有ガス排出管１３から排出させて反応器１０内を窒素雰囲気に保ちながら希釈塩を８５０℃に加熱して溶融した。
ついで、金属塩投入口１１ａから反応器１０内に、１回あたりフッ化タンタルカリウム２００ｇを添加し、１分後、溶解したナトリウムを還元剤投入口１１ｂから５８ｇ添加し、６分間反応させた。この操作を３０回繰り返した。なお、この間、反応器１０内を窒素雰囲気に維持するとともに、攪拌翼１５で攪拌した。
攪拌翼１５の回転数は１５０ｒｐｍとした。
還元反応終了後冷却し、得られた集塊を砕き、弱酸性水溶液で洗浄し、タンタル粒子を得た。さらに、フッ酸と過酸化水素を含む洗浄液で精製処理した。タンタルの還元粒子の収量は２．４ｋｇであった。
Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples.
[Example 1]
15 kg each of potassium fluoride and potassium chloride, which are
Next, 200 g of potassium tantalum fluoride was added into the
The rotation speed of the
After the reduction reaction, the mixture was cooled, and the resulting agglomerate was crushed and washed with a weakly acidic aqueous solution to obtain tantalum particles. Further, purification was performed with a cleaning solution containing hydrofluoric acid and hydrogen peroxide. The yield of reduced particles of tantalum was 2.4 kg.
次に、得られたタンタル粉末（乾燥品）１００ｇに振動を与えながら全体が均一に濡れるまで水を添加して団塊とし、予備凝集を行った。この際、タンタルに対して約１００ｐｐｍになるようにリン酸をあらかじめ添加しておいた。この場合、団塊になる水量はおおよそ２５ｍｌであった。ついで、この団塊を真空加熱炉で１２００℃で１時間加熱し、熱凝集させた。
そして、熱凝集させた団塊を、まず、セラミック製のロールクラッシャーで粗砕し、さらに、アルゴン雰囲気中でピンミルで粒径２５０μｍ以下に粉砕した。
粉砕物１００ｇに３ｇのマグネシウムチップを混合し、アルゴン雰囲気の加熱炉中で８００℃で２時間保持し、タンタル中の酸素とマグネシウムを反応させ、脱酸素を行った。そして、その後の冷却過程でアルゴンガス中に空気を導入しタンタル粉末の徐酸化安定処理を行い、炉から取り出した。取り出した粉末を硝酸水で洗浄し、マグネシウムと酸化マグネシウムを洗浄し、除去した。
このようにして得られたタンタル粉末のＢＥＴ法比表面積Ｓ、窒素量Ｗ、Ｗ／Ｓ、一次粒子の平均粒子径は表１に示す値であった。また、このタンタル粉末のＸ線回折の解析より、含まれる窒素の形態は金属に固溶した状態であることがわかった。また、窒素を含む化合物の結晶相は認められなかった。Ｔａ（１１０）面の面間隔は０．２３４００ｎｍ（＝２．３４００Å）であった。
Next, water was added to 100 g of the obtained tantalum powder (dried product) while vibration was applied until the whole was evenly wet to form a nodule, and preliminary aggregation was performed. At this time, phosphoric acid was previously added so as to be about 100 ppm with respect to tantalum. In this case, the amount of water that became a baby boom was approximately 25 ml. Subsequently, this baby nodule was heated at 1200 ° C. for 1 hour in a vacuum heating furnace to cause thermal aggregation.
The thermally agglomerated nodules were first roughly crushed with a ceramic roll crusher and further pulverized to a particle size of 250 μm or less with a pin mill in an argon atmosphere.
3 g of magnesium chips were mixed with 100 g of the pulverized product, and kept at 800 ° C. for 2 hours in a heating furnace in an argon atmosphere to cause oxygen and magnesium in tantalum to react with each other to perform deoxygenation. Then, in the subsequent cooling process, air was introduced into the argon gas, the tantalum powder was subjected to a slow oxidation stabilization treatment, and then removed from the furnace. The extracted powder was washed with aqueous nitric acid, and magnesium and magnesium oxide were washed and removed.
The BET method specific surface area S, nitrogen amount W, W / S, and average particle diameter of primary particles of the tantalum powder thus obtained were values shown in Table 1. Moreover, from the analysis of X-ray diffraction of this tantalum powder, it was found that the form of nitrogen contained was in a state of solid solution in metal. Moreover, the crystal phase of the compound containing nitrogen was not recognized. The spacing of the Ta (110) plane was 0.23400 nm (= 2.3400 mm).
