高壓用FTW800鉭粉性能的研究

趙勇剛，趙春霞，雒國清，楊國啟，馬海燕

（1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.國家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)研究中心，寧夏石嘴山 753000）

高壓用FTW800鉭粉性能的研究

趙勇剛1，2，趙春霞1，2，雒國清1，2，楊國啟1，2，馬海燕1，2

（1.寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000；2.國家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)研究中心，寧夏石嘴山 753000）

介紹了寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司新開發(fā)的提高耐壓性能、容量為80 000μFV／g鉭粉的研制流程及其性能，重點(diǎn)分析了該鉭粉在物理性能、化學(xué)性能、電氣性能方面存在的優(yōu)勢，以及在電容器廠家使用的情況。

FTW800鉭粉；高壓；物理性能；化學(xué)性能；電氣性能

金屬鉭粉主要用來制作電解電容器，其質(zhì)量的好壞將直接影響到電解電容器的性能。鉭粉的質(zhì)量特性包括化學(xué)性能、物理性能、電性能以及貯存性能，而最終表現(xiàn)在電性能上［1］。

近年來，隨著航空、航天、軍事技術(shù)及電子產(chǎn)品的微型化發(fā)展，對電容器級(jí)鉭粉的容量及耐壓性提出了更高的要求，開發(fā)出耐壓性好的高比容鉭粉是鉭粉技術(shù)研究的重點(diǎn)方向。而要提高鉭粉的容量和耐壓性，就必須保證鉭粉要有很細(xì)的原生粒子，即具有較大的BET（比表面積），同時(shí)要保證原生顆粒的均勻性及足夠的顆粒強(qiáng)度［2，4］。本文主要介紹了寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司（OTIC）開發(fā)的提高耐壓性的FTW800（公稱容量80 000μFV／g）鉭粉的研制流程及其性能，重點(diǎn)分析了該鉭粉在電氣性能方面存在的優(yōu)勢以及在電容器廠家使用的情況。

1 研究內(nèi)容

1.1 FTW800高壓高比容鉭粉的生產(chǎn)方法

金屬鉭是一種對O、N、H非?；钚缘脑?，隨著鉭粉BET的增大，鉭粉的活性也隨之增加，所以高比容鉭粉的O、N、H含量相應(yīng)的比較高［3］。鉭粉中的氧含量是引起引線鉭絲發(fā)脆的主要因素，同時(shí)過高的氧含量特別是在與有氧介質(zhì)接觸的過程中增加的氧含量存在于鉭金屬的表面，成為陽極氧化膜的晶點(diǎn)，導(dǎo)致鉭粉漏電流增大，閃火電壓降低［4］。傳統(tǒng)鈉還原氟鉭酸鉀方法生產(chǎn)的FTW800鉭粉氧含量高、顆粒強(qiáng)度弱，在制作電容器的過程中出現(xiàn)絲塊結(jié)合不好，漏電流大的問題。該公司通過對關(guān)鍵工序處理?xiàng)l件的研究，改善了鉭粉的顆粒形貌，提高了鉭粉一次顆粒的耐燒性和有效BET，開發(fā)出了耐壓性好的容量為80 000μFV／g的電容器級(jí)鉭粉，在提高鉭粉容量的基礎(chǔ)上，降低了O、H、K含量，減少了電容器制作過程中絲塊結(jié)合不好、漏電流大的問題。具體生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 FTW800鉭粉生產(chǎn)流程圖

1.2 主要設(shè)備和原材料

主要設(shè)備：鈉還原爐、真空熱處理爐、降氧爐。主要原材料：K2TaF7、Na、KCl，均為化學(xué)純。

1.3 分析方法

1.3.1 物理性能測試

鉭粉的物理性能測試：使用斯科特杯，按照GB／T1479標(biāo)準(zhǔn)測定松裝密度；使用WLP－202平均粒徑測定儀，按照GB／T3249測試費(fèi)氏平均粒徑；使用霍爾流速計(jì)，按照GB／T1482測定流動(dòng)性；使用試驗(yàn)篩機(jī)DZS－200（直徑為300 mm標(biāo)準(zhǔn)篩），按照 GB／T1480測試篩分析比例；采用全自動(dòng)氮吸附比表面儀3H－2000A測定BET；采用激光粒度分布儀測定粒度分布。

