世界钽粉生产工艺的发展
还原氧化钽制备钽粉工艺研究进展
氧反 应 。整 个 反 应 是 在 通 有 保 护 气 体 下 的 反 应 容 、酸洗 除 杂 、水 洗 、烘 干 后得 到钽 粉 。用该 方 法 制 备 的钽 粉 氧 含 量 为 ０３ ９％ ， ．６ 原始 钽粉 比容 为 １６１５ｉ Ｖ ｇ Ｅ 观 察 该 粉 末 为 珊 ０ ７ Ｆ ／ ，Ｓ Ｍ ￣ 瑚 状 （ ２ ，与 钠 还 原 钽 粉 相 似 ，适 合 做 高 比容 电 图 ）
多 年来 ，钽 粉生 产者 对 由钽 氧化 物 直 接 制备 钽 粉进
行 了一 系 列 的研究 ，希 望 获得 成本 低 、污 染 小 、性 能优
航 空 和宇 航工 业 、计算 机 和超 导技 术方 面 得 到 了广 泛 的 应用 ，其 中电容 器行 业一 直是 钽 的最 大 应用 领 域 ，约 占 世 界 钽 总销量 的 ５ ５％ ～ ０％ 。近 年来 ，随 着计 算 机 和 ７
电子 工业 的迅 速 发 展 ，全 球 钽 工 业 预 计将 以 每 年 １ ２％
的钽粉 制备 工 艺 。本文 通过 分 析近 年来 各 种 氧化 钽 制备 钽 粉工 艺 ，总 结 了它 们 的工艺 特点 、技 术 关 键和 产 品 特
性 ，同时指出了它们的发展前景和应用方向。
以上 的速度 增长
（ ． 国家钽 铌特种金属 材料工程 技术 研究 中心 ，宁夏 石 嘴山 ７ ３ ０ ） １ ５ ０ ０
（ ．西北 稀有金属 材料研究 院 ，宁夏 石嘴 山 ７ ３ ０ ） ２ ５ ０ ０ （ ．宁夏东方钽 业股份有 限公 司 ，宁夏 石 嘴 山 ７ ３ ０ ） ３ ５ ０ ０
摘 要 ：评述 了几 种 由氧化钽还 原制取钽粉 的新 工艺 。并 阐述 了不 同方法 的工艺 原理 、特点 和产
我国钽铌行业的发展现状及前景探讨
我国钽铌行业的发展现状及前景探讨1 我国钽铌在国民经济中的地位及目前的发展现状稀有金属材料技术是新世纪材料科学与工程领域中最受重视的学科之一，是高新技术发展关键材料，钽铌新材料在其中扮演着重要的角色。
现代高科技诸如信息技术、新能源技术、空间技术、生物技术、超导技术等发展都与稀有金属材料尤其是钽铌新材料息息相关。
钽铌新材料在高科技领域有越来越广泛的发展空间，首先是钽铌电容器向高容量领域拓展；其次，硬质合金的切削工具朝着超硬、微精尖方向发展，应用市场预计将保持稳步攀升态势；再次是钽铌应用在航空航天工业上，钽铌基合金及其它特种合金上会继续平稳发展。
近年来，特种铌钢需求继续增长，除发达国家外，第三世界国家也有了需求。
特别超导材料将大量用于磁体材料以及高新计算技术等，并正在进一步拓展，钽铌材料的新应用还将不断被开发。
依据世界高科技产业发展的进程，今后5-10 年钽铌工业仍将保持12%以上的增幅持续发展。
钽铌新材料的开发具有广阔发展空间和市场前景。
当前钽铌新材料应用的相关高技术产业领域包括电子、精密陶瓷和精密玻璃工业；电声光器件；硬质合金，宇航及电子能工业；生物医学工程；超导工业；特种钢等产业。
中国钽铌工业从20世纪50年代中期的基础研究起步，20世纪60年代逐步开始采选、冶炼、加工以及应用的生产，初期冶炼、加工生产规模、技术水平、产品档次和质量状况与发达国家比较相差甚远。
自20世纪90年代，特别是1995年以来，中国钽铌工业加快了和世界钽铌工业的融合。
呈现出快速发展的态势。
进入21世纪，中国钽铌工业表现出企业增多、产能增加、技术提升、产品更新、质量改进、应用扩展、环境改善等新特点，在国际钽铌行业的地位进一步提高，市场格局也发生了新的变化。
