KR100484686B1 - Method of Making Tantalum Metal Powder With Controlled Size Distribution and Products Made Therefrom - Google Patents
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Abstract
보다 작은 입자의 응집체를 포함하는 탄탈륨 분말을 크기 조절(분쇄)하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에 의해 부피 평균 직경, MV(Microtrac 분석법과 같은 광산란법에 의해 측정한다(미크론 단위))에 비표면적 BET(m2/g)을 곱한 값이 약 25 미만인, 분쇄된 상태의 응집체 입자 분포를 갖는 탄탈륨 분말이 얻어진다. 이들 분말은 크기 조절된 후 전형적으로 스코트 벌크 밀도 : BET 표면적의 비가 약 20 내지 약 35의 비이다. 모든 제조 단계에서, 즉 크기 조절(즉, 분쇄에 의한 탈응집화), 열 응집화(즉, 열처리), 및 탈산소화 단계 이후에 비교적 제한적인, 보다 바람직하게는 단일 정점의 응집 크기 분포를 갖는 탄탈륨 분말이다. 이와 같이 얻어진 분말은 큰 표면적, 및 우수한 유동성을 갖고, 소결시에 높은 다공성과 함께 조절된 수축성을 나타낸다. 또한, 부피 평균 직경 MV(미크론 단위)에 비표면적 BET(m2/g 단위)을 곱한 값이 약 90 내지 약 250이고, 응집 입도를 갖는 크기 조절되고 열처리된 기본 로트 탄탈륨 금속 분말이 제공된다. 또한, 부피 평균 직경 MV(미크론 단위)에 비표면적 BET(m2/g 단위)을 곱한 값이 약 90 내지 약 250이고, 탈산소화된 크기 조절되고 응집된 탄탈륨 분말이 제공된다.The present invention relates to a method for controlling the size (pulverization) of tantalum powder containing aggregates of smaller particles, and the specific surface area of the volume average diameter, MV (measured by light scattering methods such as Microtrac analysis (micron units)) by this method. A tantalum powder having agglomerated particle distribution in the pulverized state is obtained, wherein the product of BET (m 2 / g) is less than about 25. These powders typically have a ratio of Scott bulk density to BET surface area of about 20 to about 35 after being sized. At all stages of manufacture, i.e., having a relatively limited, more preferably single peak aggregation size distribution after the size control (ie, deagglomeration by grinding), thermal coagulation (ie, heat treatment), and deoxygenation steps. Tantalum powder. The powder thus obtained has a large surface area and excellent fluidity and exhibits controlled shrinkage with high porosity upon sintering. In addition, a sized and heat treated basic lot tantalum metal powder having a volume average diameter MV (in microns) multiplied by a specific surface area BET (in m 2 / g) is about 90 to about 250 and has a cohesive particle size. In addition, a volume average diameter MV (micron unit) multiplied by a specific surface area BET (m 2 / g unit) is about 90 to about 250, providing a deoxygenated sized and aggregated tantalum powder.
Description
본 발명은 탄탈륨 금속 분말의 크기 조절 방법, 및 그에 의해 제조되는 분말에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 탄탈륨 분말의 크기 조절 방법 및 소결화 다공체의 제조에 사용하기 적합한, 예를 들면 축전기(capacitor) 전극으로서 유용한 탄탈륨 분말에 관한 것이다. The present invention relates to a method for controlling the size of tantalum metal powder, and to a powder produced thereby. More particularly, the present invention relates to tantalum powders useful as, for example, capacitor electrodes suitable for use in the process for controlling the tantalum powder and for the production of sintered porous bodies.
다수의 응용 중에서, 탄탈륨 분말은 일반적으로 축전기 전극의 제조에 사용된다.Among many applications, tantalum powder is generally used for the manufacture of capacitor electrodes.
탄탈륨 축전기 전극은 특히 전자 회로의 소형화에 크게 기여해왔다. 이와 같은 축전기 전극은 전형적으로, 전극 리드 와이어를 이용해 응집된 탄탈륨 분말을 금속의 원래 밀도의 반 미만으로 압축하여 펠렛을 형성하는 단계, 상기 펠렛을 노에서 소결하여 다공체(즉, 전극)을 형성하는 단계, 및 이어서 다공체를 적합한 전해질에서 애노드 처리하여 소결체 상에 연속적인 유전성 산화 막을 형성하는 단계에 의해 제조된다. 애노드 처리된 다공체는 이어서 캐소드 재료로 함침되고, 캐소드 리드 와이어에 접속되고 캡슐화된다.Tantalum capacitor electrodes have contributed greatly to the miniaturization of electronic circuits in particular. Such capacitor electrodes typically compress the agglomerated tantalum powder to less than half the original density of the metal using an electrode lead wire to form pellets, which sinter the pellets in a furnace to form a porous body (ie, an electrode). And then the porous body is anodized in a suitable electrolyte to form a continuous dielectric oxide film on the sintered body. The anodized porous body is then impregnated with cathode material, connected to the cathode lead wire and encapsulated.
제1 입도 및 응집체의 크기(응집체는 보다 작은 제1 입자의 클러스터이다),및 분말의 제1 입도 및 응집체의 크기 분포는, 다공체가 제조되는 후속적인 소결 방법의 효율 및 효능, 그리고 상기 다공체가 혼입되는 전해질 축전기와 같은 기능성 제품의 전기적 특성에서 중요한 요소이다.The first particle size and the size of the agglomerate (aggregates are clusters of smaller first particles), and the first particle size and the size distribution of the agglomerates of the powder, the efficiency and efficacy of the subsequent sintering process in which the porous body is produced, and It is an important factor in the electrical properties of functional products such as incorporating electrolyte capacitors.
축전기 전극 및 유사한 제품의 제조를 위한 목적하는 특성을 갖는 탄탈륨 금속 분말을 얻기 위한 시도에 있어서, 선행 기술의 분말은 이들 분말이 제조되는 방법에 의해 제한되었다. 최근에, 예를 들어 탄탈륨 분말이 일반적으로 기계적 방법 또는 화학적 방법 중 어느 한 방법에 의해 제조된다. 기계적 방법은, 탄탈륨을 전자 빔 용융하여 주괴를 형성하고, 상기 주괴를 수소화하고, 상기 수소화물을 미분쇄하고, 이어서 탈수소화하고, 분쇄하고, 그리고 열처리하는 단계를 포함한다. 이 방법은 일반적으로 높은 전압 또는 높은 신뢰성이 요구되는 축전기 응용에 사용되는, 고순도의 분말을 제조한다. 그러나, 기계적 방법은 고가의 생산비로 인한 문제점이 있다. 또한, 기계적 방법에 의해 제조되는 탄탈륨 분말은 표면적이 작다.In attempts to obtain tantalum metal powders with the desired properties for the production of capacitor electrodes and similar products, the powders of the prior art have been limited by the way these powders are made. Recently, tantalum powders, for example, are generally produced by either mechanical or chemical methods. The mechanical method includes electron beam melting of tantalum to form an ingot, hydrogenating the ingot, pulverizing the hydride, and then dehydrogenating, pulverizing, and heat treating. This method produces powders of high purity, which are generally used in capacitor applications where high voltage or high reliability is required. However, the mechanical method has a problem due to the expensive production cost. In addition, tantalum powder produced by the mechanical method has a small surface area.
탄탈륨 분말의 제조에 일반적으로 사용되는 다른 방법은 화학적 방법이다. 축전기에 사용하기에 적합한 탄탈륨 분말의 제조를 위한 화학적 방법은 당업계에 공지되어 있다. 바타니안(Vartanian)에게 허여된 미국 특허 제4,067,736호, 및 레라트(Rerat)에게 허여된 미국 특허 제4,149,876호에는 칼륨 플루오로탄탈레이트, K2TaF7의 나트륨 환원을 포함하는 화학적 제조 방법에 대해 상세히 개시되어 있다. 또한, 전형적인 기술에 대한 개관이 베르그만(Bergman) 등에게 허여된 미국 특허 제4,684,399호 및 장(Chang)에게 허여된 미국 특허 제5,234,491호에 기재되어 있다.Another method commonly used for the production of tantalum powder is the chemical method. Chemical methods for the preparation of tantalum powders suitable for use in capacitors are known in the art. US Pat. No. 4,067,736 to Vartanian, and US Pat. No. 4,149,876 to Rerat, disclose methods for chemical preparations involving sodium reduction of potassium fluorotantalate, K 2 TaF 7 . It is disclosed in detail. An overview of typical techniques is also described in US Pat. No. 4,684,399 to Bergman et al. And US Pat. No. 5,234,491 to Chang.
화학적 방법에 의해 제조되는 탄탈륨 분말이 기계적 방법에 의해 제조되는 분말에 비해 더 큰 표면적을 가지므로, 화학적 방법에 의해 제조되는 탄탈륨 분말이 축전기에 사용되기에 매우 적합하다. 화학적 방법은 일반적으로 환원제로 탄탈륨 화합물을 화학적으로 환원하는 것을 포함한다. 전형적인 환원제로는 수소 및 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 및 칼슘과 같은 활성 금속이 있다. 전형적인 탄탈륨 화합물로는 칼륨 플루오로탄탈레이트(K2TaF7), 나트륨 플루오로탄탈레이트(Na2TaF7), 탄탈륨 펜타클로라이드(TaCl5), 탄탈륨 펜타플루오라이드(TaF5), 및 이들의 혼합물이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 가장 일반적인 화학적 방법은 액체 나트륨을 사용하는 K2TaF7의 환원이다.Since tantalum powders produced by chemical methods have a larger surface area than powders produced by mechanical methods, tantalum powders produced by chemical methods are very suitable for use in capacitors. Chemical methods generally include chemically reducing tantalum compounds with a reducing agent. Typical reducing agents include hydrogen and active metals such as sodium, potassium, magnesium, and calcium. Typical tantalum compounds include potassium fluorotantalate (K 2 TaF 7 ), sodium fluorotantalate (Na 2 TaF 7 ), tantalum pentachloride (TaCl 5 ), tantalum pentafluoride (TaF 5 ), and mixtures thereof There is, but is not limited to this. The most common chemical method is the reduction of K 2 TaF 7 with liquid sodium.
