一种圆片状钽粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及钽粉粉末制备技术领域，特别涉及一种圆片状钽粉及其制备方法。

背景技术

专门用来制作钽电容器的钽粉称之为电容器级钽粉，钽电容器由于具有比容高、稳定性好、使用温度范围广、耐湿抗震、可靠性高、便于微型化和片式化等优点，不仅在军事通讯、航空航天等领域广泛使用，而且在工业自控，影视设备、个人电脑、移动通讯等领域大量使用。

根据钽粉粒形和凝聚状态的不同，可以分为高压钽粉、中压钽粉、低压高比容钽粉。美国Cabot公司首先将片状中压钽粉推向市场，相比普通钽粉，片状钽粉粒度较大，粒型简单，耐烧结性好，耐高压，可靠性高，保证钽粉耐压特性的同时，电容量达到理想水平特别适合制作20V～63V具有高可靠性要求的中压级别的固体钽电解电容器。目前的片状钽粉制造工艺是将不规则形态钽粉(例如金属Na还原钽粉或电子束熔炼钽锭经氢化脱氢制得的EB钽粉)进行球磨使其变平，再经过降氧及热团化处理而制备而成的一种原生粒子为片状的钽粉。

但随着钽粉比容的不断提高，原料及制片工艺方面的问题逐渐凸显，制约着片状钽粉向更高比容化持续发展。从原料方面来看，无论是疏松多孔结构的还原钽粉，还是多棱形结构的氢化脱氢EB钽粉，其均为不规则形态，这种原料钽粉在经历球磨后，其形态亦为不规则片状，且钽片边缘破碎呈现不规则锯齿形态，具备这种形态的片状钽粉，充电后电荷分布不均匀，易尖端放电，同时无法实现高压形成过程比表面积损失的最小化。从制片工艺方面来看，由于片状钽粉的性能是由其径厚比决定的，其片越薄、越小，比表面积越大，相应的比容也越高。为了获得更薄、更细的片，通常采用延长球磨时间的方法。然而钽粉粒径随着球磨时间的延长并不是无限减小，而是会出现超细粉体团聚、整体粒径增大的逆破碎现象。这种团聚在一起的亚微米级钽粉，不仅容易发热引起着火，而且在充压过程中易被击穿，耐压能力和稳定性降低，不仅如此，采用球磨机长时间磨制钽粉，Fe、Ni、Cr等金属及O、N等非金属杂质的含量将大大增加。中压钽粉规模生产，球磨制片工艺劳动强度大、无法连续性生产等缺点，严重制约着生产效率的提升，因此目前缺少一种得到一种粒形简单规整、杂质含量低、径厚比可调片状钽粉制备工艺。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种圆片状钽粉及其制备方法，通过该制备方法制得的圆片状钽粉粒形规整、杂质含量低、径厚比可调节，阳极充电后电荷分布均匀，可有效避免尖端放电，可实现耐压性能和比容的同步提升。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种圆片状钽粉的制备方法，包括如下步骤：

采用不规则形态钽粉为原料，过筛网，得到粒度符合要求的不规则形态钽粉；

将粒度符合要求的不规则形态钽粉放入感应耦合等离子体炬中进行球化处理，得到形态规整的球形钽粉；

将形态规整的球形钽粉在真空或保护气中进行退火处理，处理完毕后将其冷却至室温，得到冷却后的球形钽粉；

将冷却后的球形钽粉送入喷射系统，并与喷射系统的高速射流混合形成两相流，两相流经过喷射系统的喷管加速以后，撞击喷射系统的刚性基板，从刚性基板表面掉落得到圆片状钽粉。

在一个实施例中，所述采用不规则形态钽粉为原料，过筛网，得到粒度符合要求的不规则形态钽粉的步骤中，所述粒度符合要求的不规则形态钽粉的粒度范围是5～50微米。

进一步地，所述不规则形态的钽粉为还原钽粉经电子束熔炼成锭后，经氢化、破碎、脱氢处理制得；

和或，所述不规则形态钽粉为还原钽粉经雾化造粒或高温造粒制得。

在一个实施例中，所述将不规则形态钽粉放入感应耦合等离子体炬中进行球化处理，得到形态规整的球形钽粉的步骤中，设定所述感应耦合等离子体炬的工艺参数：

在一个实施例中，所述将形态规整的球形钽粉在真空或保护气中进行退火处理，处理完毕后将其冷却至室温，得到冷却后的球形钽粉的步骤中，所述保护气为惰性气体的多种或一种，所述退火处理的温度为900℃～1400℃，以10℃/min～20℃/min的速率升温至所述温度，达到所述温度后，处理30～90分钟。

