[发明专利]一种孔径可控钽粉的制备方法

说明书

本发明涉及一种孔径可控的钽粉的制造方法，包括将微细钽粉与含有粘结剂的溶液混合，除去上述混有含粘结剂溶液的微细钽粉中大部分溶剂，过筛，接着继续干燥，除去剩余溶剂，形成表面覆盖一层粘结剂的造粒体，将上述造粒体在真空下加热脱除粘结剂，接着进行凝聚热处理，脱氧，得到具有特定孔隙度的钽粉；用这种钽粉制造的电容器，比容高，等效串联电阻低，击穿电压高。

技术领域

本发明涉及钽粉的制造方法，更具体地，本发明涉及一种采用粘结剂造粒，凝聚热处理制备孔径可控的电容器级钽粉的方法。

背景技术

金属钽是可以在表面生成致密氧化膜且具有单向导电性的阀金属。由该金属粉末制成的电容器具有化学性能稳定好、电阻率高、介电常数大、漏电流小、工作温度范围宽、可靠性高、抗震、自愈能力强和使用寿命长等优点。由于钽电容器有着诸多的优点，因此在航空、航天、通讯、计算机、手机等电子设备中得到广泛使用。在材料分类上，专门用来制作电容器的钽粉称之为电容器级钽粉。钽粉根据其使用电压不同通常可以分为高压钽粉(工作电压50V或以上)、中压钽粉(工作电压25V～50V)、低压高比容钽粉(工作电压25V或以下)。电容器级钽粉经压制、烧结、阳极化形成钽阳极块，钽阳极块中颗粒间彼此连接成一体，钽阳极体表面有一层均匀、致密的氧化膜，作为钽电容器的电介质层。钽阳极块实质上是一个多孔体，要制成钽电容器还需要向钽阳极块的孔隙中引入阴极材料，使其覆盖整个钽氧化膜。阴极材料早先是液态的导电电解质溶液，上世纪60年代初，以MnO₂为阴极材料的固态钽电容进入市场，以其比容高、稳定性好、可靠性高等特点得到了广泛的应用，其应用电压一般在2.5V-63V左右。由于钽电容制作技术的发展，近些年来以导电聚合物作为阴极材料的技术日渐成熟，相比锰系，导电聚合物的应用极大地降低了钽电容的等效串联电阻(ESR)，并且更加安全可靠。钽阳极块由钽粉颗粒经压制、烧结而成，其内部具有复杂的三维微观结构，也即阴极材料进入阳极块内部的互相连通的三维通道。通道的尺寸大小，即孔径分布与构成阳极块的钽粉凝聚颗粒内的孔隙大小及孔径分布、颗粒粒径分布、颗粒强度诸因素相关联。烧结钽阳极内孔的孔径大小主要是由钽粉团化颗粒本身内的孔径大小以及钽粉颗粒粒径分布决定的，颗粒内部的孔隙孔径不能太小，颗粒内部的孔隙是主要贡献容量的阴极材料末级通道。粒径较均匀的高强度的颗粒与颗粒之间会形成较大尺寸孔隙的阴极材料主要通道，这要求颗粒的粒度分布很重要，细颗粒不能太多，例如，小于38微米的颗粒，特别是其中小于20微米的颗粒太多，就会影响钽粉的流动性，还会填塞在较大颗粒之间的缝隙里影响到主要通道的生成。

在成型电容器阳极坯块过程中，例如要把松装密度为1.8g/cm³的钽粉在模具中以0.1秒的时间里单向压制成密度达5.0g/cm³以上的坯块，如果钽粉没有很好的流动性，就会出现坯块内密度不均，并且还会造成局部被封闭的状态。另一方面，如果小于38微米的颗粒太多，在压制成型后的钽坯块经过烧结，由于小颗粒夹在大颗粒之间，就不会形成良好的阴极材料进入的通道，使电容器的等效串联电阻增大。

现今普遍使用的电容器级钽粉生产工艺包含用钠、钾等碱金属与氟钽酸钾等含钽化合物，得到的钽粉经过水洗、酸洗、热处理团化、降氧等工序。这种钽粉比表面积高，适合制作低压高比容电容器。

另一种制造钽粉的方法是机械加工方法，机械加工方法如用钠还原钽粉或钽锭经过氢化破碎制成粒状、角状钽粉；或用钠还原钽粉进行球磨，或用钽锭经过氢化破碎后的钽粉并脱氢后再经过研磨制成片状钽粉。这种粒状、角状钽粉或片状钽粉粒形比较简单，多用于中压及高压的场合。近年来，某些场合，不仅要求耐高压，而且要求比容也要很高，这就要求把粒状钽粉和片状钽粉加工成很细的基本粒子，这种钽粉很黏，不能流动，必须要很好地将多个这种基本粒子凝聚成较大的团聚体，由于基本粒子形状简单，不便相互接合，要把他们凝聚成团聚体比凝聚钠还原得到的钽粉要困难得多。