화학적으로 환원된 분말은 본원에서 "기본 로트 분말"로 명명되고, 전형적으로 보다 작은 제1 탄탈륨 입자의 응집체 또는 클러스터를 포함한다. 이들 클러스터 또는 응집체는 본원에서 "기본 로트 응집체"로 명명된다. 이들 기본 로트 응집체의 제1 입도는 일반적으로 약 0.1 내지 약 5 미크론 크기의 범위이다. 통상의 탄탈륨 분말의 기본 로트 응집체에 대한 크기 분포를 비교예로서 도 1에 나타낸다. 기본 로트 분말의 기본 로트 응집체 크기 분포는 통상적으로 다중 분산되고 실질적으로 2중 정점(bimodal)이 된다. 본원에서 정의된 "다중 분산"이라는 용어는 다양한 범위의 수치를 갖는 넓은 분산을 의미하고, "2중 정점"라는 용어는 2개의 정점을 갖는 형태로 분산됨을 의미한다(즉, 주변 수치에 비해 현저히 빈번한 2종의 상이한 수치가 존재한다).Chemically reduced powders are referred to herein as "basic lot powders" and typically comprise aggregates or clusters of smaller first tantalum particles. These clusters or aggregates are referred to herein as "basic lot aggregates". The first particle size of these basic lot aggregates generally ranges from about 0.1 to about 5 microns in size. The size distribution with respect to the basic lot aggregate of normal tantalum powder is shown in FIG. 1 as a comparative example. The base lot aggregate size distribution of the base lot powder is typically multidispersed and substantially bimodal. The term "multivariate" as defined herein means a wide dispersion having a wide range of values, and the term "double vertex" means dispersed in a form having two vertices (i.e. significantly Frequent two different values).
기본 로트 분말은 전형적으로 열처리되고, 미분쇄되고, 또는 분쇄되고, 그리고 마그네슘과의 반응에 의해 탈산소화된다. 본원에서 때때로 "열처리 및 탈산소화된 분말" 또는 "마무리처리된 분말"로 명명되는 최종 생성물은 "열처리 및 탈산소화된 응집체"로 명명될 수 있는 약간의 응집체를 포함한다. The base lot powder is typically heat treated, pulverized or ground, and deoxygenated by reaction with magnesium. The final product, sometimes referred to herein as "heat treated and deoxygenated powder" or "finished powder", includes some aggregates that may be termed "heat treated and deoxygenated aggregates".
축전기용 애노드와 같은 다공체가 제조되도록, 이와 같은 형태의 생성물이 압축 및 소결될 수 있다. 그러나, 열처리 및 탈산소화된 탄탈륨의 분말로부터 제조된 축전기 전극은 불균일한 소결 및 가변적인 다공 분포의 문제점이 있다.Products of this type can be compressed and sintered such that porous bodies such as anodes for capacitors are produced. However, capacitor electrodes made from powders of heat treated and deoxygenated tantalum suffer from nonuniform sintering and variable pore distribution.
상기된 방법은 일반적으로 도 15에 포함된 개략적인 블록 다이어그램에 의해 설명된다.The above described method is generally illustrated by the schematic block diagram included in FIG. 15.
마무리처리된 탄탈륨 분말의 최종적인 표면적이 축전기의 제조에서 중요한 요소이다. 탄탈륨(예를 들면) 축전기의 하전력(CV)(전형적으로 마이크로패러드-볼트로 측정됨)이 소결 및 애노드 처리 후의 총 표면적에 직접적으로 관계된다. 표면적이 큰 축전기가 바람직한데, 이는 표면적이 클수록, 축전기의 하전력이 커지기 때문이다. 물론, 펠렛 당 분말의 양(g)을 증가시켜 보다 큰 순표면적을 얻을 수 있다. 이를 달성하기 위한 일 방법은 소결 전에 다공질 펠렛이 형성되도록 보다 다량의 탄탈륨 분말을 가압하는 것이다. 그러나, 일정한 펠렛 크기로 압출될 수 있는 분말의 양이 고유하게 한정되므로, 이와 같은 접근 방법은 제한적이다. 일반적인 압축비보다 큰 비로 압축된 펠렛에 의해, 밀폐되고 불균일한 공극을 포함하는 조악한 다공 분포를 갖는 애노드가 얻어진다. 개방형의 균일한 공극이 캐소드 형성을 위한 펠렛의 애노드 처리 및 함침 처리 단계에서 중요한다.The final surface area of the finished tantalum powder is an important factor in the manufacture of the capacitor. The lower power (CV) of a tantalum (eg) capacitor (typically measured in microfarad-volts) is directly related to the total surface area after sintering and anode treatment. Capacitors with a large surface area are preferred because the larger the surface area, the greater the unloading power of the capacitor. Of course, larger net surface areas can be obtained by increasing the amount of powder (g) per pellet. One way to achieve this is to pressurize a larger amount of tantalum powder so that porous pellets are formed before sintering. However, this approach is limited because the amount of powder that can be extruded to a given pellet size is inherently limited. By pellets compressed to a ratio greater than the general compression ratio, an anode having a poor pore distribution comprising a closed and nonuniform void is obtained. Open uniform voids are important in the anode and impregnation treatment steps of pellets for cathode formation.
펠렛 제조를 위해 사용되는 탄탈륨 분말의 양을 증가시키기 위한 다른 방법으로서, 보다 큰 비표면적을 갖는 탄탈륨 분말을 발견하는데 개발 노력을 집중해 왔다. 이들 분말의 비표면적을 증가시킴으로서, 보다 적은 양의 탄탈륨 분말을 사용하면서, 보다 큰 정전용량을 갖는 보다 큰 표면적의 애노드가 얻어질 수 있다. 이와 같이 보다 큰 정전용량 수치는 전형적으로, 제조되는 펠렛의 부피를 기준으로 하여 측정된다(즉, CV/cc). 결과적으로, 큰 표면적의 탄탈륨 분말을 사용함으로서, 정전용량의 수준을 동일하게 유지하면서 축전기 크기가 감소될 수 있다. 다르게는, 일정한 축전기 크기에 대해 보다 큰 정전용량이 얻어질 수 있다.As another method to increase the amount of tantalum powder used for pellet production, development efforts have been focused on finding tantalum powders with larger specific surface areas. By increasing the specific surface area of these powders, larger surface area anodes with larger capacitances can be obtained, while using smaller amounts of tantalum powder. Such larger capacitance values are typically measured based on the volume of pellets produced (ie CV / cc). As a result, by using a large surface area tantalum powder, the capacitor size can be reduced while maintaining the same level of capacitance. Alternatively, larger capacitance can be obtained for certain capacitor sizes.
목적하는 작은 제1 입도를 갖고, 그 결과 증가된 표면적을 갖는 분말의 제조를 최대화하려고 시도하는, 각종의 탄탈륨 분말 공정 기술이 수행되어 왔다. 예를 들면, 레라트(Rerat)에 허여된 미국 특허 제4,149,876호는, 액체 나트륨이 K2TaF7의 용융조 및 희석염에 부가되는 환원 공정에서 탄탈륨 분말 생성물의 표면적을 조절하는 기술에 관한 것이다.Various tantalum powder processing techniques have been performed which attempt to maximize the production of powders having a desired small first particle size and, as a result, increased surface area. For example, US Pat. No. 4,149,876 to Rerat relates to a technique for controlling the surface area of tantalum powder products in a reduction process in which liquid sodium is added to a melt bath and dilute salt of K 2 TaF 7 . .
그러나, 증가된 표면적을 갖는 분말을 제조하는 상기의 각종의 다른 분말 공정 기술에 의해서는 또한 넓게 다중 분산된 크기 분포도를 갖는 마무리처리된 탄탈륨 분말이 얻어진다.However, the various other powder processing techniques described above that produce powders with increased surface area also result in finished tantalum powders with widely multidispersed size distributions.
<발명의 요약>Summary of the Invention
본 발명은 탄탈륨 분말을 크기 조절하는 방법을 포함한다. 이 방법은 보다 작은 크기의 제1 입자를 포함하는 응집체를 갖는 탄탈륨 분말, 예를 들면 열처리(예를 들면, 열적 응집화) 전에 화학적 환원에 의해 제조된 분말을 분쇄하는 것을 포함한다.The present invention includes a method for controlling the tantalum powder. This method involves grinding a tantalum powder having an aggregate comprising smaller particles of a first size, for example a powder produced by chemical reduction prior to heat treatment (eg thermal coagulation).
일 태양에서, 본 발명의 방법은 보다 작은 입자의 응집체를 포함하는 탄탈륨 분말을 제조하고, 이 방법에 의해, 부피 평균 직경, MV(Microtrac 분석법과 같은 광산란법에 의해 측정한다(미크론 단위))에 비표면적 BET(m2/g)을 곱한 값이 약 25 미만인, 분쇄된 상태의 응집체 크기 분포를 갖는 탄탈륨 분말이 얻어진다.In one embodiment, the method of the present invention produces a tantalum powder comprising aggregates of smaller particles, and by this method, the volume average diameter, MV (measured by light scattering methods such as Microtrac analysis (micron units)). A tantalum powder with agglomerate size distribution in the pulverized state is obtained with a multiplication of the specific surface area BET (m 2 / g) of less than about 25.
본 발명의 바람직한 태양에서, 응집체가 분쇄되어 특정 범위로 분쇄된 상태의 응집체 크기 분포를 갖는 탄탈륨 입자가 수득된다.In a preferred aspect of the present invention, tantalum particles are obtained having agglomerate size distribution in which the agglomerates are pulverized to a specific range.
바람직하게는, 본 발명에 따라 제조된 생성물은, 모든 제조 단계에서, 즉 크기 조절(즉, 분쇄에 의한 탈응집화), 열 응집화(즉, 열처리), 및 탈산소화 단계 이후에 비교적 제한적인, 보다 바람직하게는 단일 정점의 응집화 크기 분포를 갖는 탄탈륨 분말이다. 이와 같이 얻어진 분말은 큰 표면적, 고순도, 및 우수한 유동성을 갖고, 소결시에 높은 다공성과 함께 조절된 수축성을 나타낸다.Preferably, the product produced according to the invention is relatively limited at all stages of manufacture, ie after size control (ie, deagglomeration by grinding), thermal coagulation (ie, heat treatment), and deoxygenation steps. More preferably tantalum powder having a single peak agglomeration size distribution. The powder thus obtained has a large surface area, high purity, and good flowability, and exhibits controlled shrinkage with high porosity upon sintering.
본 발명은 또한 부피 평균 직경 MV(미크론 단위)에 비표면적 BET(m2/g 단위)을 곱한 값이 약 90 내지 약 250이고, 응집 입도를 갖는 크기 조절되고 열처리된 기본 로트 탄탈륨 금속 분말을 포함한다. 부피 평균 직경 MV(미크론 단위)에 비표면적 BET(m2/g 단위)을 곱한 값이 약 90 내지 약 250이고, 또한 탈산소화된 크기 조절되고 응집된 탄탈륨 분말이 제공된다.The invention also includes a sized and heat treated basic lot tantalum metal powder having a volume average diameter MV (in microns) multiplied by a specific surface area BET (in m 2 / g) of about 90 to about 250 and having a cohesive particle size. do. The volume average diameter MV (in microns) multiplied by the specific surface area BET (in m 2 / g) is from about 90 to about 250, and also provides deoxygenated sized and aggregated tantalum powder.