在一个实施例中，所述将冷却后的球形钽粉送入喷射系统，并与喷射系统的高速射流混合形成两相流，两相流经过喷射系统的喷管加速以后，撞击喷射系统的刚性基板，从刚性基板表面掉落得到圆片状钽粉的步骤中，所述高速射流为流体进入喷射系统产生的高速射流。

进一步地，所述流体包括气体或液体，所述气体包括氮气、氩气、压缩空气中的至少一种，所述液体包括蒸馏水、乙醇中的至少一种。

在一个实施例中，所述将冷却后的球形钽粉送入喷射系统，并与喷射系统的高速射流混合形成两相流，两相流经过喷射系统的喷管加速以后，撞击喷射系统的刚性基板，从刚性基板表面掉落得到圆片状钽粉的步骤中，所述两相流加速以后的喷射速度为50m/s～650m/s，所述撞击的角度为30°～90°。

另一方面，根据本发明实施例，还提供了一种圆片状钽粉，包括：

由上述提到的圆片状钽粉的制备方法所制备获得。

在一个实施例中，所述圆片状钽粉的形状为正圆形或椭圆形；

所述圆片状钽粉的长短轴比为1:1～4:1；

所述圆片状钽粉的径厚比为1～20。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、通过本发明的制备方法所制得的钽粉为圆片状，边缘形态光滑规整，充电后电荷分布均匀，不发生尖端放电，充电过程中可以实现比表面积损失的最小化。

2、本发明通过改变两相流的喷射速度和两相流与刚性基板的撞击角度，可以灵活的调整圆片状钽粉长短轴比例及径厚比，可以实现比容及耐压性能的大范围调节。

3、本发明改变传统制片方法通过长时间球磨实现制片的技术路线，通过球形钽粉与刚性基板的高速撞击实现圆片状钽粉的一次成型，避免了长时间球磨引发的钽粉体逆破碎、过破碎、粉体发热、杂质含量升高的缺陷。

4、本发明采用高速射流与球形钽粉混合后，形成两相流撞击刚性基板制得圆片状钽粉。高速射流给球形钽粉加速的同时，可以带走撞击变形过程中产生的热量，避免热量积累温度升高导致的钽粉粉体氧化自燃、生产中断，使工艺流程更安全，可实现连续化生产，制粉效率大幅提升。

附图说明

图1为本发明圆片状钽粉的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例1的扫描电子显微镜图片。

图3为本发明实施例2的扫描电子显微镜图片。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一方面，本发明提供了一种圆片状钽粉的制备方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤一、采用不规则形态钽粉为原料，过筛网，得到粒度符合要求的不规则形态钽粉；

步骤二、将粒度符合要求的不规则形态钽粉放入感应耦合等离子体炬中进行球化处理，得到形态规整的球形钽粉；

步骤三、将形态规整的球形钽粉在真空或保护气中进行退火处理，处理完毕后将其冷却至室温，得到冷却后的球形钽粉；

步骤四、将冷却后的球形钽粉送入喷射系统，并与喷射系统的高速射流混合形成两相流，两相流经过喷射系统的喷管加速以后，撞击喷射系统的刚性基板，从刚性基板表面掉落得到圆片状钽粉。

进一步地，在步骤一中，所述粒度符合要求的不规则形态钽粉的粒度范围是5～50微米，其中优选为10～30微米。

进一步地，所述不规则形态的钽粉为还原钽粉经电子束熔炼成锭后，经氢化、破碎、脱氢处理制得；

和或，所述不规则形态钽粉为还原钽粉经雾化造粒或高温造粒制得。

进一步地，在步骤二中，设定所述感应耦合等离子体炬的工艺参数：

进一步地，在步骤三中，所述保护气为惰性气体的多种或一种，所述退火处理的温度为900℃～1400℃，以10℃/min～20℃/min的速率升温至所述温度，达到所述温度后，处理时间为30～90分钟，其中优选的保护气体为氩气，处理时间为60～90分钟。