（多孔質焼結体の作成）
ついで、このタンタル粉末０．１５ｍｇに、バインダーとしてショウノウ２質量％を添加、混合し、プレス成形して直径３ｍｍ、密度４．５ｇ／ｃｍ３の成形体を作成した。そして、この成形体を真空焼結炉で１３５０℃、２０分の条件で加熱して多孔質焼結体を製造した。
（化成酸化条件）
得られた多孔質焼結体を１０質量％リン酸水溶液中で、化成電圧２０Ｖ、温度９０℃、保持時間１２０分で化成酸化（陽極酸化）し、誘電体酸化膜を形成した。
（ウェット法電気特性測定）
誘電体酸化膜が形成された多孔質焼結体について、３０．５ｖｏｌ％硫酸水溶液にて、バイアス電圧１．５Ｖ、周波数１２０Ｈｚで電気容量（ＣＶ値）を測定した。
また、直流漏れ電流（ＤＬＣ）は、１０質量％リン酸水溶液で電圧１４Ｖ、３分後の電流値である。
結果を表１に示す。
(Creation of porous sintered body)
Next, 2% by mass of camphor was added to 0.15 mg of this tantalum powder, mixed, and press molded to produce a molded body having a diameter of 3 mm and a density of 4.5 g / cm 3 . And this molded object was heated on 1350 degreeC and the conditions for 20 minutes with the vacuum sintering furnace, and the porous sintered compact was manufactured.
(Chemical oxidation conditions)
The obtained porous sintered body was subjected to chemical oxidation (anodic oxidation) in a 10% by mass phosphoric acid aqueous solution at a chemical conversion voltage of 20 V, a temperature of 90 ° C., and a holding time of 120 minutes to form a dielectric oxide film.
(Wet method electrical characteristics measurement)
With respect to the porous sintered body on which the dielectric oxide film was formed, the electric capacity (CV value) was measured with a 30.5 vol% sulfuric acid aqueous solution at a bias voltage of 1.5 V and a frequency of 120 Hz.
Further, the direct current leakage current (DLC) is a current value after a voltage of 14 V and 3 minutes in a 10% by mass phosphoric acid aqueous solution.
The results are shown in Table 1.
［実施例２］
窒素含有ガスとして純窒素ガス（純度９９．９９９％）の代わりに、窒素５０ｖｏｌ％とアルゴン５０ｖｏｌ％の混合ガスを窒素含有ガス導入管１２から導入した以外は実施例１と同様にしてタンタル粉末を得た。
このようにして得られたタンタル粉末のＢＥＴ法比表面積Ｓ、窒素量Ｗ、Ｗ／Ｓ、一次粒子の平均粒子径は表１に示す値であった。また、このタンタル粉末のＸ線回折の解析より、含まれる窒素の形態は金属に固溶した状態であることがわかった。また、窒素を含む化合物の結晶相は認められなかった。Ｔａ（１１０）面の面間隔は０．２３４００ｎｍ（＝２．３４００Å）であった。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。
[Example 2]
In place of pure nitrogen gas (purity 99.999%) as the nitrogen-containing gas, a tantalum powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that a mixed gas of 50 vol% nitrogen and 50 vol% argon was introduced from the nitrogen-containing
The BET method specific surface area S, nitrogen amount W, W / S, and average particle diameter of primary particles of the tantalum powder thus obtained were values shown in Table 1. Moreover, from the analysis of X-ray diffraction of this tantalum powder, it was found that the form of nitrogen contained was in a state of solid solution in metal. Moreover, the crystal phase of the compound containing nitrogen was not recognized. The spacing of the Ta (110) plane was 0.23400 nm (= 2.3400 mm).
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1.
［実施例３］
フッ化タンタルカリウムおよびナトリウムの１回当たりの添加量をそれぞれ、１２５ｇ、３８ｇとした以外は実施例１と同様にしてタンタル粉末を得た。
このようにして得られたタンタル粉末のＢＥＴ法比表面積Ｓ、窒素量Ｗ、Ｗ／Ｓ、一次粒子の平均粒子径は表１に示す値であった。また、このタンタル粉末のＸ線回折の解析より、含まれる窒素の形態は金属に固溶した状態であることがわかった。また、窒素を含む化合物の結晶相は認められなかった。Ｔａ（１１０）面の面間隔は０．２３４００ｎｍ（＝２．３４００Å）であった。
そして、焼結温度を１３００℃とした以外は実施例１と同様にして、多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。
[Example 3]
Tantalum powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition amounts of potassium tantalum fluoride and sodium per time were 125 g and 38 g, respectively.