본 발명은 또한 본 발명에 따라 처리된 분말로부터 제조된 소결 다공체, 이들 분말로부터 제조된 축전기 전극, 및 이들 전극을 포함하는 축전기를 포함한다. 이들 전극 및 축전기는 본원에 그 필수 개시 내용이 참고로 인용된 공동 양도된 미국 특허 제5,217,526호에 기재되어 있다(본 발명의 개선된 사항은 포함되어 있지 않다). 일 태양에서, 이들 축전기는 상기 특허 제4 칼럼, 제28 내지 50행에 기재되고 본원에 참조된 기술에 의해 본질적으로 그의 임의의 단계에서 본 발명에 따라 처리된 기본 로트 분말로부터 제조될 수 있다.The invention also includes sintered porous bodies made from powders treated according to the invention, capacitor electrodes made from these powders, and capacitors comprising these electrodes. These electrodes and capacitors are described in commonly assigned US Pat. No. 5,217,526, the essential disclosure of which is incorporated herein by reference (not including improvements of the present invention). In one aspect, these capacitors can be made from the basic lot powder treated according to the invention in essentially any stage thereof by the technique described in the fourth column, patents 28 to 50 and referenced herein.
전술한 일반적인 기재 및 후술하는 상세한 설명은 본 발명의 전형적인 예로서, 이에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary of the invention and are not intended to be limiting.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 기술된 다음의 상세한 설명으로부터 잘 이해된다.The invention is well understood from the following detailed description set forth in connection with the accompanying drawings.
도 1은 분쇄되지 않은 기본 로트 분말상태의 기본 로트 응집체의 다중 분산되고 실질적으로 2중 정점인 분포와 비교하여, 본 발명에 따라 기본 로트 분말을 분쇄하여 달성된 기본 로트 응집체의 좁고 실질적으로 단일 정점인 크기 분포를 보여준다.1 is a narrow, substantially single vertex of a base lot agglomerate achieved by grinding a base lot powder in accordance with the present invention, compared to a multidisperse and substantially double peak distribution of a base lot agglomerate in an unground base lot powder state. Shows the phosphorus size distribution.
도 2는 본 발명에 따라 처리되지 않은 기본 로트 응집체의 다중 분산 분포와 비교하여, 보르테크(Vortec) 미분쇄 장치 회전 속도에 대한 함수로서 본 발명의 공정에 따른 기본 로트 크기 분포의 변화를 보여 준다. Figure 2 shows the change in the basic lot size distribution according to the process of the present invention as a function of the Vortec grinding mill rotational speed, compared to the multiple dispersion distribution of the basic lot aggregates not treated according to the present invention. .
도 3은 보르테크 미분쇄 장치의 회전 속도에 대한 함수로서 본 발명의 공정에 따라 크기가 조절된 기본 로트 분말의 스코트 벌크(Scott Bulk) 밀도의 변화를 보여 준다.FIG. 3 shows the change in Scott Bulk density of the basic lot powder scaled according to the process of the present invention as a function of the rotational speed of the Bortech grinding mill.
도 4는 크기 조절이 되지 않은 기본 로트 분말의 열적 응집화 및 탈산소화로부터 생성되는 마무리처리된 분말의 열처리 및 탈산소화된 응집체 크기 분포와 비교하여, 본 발명의 공정에 따라 크기 조절된 기본 로트 분말을 열적으로 응집시키고 탈산소화시켜 달성한 마무리처리된 분말의 열처리 및 탈산소화된 응집체 크기 분포의 변화를 보여 준다. Figure 4 is a base lot powder sized in accordance with the process of the present invention, compared to the heat treatment and deoxygenated aggregate size distribution of the finished powder resulting from thermal coagulation and deoxygenation of the base lot powder that is not scaled. Shows the change in heat treatment and deoxygenated aggregate size distribution of the finished powder achieved by thermal agglomeration and deoxygenation.
도 5는 열적 응집화 온도에 대한 함수로서 본 발명의 공정에 따라 크기가 조절된 기본 로트 분말로부터 제조된 마무리처리된 분말의 응집체 크기 분포의 변화를 보여 준다.FIG. 5 shows the change in aggregate size distribution of finished powders prepared from basic lot powders sized according to the process of the present invention as a function of thermal coagulation temperature.
도 6은 도 5에 나타낸 1250℃에서 30분 동안 본 발명의 공정에 따라 크기가 조절된 기본 로트 분말을 열적 응집화 및 탈산소화시켜 제조한 마무리처리된 분말의 응집체 크기 분포의 변화를 선별 전후로 구분하여 보여 준다.FIG. 6 shows the change in aggregate size distribution of the finished powder prepared by thermal coagulation and deoxygenation of the basic lot powder having a size adjusted according to the process of the present invention at 1250 ° C. for 30 minutes shown in FIG. Show it.
도 7은 본 발명에 따라 크기가 조절된 기본 로트 분말의 기본 로트 응집체 크기 분포를 본 발명에 따른 열적 응집화 및 탈산소화 전후로 비교하여 보여 준다.Figure 7 shows the comparison of the basic lot aggregate size distribution of the base lot powder size adjusted according to the present invention before and after thermal coagulation and deoxygenation according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따라 크기 조절되고 열적 응집화 및 탈산소화된 기본 로트 분말을 사용하여 제조한 애노드의 강도 그래프를 보여 준다.8 shows a graph of the strength of an anode made using a base lot powder sized and thermally coagulated and deoxygenated according to the present invention.
도 9는 본 발명에 따라 크기 조절되고 열적 응집화 및 탈산소화된 기본 로트 분말의 다이 충전 속도를 보여 준다.9 shows the die fill rate of the base lot powder sized and thermally coagulated and deoxygenated according to the present invention.
도 10은 본 발명에 따라 크기 조절되고 열적 응집화 및 탈산소화된 기본 로트 분말의 BET 표면적에 대한 함수로서 스코트 벌크 밀도를 보여 준다.Figure 10 shows Scott bulk density as a function of the BET surface area of the base lot powder sized and thermally coagulated and deoxygenated according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따라 크기 조절되고 열적 응집화 및 탈산소화된 기본 로트 분말의 비정전용량에 대한 함수로서 다이 충전 속도를 보여 준다.FIG. 11 shows the die fill rate as a function of the specific capacitance of the base lot powder sized and thermally coagulated and deoxygenated according to the present invention.
도 12는 본 발명에 따라 크기 조절되고 열적 응집화 및 탈산소화된 기본 로트 분말 및 통상적인 방법으로 제조한 분말에 있어 애노드 소결 밀도의 함수로서 부피 효율을 보여 준다.Figure 12 shows the volumetric efficiency as a function of anode sinter density for base lot powders sized and thermally coagulated and deoxygenated according to the present invention and for powders prepared by conventional methods.
도 13은 샘플 ID# A2-B에 대응하는 크기 조절이 되지 않은 기본 로트 탄탈륨 분말의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.FIG. 13 shows a scanning electron micrograph of an unscaled base lot tantalum powder corresponding to Sample ID # A2-B.
도 14는 샘플 ID# A2-BD에 대응하는 본 발명에 따라 크기 조절된 후의 기본 로트 탄탈륨 분말의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다.FIG. 14 shows a scanning electron micrograph of the basic lot tantalum powder after being scaled according to the present invention corresponding to Sample ID # A2-BD.
도 15는 작은 탄탈륨 입자의 응집체를 포함하는 화학적으로 환원된 탄탈륨 기본 로트 분말 제품으로부터 축전기 전극 및 이러한 다른 제품을 제조하는데 적합한 고 표면적 탄탈륨 분말을 제조하는 통상적인 공정을 나타내는 개략적인 블록 다이어그램이다.FIG. 15 is a schematic block diagram illustrating a typical process for making high surface area tantalum powders suitable for making capacitor electrodes and such other products from chemically reduced tantalum based lot powder products comprising aggregates of small tantalum particles.
도 16은 본 발명의 공정의 일 실시태양을 나타내는 개략적인 블록 다이아그램이다.16 is a schematic block diagram illustrating one embodiment of the process of the present invention.
후술하는 크기 분포 범위는 논의되는 특정 입자의 D10 내지 D90 값의 범위로 정의되는데, 여기에서 D10 및 D90 값은 각각 입자/응집체 직경의 10 부피% 및 90 부피%가 그 아래에 속하는 크기 값으로 정의된다.The size distribution range described below is defined as the range of D10 to D90 values of the particular particles discussed, where the D10 and D90 values are defined as size values where 10% by volume and 90% by volume of the particle / aggregate diameter falls below, respectively. do.
본 발명의 공정에 따른 크기 조절된 탄탈륨 분말의 분석 특성 및 물리적 특성의 측정 및 평가에서 다음의 시험방법이 사용되었다. 탄탈륨 분말의 표면적 측정은 표면 분석기[Quantachrome Monosorb Surface Analyzer Model MS12]를 사용한 질소 BET(Brunauer, Emmett, Teller)법을 사용하여 수행하였다. 탄탈륨 분말의 순도는 철, 니켈, 크롬 및 몰리브덴에 대해 5 ppm의 검출 한계를 갖는 당업계에 공지된 방법으로 분광기를 사용하여 측정하였다.The following test methods were used in the measurement and evaluation of the analytical and physical properties of scaled tantalum powders according to the process of the present invention. Surface area measurement of tantalum powder was carried out using nitrogen BET (Brunauer, Emmett, Teller) method using a surface analyzer (Quantachrome Monosorb Surface Analyzer Model MS12). The purity of the tantalum powder was measured using a spectrometer in a method known in the art with a detection limit of 5 ppm for iron, nickel, chromium and molybdenum.
샘플 ID# A2-BDR을 제외하고는 본 발명에서 모든 입자 크기는 분산제를 사용하지 않고 분석기[Leeds & Northrup Microtrac Ⅱ Model 7998]를 사용하는 마이크로트랙 분석에 의해 측정하였다. 그 절차는 샘플 저장조에 탈이온수를 가한 다음 이면 기록을 취하는 단계로 이루어진다. 분석기의 하중 지수 창이 0.88 +/- 0.02(T)의 샘플 농도를 나타낼 때까지 측정하고자 하는 탄탈륨 분말을 샘플 저장조에 가하고, 이때 입자 크기 기록을 취해 즉시 보고하였다. 샘플 ID# A2-BDU의 입자 크기 분포는 상기한 분석기[Leeds & Northrup Microtrac Ⅱ Model 7998]를 사용하지만 초음파를 사용하여 입자가 분산되는 마이크로트랙 분석에 의해 측정하였다. 샘플 ID# A2-BDR의 입자 크기는 기기[Malvern Instruments MasterSizer X Ver. 1.2b]를 사용하여 측정하였다.All particle sizes in the present invention except Sample ID # A2-BDR were measured by microtrack analysis using an analyzer [Leeds & Northrup Microtrac II Model 7998] without using a dispersant. The procedure consists of adding deionized water to the sample reservoir and then taking the backside record. The tantalum powder to be measured was added to the sample reservoir until the load index window of the analyzer indicated a sample concentration of 0.88 +/- 0.02 (T), at which time the particle size record was taken and reported immediately. The particle size distribution of Sample ID # A2-BDU was determined by microtrack analysis using the above-described analyzer [Leeds & Northrup Microtrac II Model 7998] but using ultrasonic waves to disperse the particles. The particle size of Sample ID # A2-BDR was determined using the instrument [Malvern Instruments MasterSizer X Ver. 1.2b].