经过60年的发展，已经实现了“从无到有、从小到大、从军到民、从内到外和由弱到强的转变，逐步形成了钽铌金属从采矿、选矿、冶炼、加工到应用的具有自主知识产权的较完整的工业体系，冶炼、加工工艺技术不断创新，生产装备持续更新改造并日趋完善，产业队伍和生产规模快速壮大和发展，中国钽铌工业开始进入了世界大国的行列。
钽粉市场研究报告
钽粉市场研究报告钽粉是一种重要的金属粉末材料，在现代工业生产中应用广泛。
钽粉根据不同用途可以分为冶金级钽粉、化工级钽粉和电子级钽粉。
本文将对钽粉市场进行研究分析。
一、市场需求方面随着工业技术的发展，对钽粉的需求逐年增加。
钽粉主要用于电子元器件制造、化工材料制备和合金材料制造等领域。
在电子制造业中，钽粉主要用于制造电容器，如固态电解电容器等，其具有高温稳定性和高电导率等优点。
而在化工材料制备领域，钽粉可用于制备耐腐蚀材料，以应对恶劣的化学环境。
另外，钽粉也可用于制备合金材料，以提高材料的机械性能和耐高温性能等。
二、市场规模方面根据市场研究数据显示，当前全球钽粉市场规模约为XX万吨，其中冶金级钽粉占据市场份额的XX%，化工级钽粉占XX%，电子级钽粉占XX%。
钽粉市场规模持续增长的主要原因是需求的不断增加。
随着技术的不断进步，电子设备的普及和化工工业的快速发展，对钽粉需求的增加助推了市场规模的扩大。
三、市场竞争方面钽粉市场竞争激烈，主要厂商有美国的卢克塔公司、德国的伊莱科、中国的晨鸣钽业等。
这些厂商在产品质量、价格和技术创新方面都具有竞争优势。
此外，由于钽粉是稀有金属，产能相对较低，供应相对紧张也是市场竞争的一个因素。
四、市场前景方面预计未来几年钽粉市场将保持稳定增长的趋势。
一方面，工业技术的进步和新兴产业的发展将继续推动钽粉市场的需求增长。
另一方面，随着稀有金属资源的逐渐减少和环境保护意识的提高，钽粉的价格可能会进一步上涨，提高了生产成本，但限制了供应。
因此，钽粉市场将有望保持较高的利润空间。
综上所述，钽粉市场在需求、规模、竞争和前景等方面都具有较好的发展势头。
在制造业的快速发展和科技进步的推动下，钽粉市场将继续保持稳定增长态势。
钽电容工艺技术
钽电容工艺技术钽电容是一种重要的电子元器件，具有体积小、容量大、使用寿命长等优点，在通信设备、计算机、电子产品等领域得到广泛应用。
钽电容的制造工艺技术对其质量和性能有重要影响。
钽电容的制造工艺主要分为材料制备、电极制备、介质制备、成型、成品制备等步骤。
首先，材料制备是制造钽电容的基础。
制造钽电容的关键材料是导电性良好的钽金属粉末和高介电常数的氧化钽粉。
钽金属粉末经过喷雾干燥、筛网分级等工艺步骤制备得到适当粒径的金属粉末。
氧化钽粉经过粉碎、筛网分级等工艺步骤制备得到适当粒径的氧化钽粉。
这些材料制备需要严格控制粒度、纯度等指标，以保证后续工艺步骤的顺利进行和最终产品的质量。
其次，电极制备是钽电容制造的重要环节。
电极是电容的主要构成部分，它决定了电容的性能和品质。
钽电容的电极一般采用钽粉末与聚合物混合形成的糊状物，通过印刷、焙烧等工艺步骤制备。
在电极制备过程中，需要严格控制钽粉末与聚合物的配比、混合均匀度等参数，以确保电极的性能稳定和质量一致。
接下来，介质制备是钽电容制造过程中的关键环节。
钽电容的介质一般采用氧化铌，也有一些产品采用氧化钽。
介质的质量和性能直接影响到钽电容的电容值、损耗因子等性能参数。
介质的制备过程一般包括混合、压制、烧结等工艺步骤。
在介质制备过程中，需要控制混合均匀度、压制力度、烧结温度等参数，以确保介质的致密度、导电性等性能。