进一步地，在步骤四中，所述高速射流为流体进入喷射系统产生的高速射流。

进一步地，所述流体包括气体或液体，所述气体包括氮气、氩气、压缩空气中的至少一种，所述液体包括蒸馏水、乙醇中的至少一种，最优选为氮气。

进一步地，在步骤四中，所述两相流加速以后的喷射速度为50m/s～650m/s，所述撞击的角度为30°～90°。

另一方面，根据本发明实施例，还提供了一种圆片状钽粉，包括：

由上述提到的圆片状钽粉的制备方法所制备获得。

进一步地，所述圆片状钽粉的形状为正圆形或椭圆形；

所述圆片状钽粉的长短轴比为1:1～4:1；

所述圆片状钽粉的径厚比为1～20。

通过本发明的制备方法所制得的钽粉为圆片状，边缘形态光滑规整，充电后电荷分布均匀，不发生尖端放电，充电过程中可以实现比表面积损失的最小化。通过改变两相流的喷射速度和两相流与刚性基板的撞击角度，可以灵活的调整圆片状钽粉长短轴比例及径厚比，可以实现比容及耐压性能的大范围调节。改变传统制片方法通过长时间球磨实现制片的技术路线，通过球形钽粉与刚性基板的高速撞击实现圆片状钽粉的一次成型，避免了长时间球磨引发的钽粉体逆破碎、过破碎、粉体发热、杂质含量升高的缺陷。采用高速射流与球形钽粉混合后，形成两相流撞击刚性基板制得圆片状钽粉。高速射流给球形钽粉加速的同时，可以带走撞击变形过程中产生的热量，避免热量积累温度升高导致的钽粉粉体氧化自燃、生产中断，使工艺流程更安全，可实现连续化生产，制粉效率大幅提升。

本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。

实施例1

制备粒径为20～30微米、径厚比10、长短轴比1:1的圆片状钽粉，步骤如下：

步骤一、以还原钽粉经高温造粒制得的不规则形态造粒钽粉为原料，过筛网，收集粒度范围为10～15微米的不规则形态钽粉；

步骤二、将上述粒度符合要求的不规则形态钽粉放入感应耦合等离子体炬中进行球化处理，设定感应耦合等离子体炬的工艺参数为：

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处理完成后得到形态规整的球形钽粉；

步骤三、将形态规整的球形钽粉氩气中进行退火处理，退火处理的温度为1100℃，以15℃/min的速率升温至退火温度，达到1100℃后，保温处理60min，然后冷却至室温得到冷却后的球形钽粉；

步骤四、将70℃与5MPa的蒸馏水送入喷射系统产生高速射流，将冷却后的球形钽粉送入喷射系统，并与喷射系统的高速射流混合形成固液的两相流，两相流经过喷射系统的喷管加速以后，加速到160～180m/s的喷射速度，以90°撞击喷射系统的刚性基板，球形钽粉发生塑性变形，然后从刚性基板表面掉落得到粒径为20～30μm、径厚比10、长短轴比1:1的圆片状钽粉，如图2所示。

实施例2

制备粒径为35～50μm、径厚比5、长短轴比2:1的圆片状钽粉，步骤如下：

步骤一、以还原钽粉经电子束熔炼成锭后经氢化、破碎、脱氢处理制得的不规则形态破碎钽粉为原料，过筛网，收集粒度范围为20～30微米的不规则形态钽粉；

步骤二、将上述粒度符合要求的不规则形态钽粉放入感应耦合等离子体炬中进行球化处理，设定感应耦合等离子体炬的工艺参数为：

处理完成后得到形态规整的球形钽粉；

步骤三、将形态规整的球形钽粉氩气中进行退火处理，退火处理的温度为1150℃，以20℃/min的速率升温至退火温度，达到1150℃后，保温处理75min，然后冷却至室温得到冷却后的球形钽粉；

步骤四、将120℃与12MPa的压缩氮气送入喷射系统产生高速射流，将冷却后的球形钽粉送入喷射系统，并与喷射系统的高速射流混合形成气液的两相流，两相流经过喷射系统的喷管加速以后，加速到100～120m/s的喷射速度，以30°撞击喷射系统的刚性基板，球形钽粉发生塑性变形，然后从刚性基板表面掉落得到粒径为35～50μm、径厚比5、长短轴21:1的圆片状钽粉，如图3所示。