본 발명은 부피 평균 직경 × 비표면적(MV×BET)이 약 90 내지 약 250의 범위인 응집체 크기 분포를 갖는 탄탈륨 분말을 제조하기 위해 더 작은 입자의 응집체를 포함하는 탄탈륨 분말의 크기 조절에 관한 것이다. 본 발명의 크기 조절된 탄탈륨 분말은 축전기에 사용하기에 특히 적합하다. 바람직하기로는, 본 발명에 따라 제조된 크기 조절된 분말은 응집체 크기 분포가 좁고 더욱 바람직하게는 단일 정점인 탄탈륨 분말이다.The present invention relates to the control of the size of tantalum powder comprising aggregates of smaller particles to produce tantalum powder having an aggregate size distribution having a volume average diameter x specific surface area (MV × BET) in the range of about 90 to about 250. . The scaled tantalum powder of the present invention is particularly suitable for use in capacitors. Preferably, the scaled powders produced according to the invention are tantalum powders with narrow aggregate size distribution and more preferably single peaks.
하나의 실시태양에서, 본 발명의 크기 조절 방법은 기본 로트 응집체를 갖는 탄탈륨로 이루어진 기본 로트 분말을 취하고, (즉시 또는 이와는 달리) 소정의 열처리 또는 소결 조작을 수행하기 전의 공정의 어떠한 시점에서 좁은 응집체 크기 분포를 달성하는 단계를 포함한다. 바람직하기로는, 이 단계는 탄탈륨 기본 로트 분말을 분쇄하여 약 3 내지 5 ㎛의 중간 크기를 갖는 약 0.01 내지 약 20㎛의 분쇄된 응집체 크기를 갖는 분쇄 분말을 제조하는 것에 의해 달성된다. 분쇄후의 이러한 기본 로트 응집체 크기는, 샘플 ID# A2-BD에 따른 크기 조절된 탄탈륨 기본 로트 분말의 15,000배로 확대한 주사 전자 현미경 사진인 도 14에서 볼 수 있다. 비교를 위해, 도 13은 크기 조절되지 않은 샘플 ID# A2-B에 대응하는 탄탈륨 기본 로트 분말의 15,000배로 확대한 주사 전자 현미경 사진을 보여 준다. 이들 현미경 사진으로부터, 본 발명의 공정에 따라 크기 조절된 분말이 더 작은 수의 주요 입자를 포함하는 휠씬 더 작고 더 균일한 응집체 크기를 갖는다는 것을 알 수 있다.In one embodiment, the size control method of the present invention takes a basic lot powder consisting of tantalum having a basic lot aggregate and (at the instant or otherwise) narrow aggregates at any point in the process prior to performing the desired heat treatment or sintering operation. Achieving a size distribution. Preferably, this step is achieved by grinding the tantalum based lot powder to produce a ground powder having a milled aggregate size of about 0.01 to about 20 μm with a median size of about 3 to 5 μm. This basic lot aggregate size after grinding can be seen in FIG. 14, a scanning electron micrograph at 15,000 times magnification of the scaled tantalum based lot powder according to Sample ID # A2-BD. For comparison, FIG. 13 shows a scanning electron micrograph at 15,000 times magnification of the tantalum base lot powder corresponding to unsized Sample ID # A2-B. From these micrographs, it can be seen that the powder sized according to the process of the present invention has a much smaller and more uniform aggregate size comprising a smaller number of main particles.
도 1은 습식 분쇄를 수행하는 고전단 장치인 고속 실험용 블렌드기[Waring Model 31BL40]를 사용하여 본 발명의 공정에 따라 달성된 좁고 단일 정점인 기본 로트 응집체 크기 분포를 보여 준다. 도 2는 건식 분쇄를 수행하는 보르테크 충격 분쇄 장치를 사용하여 본 발명의 공정에 따라 달성된 좁은 기본 로트 응집체 크기 분포를 보여 준다. 이들 분포에 의해 후속적인 분말의 열적 응집화(즉, 열처리) 및 압축물의 소결이 조절된 형태로 이루어질 수 있게 된다. 본 발명에 따르면, 고전단 분쇄법이 가장 바람직한데, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 좁고 단일 정점의 크기 분포를 갖는 분말을 제조하기 때문이다. 이같은 고 전단 방법은 야금술적으로 결합된 입자를 분쇄하는 기계적 및 유압적 전단 응력을 생성하기에 충분한 속도로 회전하는 고속 블레이드를 갖는 장치를 사용하여 수행한다. 전형적으로, 사용되는 선단 속도는 약 3000 내지 약 4000 ft/min이다. 덜 바람직하기는 하지만, 또한 본 발명에 따른 충격 분쇄 방법도 효과적인데, 이는 비록 완전한 단일 정점 형태는 아니지만 본 발명의 부수적인 잇점이 실현될 정도로 여전히 좁은 도 2에 도시된 바와 같은 크기 분포를 가지는 분말을 제조하기 때문이다.1 shows a narrow, single peak base lot aggregate size distribution achieved according to the process of the present invention using a high speed experimental blender [Waring Model 31BL40], which is a high shear device for performing wet grinding. Figure 2 shows a narrow basic lot aggregate size distribution achieved according to the process of the present invention using a Bortech impact milling apparatus that performs dry milling. These distributions allow subsequent thermal coagulation (ie, heat treatment) of the powder and sintering of the compacts to be in controlled form. According to the present invention, the high shear grinding method is most preferred because it produces a powder having a narrow, single peak size distribution as shown in FIG. This high shear method is performed using a device having a high speed blade that rotates at a speed sufficient to produce mechanical and hydraulic shear stresses that break down the metallurgically bonded particles. Typically, the tip speed used is about 3000 to about 4000 ft / min. Although less preferred, the impact crushing method according to the invention is also effective, which is a powder having a size distribution as shown in FIG. 2 which, although not in the form of a complete single peak, is still narrow enough to realize the secondary advantages of the invention. Because it is manufactured.
도 4는 통상적인 방법에 의해 제조된 마무리처리된 분말의 응집체 크기 분포("비교예" 커브)와 본 발명(고 전단 혼합기 사용)에 따른 크기 조절된 기본 로트 분말로부터 제조된 마무리처리된 분말의 응집체 크기 분포를 보여 준다. 통상적인 방법은 다중 분산 분포를 초래하지만, 본 발명의 방법은 전체 분포의 작은 부피 비율에 기여하는 예리한 "말단부"를 갖는 좁은 분포를 초래한다. 도 7은 본 발명에 따라 크기 조절된 기본 로트 분말에서 기인하는 좁은 기본 로트 응집체 크기 분포와, 본 발명에 따라 크기 조절되고 열적 응집화 및 탈산소화된 기본 로트 분말에서 기인하는 좁고 단일 정점인 응집체 크기 분포를 보여 준다.Figure 4 shows the finished powder prepared from agglomerate size distribution ("Comparative" curve) of the finished powder prepared by conventional methods and the sized base lot powder according to the invention (using a high shear mixer). Show the aggregate size distribution. Conventional methods result in multiple dispersion distributions, but the methods of the present invention result in narrow distributions with sharp "ends" that contribute to a small volume fraction of the overall distribution. 7 shows a narrow base lot aggregate size distribution resulting from a base lot powder sized in accordance with the present invention and a narrow, single peak agglomerate size resulting from base lot powder sized and thermally coagulated and deoxygenated according to the present invention. Show the distribution.
상기한 바와 같이, 균일한 소결을 달성하고 최대 표면적을 유지하기 위해, 좁은 응집체 크기 분포를 갖는 금속 분말이 바람직하고, 가장 바람직하기로는 좁고 단일 정점의 분포이다. 또한, 축전기 제조업자가 이들 분말을 더 작은 펠렛 크기로 압축 및 소결하기 때문에, 제어된 수축율 및 다공도가 중요하다. 본 발명에 따라 처리된 분말이, 다중 분산의 크기 분포를 갖는 통상적인 분말에 비해 더욱 양호한 소결 제어를 용이하게 해 주는, 좁은, 더욱 바람직하기로는 좁으면서 단일 정점인 크기 분포를 갖는 마무리처리된 분말을 제조해 주는 것으로 밝혀졌다. 단일 정점의 크기 분포는, 예를 들어 본 발명에 따른 마무리처리된 분말에 대해 도 4 및 5에 도시된 것과 유사한 그래프를 가지는 크기 분포로 정의된다.As mentioned above, in order to achieve uniform sintering and maintain the maximum surface area, metal powders having a narrow aggregate size distribution are preferred, most preferably a narrow, single peak distribution. In addition, controlled shrinkage and porosity are important because capacitor manufacturers compress and sinter these powders into smaller pellet sizes. The powder treated according to the invention has a narrow, more preferably narrow and single peak size distribution which facilitates better sintering control compared to conventional powders having a size distribution of multiple dispersions. It was found to prepare. The size distribution of a single vertex is defined as a size distribution with a graph similar to that shown in FIGS. 4 and 5, for example for a finished powder according to the invention.
수축율은 입자 직경의 함수이기 때문에, 넓은 입자 크기 분포를 갖는 분말은 전형적으로 애노드에서 수축량의 변화를 초래하고, 이는 매우 높은 불균일성과 밀페된 기공을 초래할 수 있다. 이론적으로, 분말이 좁은 입자 크기 분포를 가지기 때문에, 이들 분말로부터 제조된 애노드에는 균일한 수축율이 초래될 것이다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 분말로부터 제조한 축전기는, 통상적인 다중 분산의 탄탈륨 분말을 사용하여 제조한 축전기에 비해 높은 다공도와 균일한 기공 크기로 제어된 수축을 나타낼 것이다.Since shrinkage is a function of particle diameter, powders with a wide particle size distribution typically result in changes in shrinkage at the anode, which can result in very high nonuniformity and hermetic pores. In theory, since powders have a narrow particle size distribution, anodes made from these powders will result in uniform shrinkage. Thus, capacitors made from powders prepared according to the present invention will exhibit controlled shrinkage with higher porosity and uniform pore size than capacitors made using conventional multidisperse tantalum powders.
본 발명의 분쇄공정은, 더 작은 입자의 응집체를 포함하는 탄탈륨 분말에 대해 습 또는 건조 상태에서 고 전단 또는 충격 응력을 가함으로써 수행된다. 다음의 실시예는 본 발명에 따른 습식 및 건식 분쇄 공정을 모두 보여 준다. 크기 조절하고자 하는 바람직한 금속 분말은 화학적 환원법에 의해 제조된 탄탈륨 기본 로트 분말이지만, 다른 방법에 의해 제조된 다른 금속 분말이 본 발명의 방법에 의해 크기 조절될 수 있는 것을 고려하는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 후술하는 특정의 실시예에 한정되지 않고, 당업자가 쉽게 확인할 수 있는 바와 같이 다른 금속 분말과 함께 사용될 수도 있다.The grinding process of the present invention is carried out by applying high shear or impact stress in a wet or dry state to tantalum powder comprising aggregates of smaller particles. The following examples show both wet and dry grinding processes according to the present invention. Preferred metal powders to be sized are tantalum based lot powders prepared by chemical reduction, but it will be appreciated that other metal powders produced by other methods may be sized by the method of the present invention. Thus, the present invention is not limited to the specific examples described below, and may be used with other metal powders as can be readily identified by those skilled in the art.