最后，成型和成品制备是钽电容制造的最后步骤。
成型是指将电极与介质进行叠层组合，并进行压片、切割等工艺步骤，形成最终的电容片。
成品制备是将电容片进行焊接、封装等工艺步骤，形成最终的钽电容产品。
在成型和成品制备过程中，需要严格控制工艺参数，以确保电容片和最终产品的质量和性能。
总之，钽电容的制造工艺技术对其质量和性能有重要影响。
各个工艺步骤需要严格控制工艺参数，确保材料纯度、电极性能、介质质量以及最终产品的成型和封装质量。
不断提高钽电容制造工艺技术水平，将更好地满足不同领域对钽电容的需求，推动电子产业的发展。
钽铌矿冶炼技术
钽铌矿冶炼的安全措施
安全生产管理
个人防护
建立健全安全生产管理制度，加强员 工安全培训和演练，提高员工安全意 识。
提供符合要求的个人防护用品，如防 护服、手套、口罩等，降低职业病风 险。
防火防爆
严格控制火源和易燃易爆物品，采取 有效的防火防爆措施，确保生产安全 。
钽铌矿冶炼的废弃物处理
废弃物分类处理
电子元件制造
钽铌矿中的钽和铌元素具有优良的导 电性和耐腐蚀性，广泛应用于电子元 件的制造，如集成电路、电容器、晶 体管等。
高频电子设备
钽铌矿中的钽元素具有高介电常数和 低损耗特性，被用于制造高频电子设 备，如无线通信设备、雷达等。
钽铌矿在航空航天领域的应用
航空发动机制造
钽铌矿中的钽和铌元素具有高强度和轻质特性，被用于制造航空发动机的零部件，如涡轮叶片、燃烧室等。
钽铌矿的市场前景与预测
市场前景
随着科技的不断进步和各行业对高性能 材料的需求增加，钽铌矿的市场需求将 持续增长。同时，新技术的不断涌现也 将为钽铌矿的应用领域拓展提供更多机 会。
VS
预测
未来几年，钽铌矿的市场需求将保持稳定 增长。然而，由于钽铌矿的开采和冶炼技 术难度较大，市场供应将受到一定限制。 同时，环保要求的提高也将对钽铌矿的冶 炼技术提出更高要求。因此，未来钽铌矿 市场将呈现供需紧张的局面，价格有望保 持高位运行。
谢谢
THANKS
根据废弃物的性质和危害程度进 行分类处理，对危险废弃物进行
无害化处理。
资源化利用
对有价值的废弃物进行回收和再利 用，提高资源利用效率。
土地填埋
对无法回收和再利用的废弃物进行 安全填埋，并采取有效的防渗措施 ，防止对土壤和地下水造成污染。
中国钽铌工业的现状与发展
中国钽铌工业的现状与发展
钽铌是一种在工业生产中广泛应用的重要金属，主要用于制造高温合金、超导材料和电子元器件等领域。
中国是全球最大的钽铌生产国，也是重要的钽铌工业国家。
目前，中国钽铌工业的产量和产值居世界前列，企业数量也较多。
中国的钽铌资源储量丰富，主要分布在江西、云南、广东等地。
这为中国钽铌工业的发展提供了有利条件。
在工艺技术方面，中国钽铌工业已经取得了一定的进展。
相比于传统的湿法冶炼方法，中国的钽铌企业在冶炼技术上更多采用干法冶炼，提高了钽铌的提取率和品质。
此外，中国的钽铌企业还在合金制备、材料研发等领域进行了大量的科研工作，为钽铌工业的发展提供了技术支持和创新动力。
然而，中国钽铌工业也面临一些挑战。
首先，由于钽铌资源呈现集中开发的特点，部分地区资源开发过度可能导致环境污染和资源浪费。
其次，国际市场竞争激烈，来自其他国家的钽铌产品价格竞争力较强，中国钽铌企业需要提高自身的技术水平和产品质量，增强竞争力。
未来，中国钽铌工业的发展仍然具有较大的潜力。
随着科技的进步和新材料的需求增加，钽铌作为关键材料将具有广阔的市场前景。
中国钽铌企业需要进一步加大技术研发和创新力度，提高产品附加值和竞争力。
同时，加强资源保护、环境治理和产业链整合，推动钽铌工业的可持续发展。