The BET method specific surface area S, nitrogen amount W, W / S, and average particle diameter of primary particles of the tantalum powder thus obtained were values shown in Table 1. Moreover, from the analysis of X-ray diffraction of this tantalum powder, it was found that the form of nitrogen contained was in a state of solid solution in metal. Moreover, the crystal phase of the compound containing nitrogen was not recognized. The spacing of the Ta (110) plane was 0.23400 nm (= 2.3400 mm).
And the electrical characteristic measurement by the manufacture of a porous sintered compact, chemical conversion oxidation, and the wet method was performed like Example 1 except having made sintering temperature 1300 degreeC.
［実施例４］
実施例１と同じ反応器１０を使用して、金属塩原料としてフッ化タンタルカリウムの代わりにフッ化ニオブカリウムを使用してニオブ粉末を得た。
なお、反応器１０内への１回あたりのフッ化ニオブカリウム添加量は３００ｇ、１回あたりのナトリウム添加量は１１５ｇとした。これらの添加の際には、反応融液の温度を測定し、温度上昇曲線を観察しながら反応完了時間（約１２分）まで保持した。この操作を１２回繰り返した。なお、その他の条件は実施例１と同じである。
その後、実施例１と同様にして、ニオブ粉末を得た。その収量は１．１ｋｇであった。なお、この時点でのニオブ粉末のＢＥＴ法比表面積Ｓは３．８ｍ２／ｇ、窒素含有量は３１００ｐｐｍであった。また、この粉末のＸ線回折解析結果において、ニオブ金属以外のピークの存在は認められず、窒素が化合物を形成せずにニオブに固溶していることが確認できた。
次に、得られたニオブ粉末（乾燥品）１００ｇに振動を与えながら全体が均一に濡れるまで水を添加して団塊とし、予備凝集を行った。この際、タンタルに対して約１００ｐｐｍになるようにリン酸をあらかじめ添加しておいた。この場合、団塊になる水量はおおよそ２８ｍｌであった。ついで、この団塊を真空加熱炉で１１５０℃で１時間加熱し、熱凝集させた。
その後は実施例１と同様の方法で、ニオブ粉末を得た。このニオブ粉末のＢＥＴ法比表面積Ｓ、窒素量Ｗ、Ｗ／Ｓ、一次粒子の平均粒子径は表１に示す値であった。
また、この粉末のＸ線回折解析結果においても、ニオブ金属以外のピークは確認できず、窒素がニオブに固溶していることが裏付けられた。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。ただし、成形体を製造する際、使用するニオブ粉末の質量は０．１ｍｇとし、これにショウノウを２質量％添加した。そして、直径３ｍｍ、密度２．８ｇ／ｃｍ３の成形体を製造した。また、焼結温度は１２００℃とした。
[Example 4]
Using the
The amount of potassium niobium fluoride added to the
Thereafter, niobium powder was obtained in the same manner as in Example 1. The yield was 1.1 kg. At this time, the BET specific surface area S of the niobium powder was 3.8 m 2 / g, and the nitrogen content was 3100 ppm. Moreover, in the X-ray diffraction analysis result of this powder, the presence of peaks other than niobium metal was not recognized, and it was confirmed that nitrogen was dissolved in niobium without forming a compound.
Next, 100 g of the obtained niobium powder (dried product) was vibrated and water was added until the whole was uniformly wet to form a nodule, which was pre-agglomerated. At this time, phosphoric acid was previously added so as to be about 100 ppm with respect to tantalum. In this case, the amount of water that became a baby boom was approximately 28 ml. Subsequently, this nodule was heated at 1150 ° C. for 1 hour in a vacuum heating furnace to be thermally aggregated.
Thereafter, niobium powder was obtained in the same manner as in Example 1. The niobium powder had the BET specific surface area S, the nitrogen amount W, W / S, and the average particle diameter of the primary particles as shown in Table 1.
Also, in the X-ray diffraction analysis result of this powder, no peaks other than niobium metal could be confirmed, confirming that nitrogen was dissolved in niobium.
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1. However, when manufacturing a molded object, the mass of the niobium powder to be used was 0.1 mg, and 2 mass% of camphor was added thereto. And the molded object of diameter 3mm and density 2.8g / cm < 3 > was manufactured. The sintering temperature was 1200 ° C.