다음의 실시예에서 크기 조절하고자 하는 탄탈륨 기본 로트 분말, 즉 화학적 환원시 바로 제조한 더 작은 입자의 응집체는, 상기한 배경 기술 부분에서 기술한 바와 같은 통상적인 나트륨 환원법을 사용하여 제조된다. 이 기본 로트 응집체는 일반적으로 2개의 주요 입자 크기 범위에 속하고, 각각은 다중 분산이고 실질적으로 2중 정점인 기본 로트 응집체 크기 분포를 갖는다. 높은 표면적을 갖고 약 2 내지 약 132 미크론 범위의 기본 로트 응집체 크기 분포를 갖는 5개의 기본 로트 분말(로트 번호 A1, A2, A3, A4, A5로 표시)이 제조되었다. 기본 로트 분말에서 주요 입자 크기의 효과를 알아 보기 위해, 여섯번째 기본 로트 분말(B1으로 표시)을 제조하였는데, 이는 약 5 내지 약 95 미크론 범위의 기본 응집체 크기 분포를 가지는 것이었다. 이들 기본 로트 분말에 대한 크기 분포 및 스코트 밀도 데이터가 표 2에 표시되어 있다.In the following examples tantalum based lot powders to be sized, i.e., agglomerates of smaller particles prepared immediately upon chemical reduction, are prepared using conventional sodium reduction methods as described in the background section above. These basic lot aggregates generally fall into two main particle size ranges, each with multiple dispersion and substantially double peak basic lot aggregate size distributions. Five basic lot powders (designated lot numbers A1, A2, A3, A4, A5) with high surface area and basic lot aggregate size distributions ranging from about 2 to about 132 microns were prepared. To determine the effect of the main particle size on the base lot powder, a sixth base lot powder (denoted as B1) was prepared, which had a base aggregate size distribution in the range of about 5 to about 95 microns. Size distribution and Scott density data for these basic lot powders are shown in Table 2.
입자 크기 분포 데이터 및 그 수치가 1의 하한값을 갖는 것으로 나타나 있지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이는 분석기[Leeds & Northrup Microtrac Ⅱ Model 7998]가 1 ㎛ 이하의 입자 크기를 측정할 수 없는 것에서 기인한다. 기기[Malvern Instruments MasterSizer X Ver. 1.2b](0.02 ㎛ 이하로 측정가능)를 사용하여 측정한 샘플 A2-BDR이 본 발명에 의해 달성될 수 있는 낮은 크기 분포를 예시하는 예로서 제공된다. 이 기본 로트 분말은 후술하는 바와 같이 샘플 로트로 분리되고 분쇄된다.Although the particle size distribution data and the numerical values are shown to have a lower limit of 1, it should be understood that the present invention is not limited thereto. This is due to the fact that the analyzer [Leeds & Northrup Microtrac II Model 7998] cannot measure particle sizes below 1 μm. Instrument [Malvern Instruments MasterSizer X Ver. Sample A2-BDR, measured using 1.2b] (measurable to 0.02 μm or less), is provided as an example illustrating the low size distribution that can be achieved by the present invention. This basic lot powder is separated and ground into a sample lot as described later.
Ⅰ. 습식 분쇄법 I. Wet grinding
A) 웨어링 실험용 블렌드기를 이용한 습식 분쇄 A) Wet grinding using a wear ring blender
100 그램의 기본 로트 분말 A3 및 A4 샘플을 각각 별도로 500 ml의 냉(즉, 상온) 탈이온수와 혼합하고, 고속 실험용 블렌드기[Waring Model 31BL40]에서 분쇄하였다. 그 분말 및 물의 혼합물을 최고의 rpm(20,000rpm)으로 설정하여 10분동안 분쇄하였다. 이 공정을 50 lbs의 크기 조절된 분말이 제조될 때까지 반복하였다. 그 결과의 전단 변형된 분말을 여과하고, 산으로 침출시키고, 헹구고, 건조하여, 샘플로 분리한 다음, 다양한 열적 응집화 온도에서 열처리하였다. 로트 A3(샘플 ID# A3-BD)로부터 취한 샘플에 사용한 열처리 사이클은 60분 동안 1200℃(샘플 ID# A3-BDH1), 60분동안 1250℃(샘플 ID# A3-BDH2), 및 60분동안 1350℃(샘플 ID# A3-BDH3)이었다. 로트 A4(샘플 ID# A4-BD) 샘플은 60분 동안 1230℃에서 열처리되었다(샘플 ID# A4-BDH1). 열처리 전후의 기본 로트 분말의 특성이 표 2에 나타나 있고, 유도된 변수가 표 3에 도표화되어 있다.100 grams of basic lot powder A3 and A4 samples were separately mixed with 500 ml of cold (ie, room temperature) deionized water separately and ground in a high speed experimental blender [Waring Model 31BL40]. The mixture of powder and water was set to the highest rpm (20,000 rpm) and ground for 10 minutes. This process was repeated until 50 lbs of scaled powder was produced. The resulting shear modified powder was filtered, leached with acid, rinsed, dried, separated into samples, and then heat treated at various thermal coagulation temperatures. The heat treatment cycles used for samples taken from lot A3 (Sample ID # A3-BD) were 1200 ° C. (Sample ID # A3-BDH1) for 60 minutes, 1250 ° C. (Sample ID # A3-BDH2) for 60 minutes, and 60 minutes. 1350 ° C. (Sample ID # A3-BDH3). Lot A4 (Sample ID # A4-BD) Samples were heat treated at 1230 ° C. for 60 minutes (Sample ID # A4-BDH1). The properties of the basic lot powder before and after the heat treatment are shown in Table 2 and the derived variables are tabulated in Table 3.
B) 혼합기[Ross Laboratory High-Shear Model 100 LC Mixer]를 이용한 습식 분쇄 B) Wet Grinding Using a Mixer [Ross Laboratory High-Shear Model 100 LC Mixer]
2,500 ml의 냉 탈이온수를 1리터의 스테인레스 강철 비이커에 위치시켰다. 이 스테인레스 강철 비어커를 500rpm으로 설정된 로스(Ross) 100 LC 혼합기의 회전하에 얼음조에 위치시켰다. 1000 그램의 각 기본 로트 분말 A1 및 B1을 500 rpm으로 혼합하면서 탈이온수에 서서히 가했다. 혼합 속도를 최고(10,000rpm)으로 증가시키고 총 약 60분동안 블렌딩하였다. 얼음을 계속적으로 가하여 조를 차게 유지하였다. 그후, 분말을 여과하고, 산의 혼합물(예를 들어, 희석 왕수)로 침출시켜 모든 오염물을 제거하여 건조하였다.2500 ml of cold deionized water were placed in a 1 liter stainless steel beaker. This stainless steel beer beaker was placed in an ice bath under the rotation of a Ross 100 LC mixer set at 500 rpm. 1000 grams of each basic lot powder A1 and B1 was slowly added to deionized water while mixing at 500 rpm. The mixing speed was increased to maximum (10,000 rpm) and blended for a total of about 60 minutes. Ice was added continuously to keep the bath cold. The powder was then filtered and leached with a mixture of acids (eg diluted aqua regia) to remove all contaminants and dried.
그 결과의 전단 변형된 분말을 샘플로 분리한 다음, 다양한 열적 응집화 온도에서 열처리하였다. 로트 B1(샘플 ID# B1-BD)로부터 취한 샘플에 사용한 열처리 사이클은 30분 동안 1400℃(샘플 ID# B1-BDH3) 및 30분동안 1500℃(샘플 ID# B1-BDH4)이었다. 로트 A1(샘플 ID# A1-BD) 샘플은 30분 동안 1200℃에서 열처리되었다(샘플 ID# A1-BDH1). 열처리 전후의 기본 로트 분말의 특성이 표 2에 나타나 있고, 유도된 변수가 표 3에 도표화되어 있다.The resulting shear modified powder was separated into samples and then heat treated at various thermal coagulation temperatures. The heat treatment cycles used for the samples taken from lot B1 (sample ID # B1-BD) were 1400 ° C. (sample ID # B1-BDH3) for 30 minutes and 1500 ° C. (sample ID # B1-BDH4) for 30 minutes. Lot A1 (Sample ID # A1-BD) Samples were heat treated at 1200 ° C. for 30 minutes (Sample ID # A1-BDH1). The properties of the basic lot powder before and after the heat treatment are shown in Table 2 and the derived variables are tabulated in Table 3.
C) 상용 고전단 혼합기[Ross Model 105ME High-Shear Mixer]를 이용한 습식 분쇄 C) Wet grinding using a commercial high shear mixer [Ross Model 105ME High-Shear Mixer]
10 갤론의 탈이온수를 500rpm으로 설정된 로스 105 ME 혼합기 회전하에 용기에 위치시켰다. 50 파운드의 기본 로트 분말 A2를 최고 속도(약 3000rpm, 이는 3500 ft/min의 선단 속도에 해당됨)로 혼합하면서 탈이온수에 서서히 가했다. 블렌딩을 총 약 90분동안 계속하여 물을 경사분리시키고 분말을 여과하였다. 그후, 분말을 산의 혼합물로 세척하여 모든 오염물을 제거하였다.Ten gallons of deionized water were placed in the vessel under a Roth 105 ME mixer rotation set at 500 rpm. 50 pounds of basic lot powder A2 was slowly added to deionized water while mixing at full speed (approximately 3000 rpm, which corresponds to a tip speed of 3500 ft / min). Blending was continued for a total of about 90 minutes and the water was decanted and the powder filtered. The powder was then washed with a mixture of acids to remove all contaminants.
그 결과의 전단 변형된 분말을 여과, 건조하여 샘플로 분리한 다음, 다양한 열적 응집화 온도에서 열처리하였다. 로트 A2(샘플 ID# A2-BD)로부터 취한 샘플에 사용한 열처리 사이클은 30분 동안 1250℃(샘플 ID# A2-BDH1) 및 30분동안 1350℃(샘플 ID# A2-BDH2)이었다. 열처리 전후의 기본 로트 분말의 특성이 표 2에 나타나 있고, 유도된 변수가 표 3에 도표화되어 있다. 기본 로트 분말 A2에 있어, 샘플 ID# A2-BD의 입자 크기 분포는 물 중의 분말 현탁액을 통과하는 레이저 광의 산란을 측정하는 표준 마이크로트랙 분석법에 의해 측정하였다.The resulting shear deformed powder was filtered, dried to separate into samples and then heat treated at various thermal coagulation temperatures. The heat treatment cycles used for the samples taken from lot A2 (Sample ID # A2-BD) were 1250 ° C. (Sample ID # A2-BDH1) for 30 minutes and 1350 ° C. (Sample ID # A2-BDH2) for 30 minutes. The properties of the basic lot powder before and after the heat treatment are shown in Table 2 and the derived variables are tabulated in Table 3. For basic lot powder A2, the particle size distribution of Sample ID # A2-BD was determined by standard microtrack analysis, which measures the scattering of laser light through a powder suspension in water.