中国钽铌工业的现状与发展
１ 、钽 铌 的 性 质 与 用 途 钽铌属难熔稀有金属， 它们的物理化学性质很相 似， 在自然界中总是相互伴生。 钽 铌 具 有 熔 点 高 、塑 性 好 、蒸 汽 压 低 、导 电 导 热 性 能好、化学稳定性高、金属表面氧化膜介电常数大， 铌 的热中子俘获截面小， 抗酸和液态金属腐蚀能力强， 具有超导性能等一系列特性。
所用标准级铌铁， 占铌总需求量约 ９６％， １９９６～２００５ 年 中国铌原料的消耗量见表 ４。
产品名称 进口铌铁 国内原料
１９９６ ２６７
１９９７ １８４
表 ４ １９９６～２００５ 年中国铌原料的消耗量（ 吨）
１９９８ １９９９ ２０００ ２００１ ２００２ ２００３ ２００４
５８９
９８０
１２４１ １４３６ ２５００ ３６００ ４８００
在电子工业中， 钽粉和钽丝是制造钽电容器的关
中国金属通报
行业观察
键材料。钽电容器体积小、容量高、重量轻、可靠性好、 工作温度范 围大、抗震动 、寿命长， 广泛 地用于手机 、 计算机、数码产品、汽车和航空航天电子等领域， 全世 界 ６０％左右的钽用于制造钽电容器。钽、铌靶材用于 半导体装置和液晶显示技术， 氧化铌、铌粉、铌丝用于 制造陶瓷电容器和铌电容器， 钽酸锂单晶和铌酸锂单 晶用于制作声表器件和光通讯元件。
③铌火法冶炼 中国各钽铌冶炼厂金属铌的生产主要采用 Ｎｂ２Ｏ５ 碳 还 原 工 艺 ， １９９８ 年 宁 夏 东 方 钽 业 股 份 有 限 公 司 采 用 Ｎｂ２Ｏ５ 铝 热 还 原－ 水 平 结 晶 器 电 子 束 炉 熔 炼工艺， 其生产效率和产品质量均大幅提高。 ④钽铌精炼 中 国 钽 铌 冶 炼 厂 生 产 高 纯 钽 锭 、铌 锭 及 其 合 金 锭 采用电子束和真空自耗电弧精炼工艺， 能够生产 Ｗ、 Ｍｏ、Ｎｂ 或 Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ 均 ＜１ｐｐｍ 的 钽 锭 、铌 锭 ， 能 够 生 产欧洲特斯拉项目所用 ＲＲＲ（ 剩余电阻率） ＞３００ 的铌 材。 ⑤钽铌加工材 中国钽铌冶炼加工企业采用冷加工工艺生产钽 铌 管 棒 材 、板 带 材 和 线 材 。 ２．２．２ 生产设备 ①钽铌湿法冶炼 提高产品质 量、降低消耗 、扩 展 原 料 宜 用 范 围 是 钽铌湿法冶炼的重要课题。为此， 中国钽铌冶炼企业 对生产装备进行了一系列改造： 采用雷蒙磨替代双筒 球磨机磨矿， 提高了各种钽铌矿的分解效果； 采用远 红 外 连 续 烘 干 机 替 代 木 质 箱 式 烘 干 箱 烘 干 Ｋ２ＴａＦ７， 提高了生产效率； 采用自动板框压滤机和搅洗设备替 代 普 通 工 业 板 框 压 滤 机 进 行 Ｔａ（ＯＨ）５ 和 Ｎｂ（ＯＨ）５ 洗 Ｆ－ ， 提高了生产效率和洗 Ｆ－ 效果， 降低了水耗； 采用
氮化钽制备工艺流程
氮化钽制备工艺流程
氮化钽是一种高性能的金属陶瓷材料，具有优异的导电性、机械性能和耐腐蚀性，广泛应用于电子、冶金、化工等领域。
下面是一个关于氮化钽制备工艺流程的简要介绍。
首先，将氮化钽的原料——钽金属粉末进行预处理。
钽金属粉末在空气中易氧化，因此需要将其置于高温炉中进行热处理。
热处理温度一般为1500°C左右，持续时间为数小时，将钽金属粉末内部的氧化物还原为钽金属。
接下来，将经过还原处理的钽金属粉末与氮气进行反应，制备出氮化钽。
反应一般在高温高压环境下进行，温度达到2000°C以上，压力在几十兆帕至百兆帕之间。
通过氮气与还原后的钽金属粉末反应，钽金属会与氮气发生化学反应，生成氮化钽晶体。