1.3.2 化學(xué)雜質(zhì)分析

鉭粉中的主要雜質(zhì)是采用LECO TC600－氧氮聯(lián)測儀按照 GB／T15076.13、GB／T15076.14分析 O、N；采用 LECO RH600－氫測定儀按照 GB／T15076.15分析H；采用LECO CS600－碳硫測定儀按照 GB／T15076.8分析 C；采用 BAIRD DV－5 SPECTROVA直讀光譜儀，按照GB／T15076.9分析Fe、Ni、Cr等金屬雜質(zhì)；采用原子吸收法分析 K、Na。

1.3.3 電氣性能檢測

鉭粉的電氣性能檢測：使用ZRJ－30－22L臺(tái)式真空燒結(jié)爐、IGFN－3A／500V賦能電源、4339B High Resistance Meter漏電流測試儀、E4980A Precision LCR Meter容量測試儀，按照GB／T3137進(jìn)行電氣性能檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 FTW800鉭粉的物理性能

鉭粉的粒度影響到陽極塊的密度和孔隙度。適宜的松裝密度、均勻的粒度分布、良好的流動(dòng)性，對陽極塊在賦能過程中電解液的滲透和氧化膜的均勻生成有利，是生產(chǎn)高比容鉭粉的關(guān)鍵技術(shù)。該公司采取獨(dú)特的處理工藝，使新開發(fā)的FTW800鉭粉具有良好的物理性能。表1是新開發(fā)的FTW800新樣品和參照樣的物理性能對比。

表1 鉭粉的物理性能

由表1可以看出，F(xiàn)TW800新樣品的BET相對參照樣略小，其余物理性能相當(dāng)。

2.2 FTW800鉭粉的化學(xué)性能

電容器級(jí)鉭粉中影響電容器電氣性能的雜質(zhì)元素多達(dá)20余種。普遍認(rèn)為，鉭粉中任何一種雜質(zhì)含量過高都會(huì)對電容器的漏電流、耐壓性、可靠性有重要影響。因?yàn)殂g粉中雜質(zhì)的存在能使基體金屬產(chǎn)生第二相顆粒，在陽極氧化形成Ta2O5介質(zhì)層的過程中，成為陽極氧化膜晶化成核的中心，使氧化膜產(chǎn)生疵點(diǎn)［5］。鉭粉中 O、H、C、Fe、Ni、Cr、K、Na等都是有害的雜質(zhì)元素（對于O應(yīng)做具體分析），在鉭粉生產(chǎn)過程中需要控制其含量。表2是新開發(fā)的FTW800鉭粉新樣品和參照樣的化學(xué)成分對比。進(jìn)行成型、燒結(jié)、賦能、測試，電性能檢測結(jié)果見表4。

表2 鉭粉的化學(xué)成分 μg／g

由表2可以看出，與參照樣相比，F(xiàn)TW800新樣品的O、H、K含量明顯降低，其它雜質(zhì)含量相當(dāng)。

2.3 FTW800鉭粉的電氣性能

將FTW800鉭粉新樣品和參照樣按照表3條件

表3 電性能檢測條件

表4 鉭粉的電氣性能

由表4可以看出，在表3的檢測條件下，與參照樣相比，F(xiàn)TW800新樣品的漏電流值降低35%左右，比容值提高10%左右。

2.4 FTW800鉭粉的電性能特性曲線分析

為研究FTW800鉭粉新樣品的耐壓性能，在其它檢測條件同表3保持不變的情況下，分別進(jìn)行了不同燒結(jié)溫度（1 240℃、1 270℃、1 300℃）燒結(jié)20 min時(shí)、不同賦能電壓（20 V、25 V、30 V）鉭粉電性能的檢測，測試所得鉭粉的漏電流、容量隨燒結(jié)溫度、賦能電壓的變化情況如圖2、圖3、圖4、圖5所示。