D) 습 기본 로트 분말의 볼 미분쇄 D) Ball grinding of wet base lot powder
1 갤론의 볼 미분쇄기를 1/2 인치 직경의 스테인레스 강철 볼로 반쯤 채웠다. 그후, 600 ml의 물과 285 그램의 기본 로트 분말을 가했다. 볼 미분쇄기를 16시간동안 요동시키고 그 결과의 탄탈륨 분말을 세척, 건조하였다.One gallon ball mill was half filled with 1/2 inch diameter stainless steel balls. Thereafter, 600 ml of water and 285 grams of basic lot powder were added. The ball mill was shaken for 16 hours and the resulting tantalum powder was washed and dried.
Ⅱ. 건식 분쇄법 Ⅱ. Dry grinding
통상적인 나트륨 환원법으로 제조된, 물 세척되고 산으로 침출시켜 건조된 기본 로트 분말 A5를 얻었다. 취성일 정도로 높은 수소 농도(낮은 농도를 갖는 분말이 사용될 수 있지만 바람직하기로는 1500 ppm 이상)를 가지는 분말을 선택한다. 이러한 출발 기본 로트 분말에 대한 데이터가 다음의 표 1에 나타나 있다. 이 기본 로트 분말을 M1 미분쇄기에서 단일 경로 보르테크 미분쇄에 의해 미분쇄시켜 생성물을 싸이클론 회수 시스템에 수집하였다. A5 기본 로트 분말의 5 파운드 로트를 각각 다음과 같이 선택된 기계 속도, 즉 5,000; 7,500; 10,000; 15,000; 및 20,000 rpm에서 처리하였다.Water-washed and leached with acid, prepared by conventional sodium reduction method, gave a dried basic lot powder A5. Powders with a brittle high concentration of hydrogen (powders with low concentrations may be used but are preferably at least 1500 ppm) are selected. Data for this starting base lot powder is shown in Table 1 below. This basic lot powder was pulverized by single pass vortech pulverization in an M1 pulverizer to collect the product in a cyclone recovery system. Five pound lots of A5 basic lot powder were each selected at the machine speed selected as follows: 5,000; 7,500; 10,000; 15,000; And 20,000 rpm.
보르테크 분쇄된 샘플의 스코트 밀도, 산소 함량, D10, D50, D90 및 부피 평균 직경(MV) 데이터가 다음의 표 1에 표시되어 있다. Scott density, oxygen content, D10, D50, D90 and volume average diameter (MV) data of vortech ground samples are shown in Table 1 below.
이 보르테크 분쇄된 분말의 크기 분포 범위가 도 2에 표시되어 있고, 그 스코트 밀도는 도 3에 도시되어 있다.The size distribution range of this vortech pulverized powder is shown in FIG. 2, and the coat density thereof is shown in FIG. 3.
본 발명의 방법이 상기한 여러 가지 분쇄법으로 예시되었지만, 다른 분쇄방법, 예컨데 초음파 미분쇄 및 젯트 미분쇄 등이 사용될 수도 있는 것으로 생각된다. Although the method of the present invention has been exemplified by the various grinding methods described above, it is contemplated that other grinding methods, such as ultrasonic grinding and jet grinding, may be used.
III. 분쇄 및 가열 처리된 로트의 환원 III. Reduction of pulverized and heated lots
시료들을 A1, A2, A3, A4, 및 B1 로트의 분쇄 및 가열 처리된 기본 로트 분말 각각으로부터 취하여 시료에 마그네슘 탈산소화 처리를 수행하였다. 상기 처리에 있어서 소량의 마그네슘 금속 분말(즉, 1 내지 2 중량%)을 가열 처리한 탄탈륨 분말과 혼합시켰다. 이 혼합물을 약 800 내지 약 1000℃로 가열하여 마그네슘과 마무리처리된 탄탈륨 분말에 함유되어 있는 산소를 반응시켜 상기 산소를 환원시켰다. 그 후 탄탈륨 분말을 여과 건조시켰다. 모든 단계의 제조에 있어서 상기 분말에 상응하는 그대로의 데이터 (즉, 크기 조절 후, 가열 처리 후, 및 탈산소화 후 환원시의 기본 로트 분말에 대한 것)를 하기 표 2에 나타내었다. 유래되는 매개 변수를 표 3에 나타내었다.Samples were taken from each of the ground and heat treated basic lot powders of A1, A2, A3, A4, and B1 lots and subjected to magnesium deoxygenation. In the treatment, a small amount of magnesium metal powder (ie 1 to 2% by weight) was mixed with the heat treated tantalum powder. The mixture was heated to about 800 to about 1000 ° C. to react the magnesium and oxygen contained in the finished tantalum powder to reduce the oxygen. The tantalum powder was then filtered off and dried. The data as-is corresponding to the powder for all steps of preparation (ie, for the base lot powder upon reduction after sizing, after heat treatment, and after deoxygenation) are shown in Table 2 below. The resulting parameters are shown in Table 3.
표에서의 시료 확인 번호는 기본 로트 분말 번호를 칭하는 접두사 및 탄탈륨 분말에서 행해지는 처리를 나타내는 접미사로 이루어져 있다. 확인 번호는 하기와 같이 생략되어 있다.The sample identification number in the table consists of a prefix referring to the basic lot powder number and a suffix indicating the treatment performed on the tantalum powder. The confirmation number is omitted as follows.
B=기본 로트 분말;B = basic lot powder;
BD=크기 조절된 기본 로트 분말;BD = scaled base lot powder;
BDH#=크기 조절 및 가열 처리된 기본 로트 분말 (가열 처리 #는 시료에 그 이후의 프로세싱 단계가 수행된 것임);BDH # = Basic Lot Powder Scaled and Heat Treated (Heat Treatment # is a subsequent processing step on the sample);
BDH#M=크기 조절, 가열 처리 및 탈산소화된 기본 로트 분말;BDH # M = base lot powder with resizing, heat treatment and deoxygenation;
BDH#MS=크기 조절, 가열 처리, 탈산소화 및 약 500 메쉬까지 선별된 기본 로트 분말; 및BDH # MS = Basic lot powder selected for resizing, heat treatment, deoxygenation and up to about 500 mesh; And
BH#M=가열 처리 및 탈산소화된 기본 로트 분말.BH # M = Basic Lot Powder heated and deoxygenated.
따라서, 예로서 시료 ID# A4-BDH1M은 크기 조절되고 1230℃에서 60분 동안 가열 처리되고 탈산소화된 A4 로트로부터의 기본 로트 분말이다.Thus, by way of example, sample ID # A4-BDH1M is a basic lot powder from an A4 lot sized, heat treated and deoxygenated at 1230 ° C. for 60 minutes.
하기 표 4는 크기 조절하지 않은 탄탈륨의 기본 로트 분말의 비교 시료의 특성을 표로 만든 것이다. 상기 시료는 상기에 기술된 바와 같이 칼륨 플루오로탄탈레이트(K2TaF7)의 통상적인 나트륨 환원 방법으로 제조하였다. 하기 표 5에는 분쇄 없이 통상적인 분말 방법에 의해 제조된 상기 비교 시료의 유래 매개 변수를 나타내었다.Table 4 below is a table of the characteristics of the comparative sample of the base lot powder of tantalum not scaled. The samples were prepared by conventional sodium reduction method of potassium fluorotantalate (K 2 TaF 7 ) as described above. Table 5 below shows the derived parameters of the comparative samples prepared by conventional powder methods without grinding.
표 1, 2, 3, 4, 및 5의 데이터를 사용하여 제조 중의 모든 단계에서 응집체 크기의 분포가 좁은 탄탈륨 분말을 예시하는 도 1 내지 7의 그래프를 만들었다.The data in Tables 1, 2, 3, 4, and 5 were used to create the graphs of FIGS. 1-7 illustrating the tantalum powder having a narrow distribution of aggregate sizes at all stages during manufacture.
보르테크 미분쇄에 의해 분쇄된 분말에 있어서 시료의 분석에서 단일 통과 보르테크 미분쇄에 의해 스코트 밀도는 증가되는 반면 기본 로트 응집체의 크기는 감소된다는 것이 나타났다. 마이크로트랙 분석 전과 후의 비교가, 분쇄 후 회전 속도가 증가함에 따라 더 미세한 기본 로트 응집체 크기로의 이동을 나타내는 도 2에 제공되어 있다. 구체예로서 크기 조절을 하지 않은 기본 로트 분말 시료와 20,000 rpm에서 크기 조절한 기본 로트 분말 시료의 마이크로트랙 분석을 비교해 보면, 보르테크 미분쇄 후에는 실질적으로 30 미크론 이상의 입자가 없는 상태로, 약 3 미크론에서 크기 분포 피크가 나타난 반면, 크기 조절하지 않은 기본 로트의 경우에는 실질적으로 다수의 응집체가 100 미크론 이상에서 나타났다. 보르테크 미분쇄 후 얻어진 스코트 밀도는 도 3에 나타나 있다.Analysis of the samples for powders ground by vortech pulverization showed that the Scott density was increased by single pass vortech pulverization while the size of the base lot aggregate was reduced. A comparison before and after microtrack analysis is provided in FIG. 2 showing the shift to finer basic lot aggregate sizes as the rotational speed after grinding increases. As a specific example, when comparing the microtrack analysis of a sample of the non-sized base lot powder and the sample of the basic lot powder scaled at 20,000 rpm, after the vortech grinding, there was substantially no particles of 30 microns or more, While size distribution peaks appear in microns, in the case of non-scaled base lots, substantially agglomerates appear above 100 microns. The Scott density obtained after vortech grinding is shown in FIG. 3.
보르테크 미분쇄는, 분말의 화학적 성질에 악영향을 미치지 않으면서 탄탈륨의 기본 로트 분말의 큰 기본 로트 응집체를 분쇄시킬 수 있다. 본 발명의 방법 및 생성되는 분말의 잇점이 하기에 또한 논의되어 있다.Bortech pulverization can grind large base lot aggregates of base lot powder of tantalum without adversely affecting the chemical properties of the powder. The advantages of the process of the invention and the resulting powders are also discussed below.