制备出的氮化钽晶体一般为颗粒状，需要通过磨削、筛分等工艺进行细化和分级。
首先，将颗粒状的氮化钽晶体放入研磨机中进行磨削，使晶体变得更为细小。
然后，通过筛分和分级的工艺，将细化后的晶体按照不同粒径进行分类，以满足不同领域的需求。
最终，经过细化和分级的氮化钽晶体可以通过成型、烧结等工艺制备成所需的形状和尺寸。
将氮化钽晶体与适量的粘结剂混合，进行压制成型。
然后，将成型坯体放入烧结炉中进行高温烧结，使晶体间发生结晶、增长和熔合，得到致密的氮化钽陶瓷材料。
以上就是关于氮化钽制备工艺流程的简要介绍。
根据不同厂家和应用领域的要求，制备工艺可能会有所不同，但基本的原理和步骤是相似的。
随着技术的发展，制备工艺也在不断改进和创新，以提高氮化钽材料的性能和质量。
钽铌矿冶炼技术
钽铌矿的湿法冶炼
湿法冶炼是利用酸、碱、盐等化学溶 剂，通过化学反应将矿石中的有价成 分溶解出来，再经过提取、精炼等工 序得到高纯度的钽、铌、钨、锡等产 品。
湿法冶炼具有能耗低、污染小、产品 纯度高等优点，但同时也存在处理量 小、设备复杂、生产效率低等缺点。
钽铌矿冶炼技术在电子工业领域的应用
总结词
高导电、高导热
详细描述
钽铌具有良好的导电和导热性能，因此在电子工业领域被广泛应用。例如，在制造集成电路、晶体管和电子元件 时，钽铌被用作电极和散热器等关键部件的材料。此外，钽铌在制造可充电电池电极材料方面也具有重要应用。
钽铌矿冶炼技术在医疗领域的应用
总结词
这些方法具有各自的特点和优缺点， 适用于不同的矿石类型和生产条件。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
03
钽铌矿冶炼过程中的环境保护与资源利用
冶炼过程中的环境保护措施
减少废气排放
减少固体废弃物产生
通过改进冶炼工艺，降低废气中污染 物含量，并采用高效除尘设备进行净 化处理，确保达标排放。
优化配料和工艺参数，减少固体废弃 物的产生，对无法回收利用的废弃物 进行妥善处理。
环保监管
加强环保监管力度，建立完善的废 弃物处理和再利用管理制度，确保 废弃物处理和再利用的合规性和有 效性。
04
钽铌矿冶炼技术的发展趋势与展望
冶炼技术的创新与改进
强化冶炼过程
通过改进冶炼工艺和设备，提高钽铌矿的冶炼效率和回收率，降 低能耗和资源消耗。
开发新型冶炼技术
研究并推广新型的冶炼技术，如微波冶炼、等离子体冶炼等，以实 现更高效、环保的钽铌矿冶炼。
【doc】金属钽的加工工艺
金属钽的加工工艺2000年第1O期金属钽的加工工艺开坯钽不能用加工一般金属的普通方法加工.一般最初的工序是锻造加工热处理, 用锤击和冲压两种方式制成平板坯或者圆形中小型坯料.与一般金属不同的是钽不能热加工.钽的再结晶温度超过1000~C,如果加热,即使做了一般的覆盖保护层,也要发生过度的氧化.更严重的是钽如果暴露在如此高的温度下,在钽的表面不但发生过度的氧化,氧还能侵入到基体内部的原子之间,使钽变脆.不仅是氧,甚至氮,碳及氢都能使钽变脆.由于上述原因,一般不对钽进行热加工.在必需进行热加工时,要做保护覆盖层或在惰性气体气氛中进行.热处理由于钽与氧的反应活跃,所以必需避开在即使存在少许空气的气氛中进行热处理.因此,几乎所有的退火都是在高度真空中进行,而且加热炉的气密性也必需很高.通常,钽的热处理温度一般在950~1300℃,钽与一般使用的钽合金在这一温度范围内不发生相变,热处理仅仅是用来退火,因此加热温度和冷却速度都不重要.为了产生完全的再结晶,热处理时间稍长一点好.商业性生产的钽都有很高的纯度.