由圖2、圖3可以看出，在不同溫度條件下，F(xiàn)TW800新樣品比參照樣的漏電流明顯降低，容量明顯提高；隨著溫度升高，容量呈下降趨勢，但下降幅度不大，表現(xiàn)出良好的耐燒性能。

由圖4、圖5可以看出，在不同賦能電壓下，F(xiàn)TW800新樣品比參照樣的漏電流明顯降低，容量明顯提高；隨著賦能電壓的增加，鉭粉的容量呈下降趨勢，但下降幅度不大，表現(xiàn)出良好的耐電壓性能。

圖4 賦能電壓－漏電流曲線

圖2 燒結(jié)溫度－漏電流曲線

圖5 賦能電壓－容量曲線

3 結(jié) 論

圖3 燒結(jié)溫度－容量曲線

通過對鈉還原氟鉭酸鉀生產(chǎn)過程中關(guān)鍵技術(shù)的研究，提高了新開發(fā) FTW800（公稱容量 80 000 μFV／g）鉭粉一次顆粒的耐燒性和有效BET，在提高鉭粉容量的基礎(chǔ)上，降低了O、H、K含量，滿足了客戶要求，得到了國內(nèi)外多家客戶的認(rèn)證。到目前為止，新開發(fā)的FTW800鉭粉已經(jīng)為客戶提供批量產(chǎn)品，客戶反饋該產(chǎn)品用于生產(chǎn)小型號(hào)電容器，具有最小的ESR值，并已用來制作別的鉭粉不能做的特殊殼號(hào)的電容器。寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司今后將與電容器廠家密切合作，共同開發(fā)該鉭粉在微型化電容器上的新應(yīng)用。

［1］ 楊國啟，何季麟，鄭愛國，等.電容器級(jí)高比容鉭粉制備工藝研究進(jìn)展［J］.湖南有色金屬，2014，30（1）：48－51.

［2］ 程越偉，鄭愛國，李慧，等.電容器用鉭粉的高比容化［J］.寧夏工程技術(shù)，2016，5（1）：99－101.

［3］ 劉紅東、潘倫濤，盧振達(dá)，等.高比容鉭粉的新進(jìn)展［J］.稀有金屬，2003，27（1）：35－38.

［4］ 楊國啟，孫宇，李仲香，等.高壓高比容鉭粉的制備及性能表征［J］.湖南有色金屬，2017，33（2）：43－46.

［5］ 王東新，李軍義，孫本雙，等.鉭粉制備新工藝研究進(jìn)展［J］.湖南有色金屬，2011，27（3）：34－37.

The Properties Research of FTW 800 Tantalum Powder Used in High-voltage Capacitors

ZHAO Yong-gang1，2，ZHAO Chun-xia1，2，LUO Guo-qing1，2，YANG Guo-qi1，2，MA Hai-yan1，2
（1.Ningxia Orient Tantalum Industry Co.，Ltd.，Shizuishan 753000，China；2.National Engineering Research Center of Tantalum and Niobium，Shizuishan 753000，China）

This paper introduces the 80 000μFV／g tantalum powder，recently developed by Ningxia Orient Tantalum Industry Co.Ltd.and used in high-voltage capacitors.This paper introduces the development process and properties of the 80 000μFV／g tantalum powder，focuses on advantages of the physical properties，chemical properties and electrical properties，and using in capacitormanufactures.

FTW800 tantalum powder；high-voltage；physical properties；chemical properties；electrical properties

TG115.9

A

1003－5540（2017）06－0052－04

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（715－005－0140）國家863計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAE06B03）

趙勇剛（1975－），男，工程師，主要從事鉭粉的生產(chǎn)與研究工作。

2017－10－21