磁選對鉭粉性能影響的研究

鄭 鵬，趙春霞，王小明，王曉明

（寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000）

金屬鉭粉具有純度高、粒子大小可控、粒子比表面積大等特點，能滿足現(xiàn)代鉭電容器漏電流小、比容高、耐壓性好、等效串聯(lián)電阻低等使用要求。除卻物理性能和化學(xué)性能，對鉭粉性能的要求最終表現(xiàn)在電性能上［1～3］。目前電容器級鉭粉正朝著高比容、高純度的方向發(fā)展。高比容鉭粉生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長，在生產(chǎn)過程中生產(chǎn)工藝及機械設(shè)備夾雜所帶入的雜質(zhì)，會影響到鉭粉的性能，特別是可能導(dǎo)致鉭粉漏電流增大，使電容器性能變差，擊穿電壓降低，影響到其使用性能［4，5］。鉭粉中雜質(zhì)的存在，尤其是Fe、Ni、Cr等金屬雜質(zhì)，對鉭粉性能有重要影響，需要盡可能降低其含量，以保證電容器的穩(wěn)定性。試驗主要從機械磁選方面對鉭粉各項性能變化進(jìn)行了跟蹤研究，主要分析了磁選前后鉭粉金屬雜質(zhì)的變化，為鉭粉生產(chǎn)降雜及改善鉭粉漏電流提供參考。

1 試驗部分

1.1 原料選擇

選取牌號為100 000 uFV／g的高比容鉭粉，經(jīng)后續(xù)處理，將成品用HV-20L型混料機混合2 min，確保樣品均勻，編號為樣品A。

1.2 試驗過程

將樣品A通過振幅為60 Hz、磁場強度大于10 000 Gs的磁選設(shè)備，連續(xù)磁選三遍，每次磁選后的樣品及磁性物按照表1進(jìn)行編號，然后進(jìn)行物理性能、金屬雜質(zhì)含量及電性能測試。

表1 樣品A磁選方式及對應(yīng)編號

2 分析檢測及討論

2.1 物理性能測試

鉭粉的物理性能主要包括比表面積、流動性、松裝密度以及粒度分布等。比表面積決定著鉭粉的容量，比表面積越大，鉭粉顆粒越細(xì)，鉭粉容量越高，但比表面積過大，會影響到鉭粉的流動性及成型性，導(dǎo)致陽極塊成型不均勻及壓制密度差異，從而影響到鉭陽極的孔隙結(jié)構(gòu)，不利于陽極塊在賦能過程中氧化膜的生成，使電容器的漏電流增大，容量降低［6］。

應(yīng)用全自動氮吸附比表面儀3H-2000A、霍爾流速計、斯科特杯、試驗篩機DZS-200（直徑為300 mm標(biāo)準(zhǔn)篩）、激光粒度分布儀對樣品A進(jìn)行了物理性能對比分析，樣品A、A1、A2、A3的物理性能見表2，樣品A、A3粒度分布變化如圖1所示。

表2 樣品A、A1、A2、A3的物理性能

圖1 樣品A、A3粒度分布變化

由表2、圖1可以看出，經(jīng)過機械磁選，樣品A1、A2、A3的流動性、松裝密度、比表面積、-43μm細(xì)粉含量呈上升趨勢。

2.2 金屬雜質(zhì)含量的測試

利用BAIRD DV-5 SPECTROVA直讀光譜儀，按照GB／T 15076.9檢測方法，分析了在不同磁選次數(shù)下，樣品A、A1、A2、A3及其磁性物中的Fe、Ni、Cr金屬雜質(zhì)含量，見表3、表4，金屬雜質(zhì)曲線如圖2、圖3所示。

表3 樣品A、A1、A2、A3中金屬雜質(zhì)含量μg／g

表4 樣品A1磁性物、A2磁性物、A3磁性物中金屬雜質(zhì)含量 μg／g

圖2 磁選次數(shù)-樣品金屬雜質(zhì)曲線

圖3 磁選次數(shù)-磁性物金屬雜質(zhì)曲線

由表3、表4、圖2、圖3可以看出：經(jīng)過機械磁選后的樣品，其金屬雜質(zhì)含量明顯降低。磁選一遍的樣品雜質(zhì)有所降低，磁選兩遍和磁選三遍的樣品金屬雜質(zhì)含量降低明顯，而相對應(yīng)的磁性物中的金屬雜質(zhì)含量增量顯著。其中磁選兩遍和磁選三遍的樣品，金屬雜質(zhì)含量變化不大。

2.3 電氣性能的檢測

按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YS／T 573-2015中FTA100K鉭粉電性檢測條件，使用ZRJ-30-22L臺式真空燒結(jié)爐、4339B High Resistance Meter漏電流測試儀、E4980A Precision LCR Meter容量測試儀，將樣品A及A1、A2、A3進(jìn)行電性能檢測，結(jié)果見表5、圖4、圖5、圖6、圖7。

表5 樣品A及A1、A2、A3電性能檢測結(jié)果

圖4 磁選次數(shù)-漏電流曲線

由表5、圖4、圖5、圖6、圖7可以看出：原樣品A漏電流最大，磁選一遍的樣品A1次之，磁選兩遍的樣品A2和磁選三遍的樣品A3漏電流明顯降低，而收縮率、損耗、比容變化不大，其中樣品A2和樣品A3電性能相當(dāng)。

圖5 磁選次數(shù)-容量曲線

圖6 磁選次數(shù)-損耗曲線

圖7 磁選次數(shù)-體積收縮率曲線

2.4 討論

1.隨著機械磁選次數(shù)的增加，鉭粉的比表面積、松裝密度、流動性及細(xì)粉含量均有上升趨勢。

2.未磁選的樣品金屬雜質(zhì)含量高，經(jīng)過機械磁選的樣品，金屬雜質(zhì)含量明顯降低，其中磁選兩遍及以上次數(shù)的樣品金屬雜質(zhì)含量變化不大。

3.在電性檢測條件相同的情況下，原樣品A漏電流最大，經(jīng)過機械磁選后的樣品漏電流明顯降低，而比容、損耗、收縮率沒有太大變化。其中磁選兩遍及以上次數(shù)的樣品電性能指標(biāo)相當(dāng)。

3 結(jié) 論

通過磁選設(shè)備對高比容鉭粉進(jìn)行磁選，是鉭粉生產(chǎn)中的常見手段，其主要作用是降低鉭粉中機械夾雜的Fe、Ni、Cr等金屬雜質(zhì)，從而改善鉭粉的漏電流。降低鉭粉中Fe、Ni、Cr等金屬雜質(zhì)含量，對降低鉭粉的漏電流有利，但需要適當(dāng)控制磁選強度及磁選次數(shù)，因為隨著磁選次數(shù)的增加，會導(dǎo)致超細(xì)粉增加，鉭粉的流動性、松裝密度、比表面積也隨之上升，影響到鉭粉的成型性及成型密度，而超細(xì)顆粒的存在，使鉭粉在燒結(jié)時體積收縮率變大，對電容器的裝配不利，同時導(dǎo)致?lián)p耗增大，最終影響電容器的質(zhì)量。因此，在鉭粉生產(chǎn)過程中，對設(shè)備的選材有著極其嚴(yán)格的要求，同時需要根據(jù)不同的產(chǎn)品性能特點及電容器制作需要，制定不同的生產(chǎn)工藝，并選用適當(dāng)?shù)拇胚x設(shè)備，降低鉭粉金屬雜質(zhì)含量，從而得到滿足使用要求的鉭粉。