[其他]钽铌器件熔盐电解法制膜及产品

说明书

本发明涉及在钽铌器件表面用熔盐电解法制作薄膜的工艺以及由此而制作的由金属基体，改性过渡层和表面薄膜组成的带膜器件。

钽是1802年发现的稀有金属，从本世纪初用碳还原法制成足够纯的金属钽之后，钽才被广泛地应用。纯钽熔点高，导热性能好，容易机械加工。更重要的是它有非常好的化学稳定性，钽不与空气和水作用，除氢氟酸以外能抵抗包括“王水”在内的一切无机酸的侵蚀。因此钽广泛地应用于电子、航天、化学、制药及化学纤维工业。

钽的重要应用之一是基于它的良好的化学稳定性。利用它有一定的硬度，一定的机械强度，一定的耐磨性和导热性，除氢氟酸以外的各种各样的强腐蚀性介质中使用的器件都能用钽制造。例如，直接与强酸、指盐酸、硝酸、硫酸、磷酸接触的钽制加热器、反应器、泵零件、阀门部件及测量仪表器件。钽在这些应用中有一个共同的弱点是它的硬度和屈服强度不够理想，使器件的抗划痕能力和抗变形能力不足，这样使器件的使用寿命和使用效率受影响。为消除这一弱点，使用了多种技术。

例如，将钽制喷丝板热处理能改变它的硬度和耐磨性。英国专利702936提到在氧气、氮气或一氧化碳中把打好孔的喷丝板热处理能增加它的表面硬度。但是，由于处理后喷丝板的表面性质发生变化，在纺丝过程中容易堵孔。将喷丝板加厚能增加它的强度，但是喷丝孔通路加长使获得最好性能的纤维受到阻碍。为此，美国专利4054468提出一套工艺方法，它是用“爆炸焊”的方法将一片不锈钢或钽合金与一片纯钽结合在一起形成一个喷丝板。这种双层材料的喷丝板比有同样厚度的纯钽喷丝板强度高，然后将喷丝板在氮气中处理以增加硬度。上述工艺方法取得了一定成功，但是至今在化学纤维工业中，价格昂贵的Aμ-Pt和Aμ-Pt-Rh合金喷丝板仍然不能完全被钽制喷丝板所代替。

金属钽的另一个重要应用是以钽表面上的一层Ta₂O₅薄膜为基础的，Ta₂O₅薄膜有良好的化学稳定性和绝缘性能，它由众所周知的阳极氧化法在金属钽表面形成的。带有Ta₂O₅薄膜的钽主要用于制造高质量的钽电容器。但是，阳极氧化法使Ta₂O₅薄膜的厚度与相应的击穿电压受到限制。一般地，Ta₂O₅薄膜的击穿电压只有100～200V（最大厚度大约可达2μm），因此不能满足作高电压需要的绝缘薄膜的要求。

本发明人在“科学通报”（1981年第26卷第5期第268～271页）提出用电化学反应的方法减薄热电器件的晶片厚度及简化其制造工艺，将2.5～5μm厚的钽箔置于熔融的硝酸锂中并给钽加上阳极电压，经电化学反应制成7～14.5μm厚的择优取向的多晶LiTaO₂薄片。

为消除钽制器件的弱点，在其表面进行电化学加工技术有很好的效果。本发明发现，在钽的制品表面用电化学方法生成一层牢固的钽酸锂薄膜能在很大程度上改变很多该制品的性能。

本发明的目的是改善钽、铌或钽铌合金制成的器件的性能。例如表面硬度，器件的强度，抗变形性，弹性及其它物理电学特性，以提高器件的使用效果，延长使用寿命，进而扩大该金属制品的使用范围。

本发明的另一个目的提供一种改进器件性能的方法。

本发明提供一种由钽、铌或钽铌合金制成的器件，器件由上述金属和表面薄膜构成，薄膜分别含有钽酸锂和钽的氧化物，铌酸锂和铌的氧化物，或者钽酸锂、铌酸锂和钽铌氧化物，或全部是组成器件金属相应的金属氧化物。

本发明进而提供了在钽、铌或钽铌合金制成的器件的表面制造钽或铌的含氧化合物的薄膜的方法，由下述步骤组成：

（1）清洗和腐蚀器件的表面。

（2）将清洗腐蚀后的器件置于至少含有含氧无机锂盐或LiOH的熔融液中，控制熔融液的温度，并且在器件上施加阳极电压，直到表面生成一层薄膜。

（3）后处理。

本发明提供的经上述工艺处理过的器件，表面硬度最高可达700左右（韦氏硬度）。弹性、强度、抗变形能力都有很大增加，并且抗腐蚀能力也优于该金属。其使用效果好，寿命长，并且能使钽丝或钽片制成弹性元件。钽喷丝板经本发明的工艺处理后，在使用中大大减少了喷丝板在纺丝中的堵孔及更换率，延长寿命，而且提高了纤维的质量。表面薄膜绝缘性能好，能耐高压，在薄膜热探测器中得到应用。