IV. 기본 로트의 화학적 순도 IV. Chemical purity of base lot
희석 염의 존재 하에 나트륨에 의해 K2TaF7을 환원시킴으로써 제조하는 탄탈륨의 기본 포트 분말은 전형적으로 Fe, Ni, Na+ 및 K+와 같은 불순물을 포함하고 있다. 상기 불순물은 탄탈륨 축전기의 전기적 성능에 불리하다. 본 발명의 크기 조절 방법은 더 큰 기본 로트 응집체를 크기 조절하기 때문에 포함된 불순물을 방출함으로써 고순도의 탄탈륨 분말이 제조되는 것으로 생각된다.The base pot powder of tantalum, prepared by reducing K 2 TaF 7 with sodium in the presence of diluent salts, typically contains impurities such as Fe, Ni, Na + and K + . The impurities are detrimental to the electrical performance of tantalum capacitors. It is believed that the tantalum powder of high purity is produced by releasing the contained impurities because the sizing method of the present invention scales the larger basic lot aggregates.
V. 마무리처리된 분말의 유동성 향상 V. Improved fluidity of finished powder
본 발명의 방법을 사용하여 제조된 분말은 그의 응집체 크기 분포 때문에 유동성에서의 극적 향상을 나타낸다. 마무리처리된 단계에서 통상의 방법을 사용하여 제조된 분말은 도 4에 예시된 바와 같이 다중 분산된 분포를 갖는다. 본 발명의 방법을 사용하여 제조된 마무리처리된 분말은 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이 크기 조절, 가열 처리, 및 탈산소화 후에 실질적으로 단일 정점의 좁은 분포를 갖는다. 도 5는 본 발명에 따른 마무리처리된 분말의 제조에 있어서 가열 처리 온도를 변화시킬 때의 효과를 나타낸다.Powders made using the process of the present invention show a dramatic improvement in flowability due to their aggregate size distribution. Powders prepared using conventional methods in the finished step have multiple dispersed distributions as illustrated in FIG. 4. Finished powders produced using the process of the invention have a narrow distribution of substantially single peaks after sizing, heat treatment, and deoxygenation, as can be seen in FIG. 4. 5 shows the effect of varying the heat treatment temperature in the production of the finished powder according to the invention.
마무리처리된(가열 처리 및 탈산소화)된 분말의 유동성은 다이 충전 시험으로 측정하였다. 상기 시험은 축전기 제조업자들이 사용하는 탄탈륨 분말의 조건을 매우 유사하게 모방한다. 40 g의 탄탈륨 분말로 충전시킨 호퍼(hopper)를, 일렬로 서로 2.54 cm (1 인치)의 간격을 갖는, 직경이 0.3175 cm (0.125 인치)인 10개의 구멍에 동일하게 2초의 통과 시간으로 통과시켰다. 각 통과 후 10개의 구멍을 충전시키는 분말의 질량을 측정하였다. 이 방법은 호퍼가 빈 상태가 될 때까지 계속하였다. mg/s 단위의 평균 속도는 회귀 분석으로 계산하였다. 고 정전용량의 분말에 있어서 다이 충전 속도는 130 내지 150 mg/s가 바람직하며, 보다 큰 다이 충전 속도가 더 바람직하다. 하기 표 7에서는 본 발명에 의해 제조된 분말과 통상적인 분말의 다이 충전 유속을 비교하였다. 다이 충전 속도는 분말의 비전하에 의존적이기 때문에(비전하가 큰 분말은 다이 충전 속도가 더 작음) 유사한 비전하를 갖는 분말을 표 6에서 비교하였고 도 11에 그래프로 나타내었다. 또한 도 9에서 다이 유속을 다양한 BET치에서 그래프로 나타내었다.The fluidity of the finished (heated and deoxygenated) powder was measured by a die fill test. The test mimics the conditions of tantalum powder used by capacitor manufacturers very similarly. Hoppers filled with 40 g of tantalum powder were passed through 10 holes 0.3175 cm (0.125 inches) in diameter equally two seconds with a passage time of 2.54 cm (1 inch) apart in a row. . The mass of the powder filling 10 holes after each passage was measured. This method was continued until the hopper was empty. Mean rates in mg / s were calculated by regression analysis. For high capacitance powders the die filling rate is preferably between 130 and 150 mg / s, with greater die filling rates being more preferred. Table 7 below compares the die fill flow rates of powders prepared by the invention with conventional powders. Since the die fill rate is dependent on the non-charge charge of the powder (high specific charge powders have lower die fill rates), powders with similar charge charges were compared in Table 6 and graphically shown in FIG. 11. Also shown in Figure 9 is the die flow rate graphically at various BET values.
통상적인 분말에 있어서 유동성을 향상시키는 한 방법은 미분을 선별하여 걸러내는 것이었다. 그러나 상기 표 6에 나타낸 바와 같이 상기의 향상 정도는 별로 크지 않다. 본 발명의 방법에 따라 제조한 분말을 선별하는 효과도 또한 평가하였다. 본 발명의 분쇄 분말의 유동 성능이 소량의 선별에 의해 향상될 수 있음이 발견되었다. 상기 표 6은 분쇄 상태 입자의 크기 분포에 대해 선별에 의해 수득된 유동 향상을 나타낸다. 상기 분포의 미세 "테일(tail)"은 선별에 의해 제거되어 도 6에 나타낸 바와 같이 유동성이 크게 증강된 정말로 단일 정점의 좁은 입자 크기 분포가 될 수 있다.One method of improving fluidity in conventional powders has been to sort out the fines. However, as shown in Table 6, the degree of improvement is not very large. The effect of selecting the powders prepared according to the method of the invention was also evaluated. It has been found that the flow performance of the pulverized powder of the present invention can be improved by a small amount of screening. Table 6 above shows the flow improvement obtained by screening for the size distribution of the ground particles. The fine "tail" of the distribution can be removed by screening to become a truly single peak narrow particle size distribution with greatly enhanced flow as shown in FIG. 6.
추가의 잇점은, 본 발명에 따라 마무리처리된 분말을 선별할 때 나타나는 수율 면에서 실현된다. 미선별되고 마무리처리된 분말의 크기 분포를 나타내는 도 4에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 마무리처리된 분말은 전체 분포 중 작은 부피%를 구성하는 미분 "테일"을 갖기 때문에 더 큰 수율의 사용가능한 분말이 선별 후 남아 있게 된다. 반대로 다중 분포된 크기 분포의 통상적인 마무리처리된 분말의 선별 방법에 의해 동일한 메쉬 크기로 선별할 경우 다량의 분말이 제거된다. 또한 동일 메쉬 크기로 통상적인 분말을 선별한 후에도 남아있는 분말의 크기 분포는 여전히 본 발명에 따른 선별된 분말의 크기 분포만큼은 좁지 않다.A further advantage is realized in terms of yield which appears when sorting the finished powder according to the invention. As can be seen in FIG. 4, which shows the size distribution of the unselected and finished powder, the finished powder according to the invention has a higher yield of usability since it has a fine “tail” which constitutes a small volume percentage of the total distribution. The powder will remain after screening. Conversely, when sorting to the same mesh size by a conventional method for sorting finished powders with multiple distributed size distributions, large amounts of powder are removed. In addition, the size distribution of the powder remaining after the selection of conventional powders with the same mesh size is still not as narrow as the size distribution of the selected powders according to the present invention.
VI. 본 발명에 따라 제조된 분말을 포함하는 축전기 VI. Capacitors comprising powders prepared according to the invention
분말의 비전하는 축전기의 제조에 사용되는 분말의 면에서 중요하다. 비전하가 비록 "CV/cc"라는 명칭으로 일반적으로 나타내어지고 "μF-V/cc" 단위로 표현된다 해도 당 업계의 숙련자들은 분말 제조업자들에 의해 일반적으로 사용되는 "CV/g"라는 명칭이 또한 사용될 수 있으며 이 명칭이 "μF-V/g" 단위로 표현된다는 것을 인지할 것이다.The charge of the powder is important in terms of the powder used to make the capacitor. Although the non-charge is generally represented by the name "CV / cc" and expressed in units of "μF-V / cc", those skilled in the art are entitled "CV / g" commonly used by powder manufacturers. It will also be appreciated that this may also be used and this name is expressed in units of "μF-V / g".
본 발명의 분말의 성능을 평가하기 위하여 직사각형의 축전기 애노드(3.21 mm X 3.21 mm X 1.36 mm 및 70 mg)는 본 발명에 따라 제조된 탄탈륨 분말을 와이어 전극을 사용하여 5 내지 7 g/cc 사이의 그린 밀도의 펠렛으로 압축시키고 이 펠렛을 1300 내지 1500℃ 사이의 온도에서 진공 하에서 10분 동안 소결시킴으로써 제조하여 균일한 개방 공극을 갖는 다공성 소결체를 제조한다. 이어서 50 내지 100 볼트의 전압을 가하면서 0.1 부피%의 인산에 잠기게 함으로써 다공체를 애노드 처리하였다. 애노드 처리, 헹굼, 및 건조 후 애노드는 먼저 누전에 대하여 시험하였다. 10 부피%의 인산 시험용 용액을 사용하였다. 애노드를 상부까지 시험용 용액에 담갔으며 최종 형성 전압의 70%의 전압(즉 50 볼트에서 애노드화시켰다면 35 볼트)을 2분 동안 가한 후 애노드의 누전을 측정하였다. 누전 측정을 완료한 후 비전하를 1611B General Radio Capacitance Test Bridge 형을 사용하여 애노드 상에서 측정하였다. 본 발명에 따른 분말로부터 50 볼트의 형성 전압을 사용하여 제조된 축전기는 통상적으로 20,000 μF-V 내지 50,000μF-V 범위였다.In order to evaluate the performance of the powders of the present invention, rectangular capacitor anodes (3.21 mm X 3.21 mm X 1.36 mm and 70 mg) were used for the production of tantalum powders prepared according to the invention between 5 and 7 g / cc using wire electrodes. Compressed into green density pellets and prepared by sintering the pellets under vacuum at a temperature between 1300 and 1500 ° C. for 10 minutes to produce a porous sintered body having uniform open pores. The porous body was then anodized by submersion in 0.1% by volume phosphoric acid while applying a voltage of 50-100 volts. After anode treatment, rinsing, and drying, the anode was first tested for leakage. A 10 volume% phosphoric acid test solution was used. The anode was immersed in the test solution up to the top and a voltage of 70% of the final forming voltage (ie 35 volts if anodized at 50 volts) was applied for 2 minutes and the leakage of the anode was measured. After completion of the leakage measurement, the non-charge was measured on the anode using the 1611B General Radio Capacitance Test Bridge type. Capacitors made using a forming voltage of 50 volts from the powder according to the invention typically ranged from 20,000 μF-V to 50,000 μF-V.
