[发明专利]还原方法

说明书

本发明涉及改进的阀用金属电解电容器粉末，特别是钽，以及通过在 一系列搅拌釜反应器中进行Na还原反应来生产所述粉末的方法和它们的 生产过程。

阀用金属(特别是钽及其合金)与周期表的第IVb(Ti、Zr、Hf)、Vb(V、 Nb、Ta)和VIb(Cr、Mo、W)族中的其它金属及它们的合金一起被广泛应用 于组件的制造。特别应该提到的是铌和钽在生产电容器中的应用。

生产铌或钽电容器通常以相应的金属粉末开始，这些粉末首先被压制 然后烧结以产生多孔的坯块。在合适的电解液中对多孔的坯块(compact)阳 极化处理，在此过程中在烧结的坯块上形成电介质氧化物膜。所用金属粉 末的物理和化学性质对电容器的性质具有决定性的影响。决定性的性质是 比如比表面积和杂质含量。

品质能用于生产电容器的钽粉末通常由Na还原K₂TaF₇来生产。将 K₂TaF₇放置在蒸馏罐中并用液体钠还原。该过程产生高孔隙度的初级颗粒 聚集物。在该反应中控制聚集物和初级颗粒(primary particle)的粒度以及孔 隙度特别重要。初级颗粒的粒度与比表面积成比例，因此与随后由初级颗 粒制造的电容器的比电容成比例。在此，使每一个单体颗粒的粒度尽可能 一致特别关键，因为对于每一个成形电压，都存在一个能产成最大比电容 的最佳的初级颗粒粒度。聚集物的颗粒形状、粒度和孔隙度决定了后处理 的性质，诸如流动性、浸透性能和所得的电学性质，诸如等效串联电阻(ESR) 和等效串联电感(ESL)。由此可推断出，对于每一个以所需的电容水平、施 加电压和阳极规格为特征的应用，具有最佳初级颗粒粒度和聚集物粒度的 颗粒能产生最好的结果。

从US-A5442978可知，颗粒的细度受到反应温度、还原剂过量值和 K₂TaF₇在盐浴中的稀释比例的影响。US-A5442978因此建议，为了生产具 有高比表面积的钽粉末，应该通过逐步加入钠且加入时速度很快来产生高 度稀释的K₂TaF₇。在反应过程中，会出现无规则的浓度比率，使得所得粉 末的粒度分布十分广泛。

根据US-A 684399，优选在反应过程中连续或逐步加入钽化合物。该 措施能保证浓度在还原过程中保持一致。

在DE 3330455A1中，将掺杂剂加入反应中，意图获得更细的粒度。 这种做法能广泛控制初级颗粒但无法控制聚集物颗粒，这是因为根据间歇 法，这种做法会导致宽泛的聚集物粒度分布，特别是对于搅拌釜反应器。 因此，在工业生产中，首先通过施加热将这种颗粒进一步聚集，然后用机 械法(碾磨法、分级筛选、筛析)辛苦地将颗粒减小到所需的粒度分布。CN 1443618描述了一种方法，该方法同样能生产均一的钽粉末，但是由于工艺 操作条件的原因，该粉末中污染了浓度大于20ppm的镁。镁污染程度升高 对后续的粉末电学性质，特别是残余电流有负面影响。

本发明的目的是生产一种钽粉末，该粉末具有均一的聚集物粒度和初 级颗粒粒度；镁污染程度小于20ppm，较佳地，小于10ppm；在给定的成 形电压下表现出最佳的比电容；形状系数(shape factor)接近1。本发明的目 的还包括提供一种生产阀用金属粉末的方法。另一个目的是提供能连续操 作的方法，该方法能较好地控制各个反应阶段的反应条件，生产在所需的 粒度范围内粒度分布狭窄的阀用金属粉末。

该目的可通过一种生产阀用金属的方法来实现，该方法包括：

在第一容器中熔化含有阀用金属前体和稀释剂的混合物；

将所述混合物转移到至少一个第二容器中以便在相同或不同的温度和 停留时间条件下将其混合，在此过程中启动阀用金属前体生成阀用金属的 反应。

稀释盐与阀用金属前体的比率通常大于1∶5，大多数情况下大于1∶20。

第二容器中的温度和停留时间相互独立地可以与第一容器中的条件 相同或不同。