［比較例１］
反応器１０内に純窒素ガスを流通させるかわりに、反応融液中に窒素含有ガス供給ノズルを浸漬して、ここから純窒素ガスを反応融液内にバブリングした（流量：３Ｌ／分）以外は実施例１と同様にして、タンタル粉末を得た。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。
[Comparative Example 1]
Instead of circulating pure nitrogen gas in the
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1.
［比較例２］
反応器１０内に純窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスを流通させるかわりに、反応融液中に窒素含有ガス供給ノズルを浸漬して、ここから混合ガスを反応融液内にバブリングした（流量：３Ｌ／分）以外は実施例２と同様にして、タンタル粉末を得た。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。
[Comparative Example 2]
Instead of circulating a mixed gas of pure nitrogen gas and argon gas in the
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1.
［比較例３］
反応器１０内に純窒素ガスを流通させるかわりに、反応融液中に窒素含有ガス供給ノズルを浸漬して、ここから純窒素ガスを反応融液内にバブリングした（流量：３Ｌ／分）以外は実施例３と同様にして、タンタル粉末を得た。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。
[Comparative Example 3]
Instead of circulating pure nitrogen gas in the
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1.
［比較例４］
反応器１０内に純窒素ガスを流通させるかわりに、反応融液中に窒素含有ガス供給ノズルを浸漬して、ここから純窒素ガスを反応融液内にバブリングした（流量：３Ｌ／分）以外は実施例４と同様にして、ニオブ粉末を得た。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。
[Comparative Example 4]
Instead of circulating pure nitrogen gas in the
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1.
［比較例５］
反応器１０内に純窒素ガスを流通させるかわりに、窒素を含有しないアルゴンガスを流通させた以外は実施例４と同じ条件でニオブ粉末を得た。得られたニオブ粉末には、表１に示すように、２５０ｐｐｍの窒素が含まれたが、これは、強制的に導入された窒素ではなく、空気中の窒素に由来するものである。
そして、実施例１と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化、ウェット法による電気特性測定を行った。結果を表１に示す。
[Comparative Example 5]
A niobium powder was obtained under the same conditions as in Example 4 except that an argon gas containing no nitrogen was circulated in place of the pure nitrogen gas in the
Then, in the same manner as in Example 1, production of the porous sintered body, chemical conversion oxidation, and electrical property measurement by a wet method were performed. The results are shown in Table 1.
表１に示したように実施例１〜４では、窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓが５００〜３０００である窒素含有タンタル粉末または窒素含有ニオブ粉末が得られたが、比較例１〜５で得られた粉末は、窒素量Ｗ［ｐｐｍ］と比表面積Ｓ［ｍ２／ｇ］との比Ｗ／Ｓがいずれも上記範囲外であった。
そして、実施例１〜４で得られたタンタル及びニオブ粉末は、電気特性評価において、直流漏れ電流（ＤＬＣ）、比漏れ電流（ＤＬＣ／ＣＶ）が対応する各比較例に比べて小さく、その性能が改良されていた。
As shown in Table 1, in Examples 1 to 4, the nitrogen-containing tantalum powder or the nitrogen-containing niobium having a ratio W / S of the nitrogen amount W [ppm] and the specific surface area S [m 2 / g] of 500 to 3000 Although the powder was obtained, the ratio W / S of the nitrogen amount W [ppm] and the specific surface area S [m 2 / g] of the powders obtained in Comparative Examples 1 to 5 was outside the above range. .
The tantalum and niobium powders obtained in Examples 1 to 4 are smaller in the electrical characteristics evaluation than the corresponding comparative examples in terms of DC leakage current (DLC) and specific leakage current (DLC / CV). Has been improved.
１４：希釈塩 14: Diluted salt
Claims (8)
前記金属塩と前記還元剤と前記希釈塩とを含む反応融液に接する空間に、窒素含有ガスを導入して、
前記金属を生成させるとともに前記金属に前記窒素を含有させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の窒素含有金属粉末の製造方法。 In the method of reducing the metal salt containing the metal by reacting with a reducing agent in a molten diluted salt to produce the metal,
Introducing a nitrogen-containing gas into a space in contact with the reaction melt containing the metal salt, the reducing agent, and the diluted salt,
The method for producing a nitrogen-containing metal powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the metal is produced and the nitrogen is contained in the metal.
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