표 4 및 5의 비교용 시료를 사용하여 동일한 방법으로 비교용의 축전기 애노드 시료를 제조하였다. 통상적인 분말 및 본 발명의 분말을 사용하여 제조한 축전기의 물리적 특성 및 전기적 특성을 평가하였다. 도 8 및 도 12는 상기 데이터를 그래프적으로 나타내며 탄탈륨 분말을 크기 조절하는 효과와 관련하여 본 발명을 더 설명하는 기능을 한다. 도 8은 6.0 g/cc 이상의 압축 밀도에서 압축시킬 경우 애노드의 그린 강도가 25 lbs 이상이라는 것을 나타낸다. 상기 그린 강도는 축전기 제조에 적당하다.Comparative capacitor anode samples were prepared in the same manner using the comparative samples in Tables 4 and 5. Physical and electrical properties of capacitors prepared using conventional powders and powders of the present invention were evaluated. 8 and 12 graphically represent the data and serve to further illustrate the present invention with respect to the effect of scaling tantalum powder. 8 shows that the green strength of the anode is at least 25 lbs when compressed at a compression density of 6.0 g / cc or greater. The green strength is suitable for manufacturing capacitors.
도 12에서는 본 발명에 따른 분말로 제조된 애노드의 부피 효율을 유사한 비전하 (CV/g)를 갖는 통상적인 분말과 비교하였다. 본 발명의 분말은 통상적인 분말보다 부피 효율이 더 높았다. 이것은 본 발명의 분말의 고벌크 밀도 및 고비전하의 유일무이한 조합의 결과인 것으로 생각된다. 본 발명의 분말의 다공성 분포는 압축 밀도 6.5 g/cc로 압축시킬 경우 약 45 부피%의 통상적인 분말을 325 메쉬 스크린을 사용하여 선별한 통상적인 분말을 압축시킬 경우에 얻어지는 것과 동일하였다. 따라서 통상적인 분말에 비해 더 큰 부피 효율이 성취된다. 통상적인 분말은 선별되지 않을 경우 상기와 같은 압축 밀도로 압축시킬 수 없으리라 생각된다. 일반적으로 통상적인 분말은 5 내지 5.5 g/cc의 압축 밀도로 단지 압축된다.In Figure 12 the volumetric efficiency of the anodes made from the powders according to the invention is compared with conventional powders with similar specific charges (CV / g). The powder of the present invention was higher in volume efficiency than conventional powder. This is considered to be the result of a unique combination of high bulk density and high specific charge of the powder of the present invention. The porosity distribution of the powder of the present invention was the same as that obtained when compressing a conventional powder selected by using a 325 mesh screen to about 45% by volume of conventional powder when compressed to a compression density of 6.5 g / cc. Thus greater volumetric efficiency is achieved compared to conventional powders. It is believed that conventional powders will not be able to be compressed to such compact densities unless screened. Generally, conventional powders are only compressed to a compression density of 5 to 5.5 g / cc.
VII. 더 우수한 부피 효율 VII. Better volume efficiency
정전용량이 큰 분말에 있어서 중요한 매개 변수는 단위 부피 당 전하이다. 축전기 제조업자는 분말 제조업자가 큰 CV/cc의 분말을 제공할 수 있다면 더 작은 케이스 크기를 사용하여 전하 요구량을 만족시킬 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 분말은 통상적인 방법을 사용하여 제조된 유사한 표면적의 통상적인 분말의 부피 밀도 (1.25 내지 1.6 g/cc 또는 20 내지 25.6 g/인치3)보다 더 큰 부피 밀도 (1.25 내지 3.44 g/cc 또는 20 내지 55 g/인치3)를 갖는다. 도 10 및 11을 참조하기 바란다. 결과적으로 유사한 비표면적에 있어서 본 발명에 따라 제조된 분말은 동일한 압축 비율을 사용하여 더 큰 밀도로 압축시킬 수 있다. 저벌크 밀도 및 불규칙한 크기 분포를 갖는 통상적인 분말을 높은 그린 밀도로 압축시킨다면 공극 폐쇄가 일어나고 결과적으로 표면적 및 정전용량이 감소된다. 본 발명의 분말은 고압축 밀도, 예를 들어 6.5 및 7.0 g/cc에서 사용할 수 있는 반면 통상적인 분말은 5.0 내지 5.5 g/cc에서 합리적으로 사용할 수 있다.An important parameter for high capacitance powders is the charge per unit volume. Capacitor manufacturers can use smaller case sizes to meet the charge requirements if the powder manufacturer can provide large CV / cc of powder. Powders prepared according to the invention have a bulk density (1.25 to 3.44) greater than the bulk density (1.25 to 1.6 g / cc or 20 to 25.6 g / inch 3 ) of conventional powders of similar surface area prepared using conventional methods. g / cc or 20 to 55 g / inch 3 ). See FIGS. 10 and 11. As a result, for similar specific surface areas, powders made according to the invention can be compressed to higher densities using the same compression ratio. Compressing conventional powders with low bulk density and irregular size distribution to high green density results in pore closure and consequently reduced surface area and capacitance. The powders of the invention can be used at high compression densities, for example 6.5 and 7.0 g / cc, while conventional powders can be reasonably used at 5.0 to 5.5 g / cc.
전기적 성능에서의 향상은 유사한 비전하에 있어서 본 발명에 따라 제조된 분말이 통상적인 분말보다 더 큰 CV/cc치를 갖는다는 것을 명료하게 나타내는 도 12에 잘 예시되어 있다.The improvement in electrical performance is well illustrated in FIG. 12 which clearly shows that at similar specific charges, powders made according to the invention have larger CV / cc values than conventional powders.
VIII. 누전 데이터 VIII. Earth leakage data
본 발명에 따른 분말로부터 제조된 축전기의 누전 데이터를 하기 표 7에 나타내었다. 표 8에서는 A6-BHM 시료의 경우 1400℃에서 30분; B8-BHM 시료의 경우 1425℃에서 30분; 및 A8-BHM 시료의 경우 1450℃에서 30분 동안 소결시킨 통상적인 분말로부터 제조된 축전기의 비교 누전 데이터를 나타내었다. 유사한 정전용량치를 갖는 축전기를 비교했을 때 본 발명의 분말로부터 제조된 것은 심지어 더 낮은 소결 온도를 사용하였을 때도 누전치가 유사하였다. 예를 들어 본 발명의 분말 시료 ID# A3-BDH2M을 압축 밀도 5.0 g/cc에서 압축시키고 1250℃에서 60분 동안 소결시킨 후 50볼트의 형성 전압을 사용하여 유전체를 형성시킴으로써 제조한 230,587 CV/cc의 정전용량을 갖는 축전기의 DC 누전치는 8.81 (μA/g)였다. 이것은 비교 분말 시료 ID# A6-BHM을 압축 밀도 5.0 g/cc에서 압축시키고 1400℃에서 30분 동안 소결시킨 후 50볼트의 형성 전압을 사용하여 유전체를 형성시킴으로써 제조한 219,218 CV/cc의 정전용량을 갖는 축전기에 의해 수득되는 DC 누전치인 8.4 (μA/g)에 필적하였다. The leakage data of the capacitor prepared from the powder according to the present invention is shown in Table 7 below. Table 8 shows 30 minutes at 1400 ° C. for A6-BHM samples; 30 minutes at 1425 ° C. for B8-BHM samples; And for the A8-BHM samples, comparative leakage data of capacitors prepared from conventional powders sintered at 1450 ° C. for 30 minutes. When comparing capacitors with similar capacitance values, those made from the powders of the present invention had similar short circuits even when using lower sintering temperatures. For example 230,587 CV / cc prepared by compressing powder sample ID # A3-BDH2M of the present invention at a compression density of 5.0 g / cc and sintering at 1250 ° C. for 60 minutes to form a dielectric using a 50 volt forming voltage. The DC leakage value of the capacitor having a capacitance of 8.81 (μA / g) was found. This results in a capacitance of 219,218 CV / cc, prepared by compressing the comparative powder sample ID # A6-BHM at a compression density of 5.0 g / cc, sintering at 1400 ° C. for 30 minutes, and then forming a dielectric using a formation voltage of 50 volts. Comparable to 8.4 (μA / g), the DC leakage value obtained by the capacitor having.
일반적으로 상기 실시예에 의해 예시되고 도 16에서 예증되는 바와 같이 본 발명은 탄탈륨의 화학적으로 환원된 기본 로트 분말로부터 입자 크기 및 입자 크기 분포를 포함하는 특성을 갖는 미세하게 나누어진 형태의 분말을 제조하는 방법을 포함하며, 본 방법에 의해 생성된 분말은 특히 특성이 향상된 축전기 전극과 같은 다공성의 소결체를 제조하는 데 우수하게 적용된다. 본 방법은 또한 더 작은 입자의 응집체를 포함하는 예비 처리된 형태의 임의의 금속 분말의 최종 입자 크기 및 입자 크기 분포에 있어서 유사한 향상성을 획득하는 데 유용할 것으로 생각된다. 예를 들어 이것은 도 15에 예시되어 있는 통상적인 방법에서 "생성물"로서 동정되는 마무리처리된 분말 및 "폐물"로서 동정되는 응집 부산물을 포함한다.As generally exemplified by the above examples and illustrated in FIG. 16, the present invention produces powders of finely divided form having properties including particle size and particle size distribution from chemically reduced basic lot powders of tantalum. The powder produced by the method is particularly well suited for producing porous sintered bodies, such as capacitor electrodes with improved properties. The method is also believed to be useful for obtaining similar improvements in the final particle size and particle size distribution of any metal powder in pretreated form including aggregates of smaller particles. For example, this includes finished powders identified as "products" and agglomeration byproducts identified as "waste" in the conventional method illustrated in FIG.
도 16에 예시되어 있는 방법과 비교하여 또다른 실시 형태는 직접적으로 또는 간접적으로 분쇄가 본질적으로 임의의 가열 처리 단계를 우선하는 유사한 방법을 포함한다.Another embodiment compared to the method illustrated in FIG. 16 includes a similar method where grinding, directly or indirectly, precedes essentially any heat treatment step.
본 발명은 특히 구체적으로 전술되어 있는 바와 같이 향상된 탄탈륨 분말의 크기 조절에 유용하다. 하지만 본 명세서에서 구체적인 특정 실시 형태를 참고로 하여 예시 및 기술되어 있다 해도 본 발명을 나타낸 세부 사항에 한정시킬 의도는 없다. 오히려 첨부된 청구항과 동일한 범위 및 한도 내에서 본 발명의 정신을 벗어남이 없이 세부 사항을 다양하게 변형시킬 수 있다.The present invention is particularly useful for controlling the size of the improved tantalum powder as specifically described above. However, although illustrated and described with reference to specific specific embodiments herein, there is no intention to limit the present invention to the details shown. Rather, various modifications may be made to the details without departing from the spirit of the invention within the scope and scope of the appended claims.
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US4740238A (en) * | 1987-03-26 | 1988-04-26 | Fansteel Inc. | Platelet-containing tantalum powders |
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1997
- 1997-04-25 KR KR10-1998-0708555A patent/KR100484686B1/en not_active IP Right Cessation
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US4940490A (en) * | 1987-11-30 | 1990-07-10 | Cabot Corporation | Tantalum powder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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KR20000010636A (en) | 2000-02-25 |
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