通过退火晶粒变得非常大.结晶粒的尺寸大小由冷加工,纯度,温度及工艺步骤所决定.因此,温度控制和工序控制是决定结晶大小的重要手段.钽与其它的很多金属不同,在热处理前必须非常干净.如不清洗得非常干净,便会发生由氢,氧,氮及碳造成的表面污染,成为脆化(硬化)组织.因为氢,氧,氮及碳在钽退火的温度范围内是非常活跃的侵入型元素,一旦被这些元素污染,除了重新熔炼外,别无办法除掉.板翻品钽几乎都采取冷加工.一般是从15～30cm的钽锭开始,冷锻造成约8~10~m 厚的板坯,再从这种板坯开始冷轧,压缩率可在95%以上.商业性生产中,板坯通常是用两滚轧机或4滚轧机轧制成0.63～1.2cm厚的板,幅宽一般为51～102cm.代表性的轧制是在室温或接近室温下进行,以防止表面生成氧化物.在需要热轧制时,由于再结晶的原因,温度升到1000℃,并发生激烈的氧化反应.几乎所有的厚板都是在真空中热处理退火的.由于没有相变态,所以加热及冷却的速度并不重要.用普通轧机进一步轧制,这时一般使用4滚轧机或多滚轧机.由于钽很软,在加工和运输过程中应注意防止划痕.棒翻晶为制造棒制品,首先是锻造或挤压成中间的适度尺寸,代表性断面收率为700/0-..90%,然后对材料进行退火热处理.再进行加工时,通常用锻造,轧制,挤压或拉拔工艺.线材使用普通形的拔丝机进行加工.由于钽材料很软,很容易产生划痕,拉制中表面问题很大,制造者要特别注意表面状况和润滑.,钽f钽可以制造出焊接管和无缝管,有着广泛的用途.制造无缝管是使用挤压,管缩径或者用板材深冲.焊接的制造方法是先形成板带,然后制成管形,再把接缝用气体钨电弧(GTAW)焊接.(一2O00年|'1O期爆接钽在焊接方面存在很多障碍.焊接基本上是在真空室中进行,但一般难于采用.所以几乎所有的焊接都是在氩和氮气氛手套箱内进行GTAW焊接.大型的结构件用氩气或氦气进行超前保护(焊炬保护),随后保护(滞后保护)或背面保护进行焊接.利用惰性气体保护,钽的温度必须保持在100"C以下.焊接前的材料清洁是十分重要的. 切削钽的切削非常困难,不能使用普通金属的切削方法.由于很容易与氧,氢和碳发生反应,特别要求切削工具在接触钽时产生的热量要非常少.刀具慢速旋转,进尺小及大量使用切削液是钽切削的诀窍.在所有的切削作业中,均可使用高速工具钢刀具,而碳化物刀具不适合钽的切削.保持切削工具的锐利十分重要,因为刀尖不锐利会加速产生热量.刃部的最佳角度为:前刀面角l5o,纵向前角45o,前倾角(刀面角)5.'旋转速度和进尺速度必须很慢,旋转速度以距离计算不应超过22,86m/s.以7.62m/s作为起动点最为理想.进尺速度,在粗切削中每转381tam,精切削中每转127tam为好.刀具要牢固锁定,基本上不采用上架式固定.切削液的选择上要更重视冷却效果,在精加工中经常使用氟碳化合物基的润滑剂.(杨守春摘译)新一代锆锡合金许多核反应堆制造商目前正考虑用锆和铌的二员与三元合金代替锆锡合金,用于轻水反应堆和重水反应堆.最近一些核反应堆卖主宣布已采用新一代合金一Zirlo合金,这是用铌改进的锆锡合金.这些材料可耐反应堆中的腐蚀和氧化,特别是在长时间的暴露情况,因而这些材料利于延长燃耗和使用长时间.目前有关铌对于晶体结构和伴生的机械各向异性的信息.最近Murty等人的研究表明,称作ZrNb一2和ZrNb一3合金(分别添加了0.3%和1,0%铌)中具有明显不同的底部和锥形结构.ZrNb一2的成分为(wt.%)Sn1.5,Nb0.5,其余为Zr;ZrNb一3的成分为Sn1.0,Fe0.2,Nb1.0.'人们一直认为添加锡可改进材料的机械强度和减少氮对锆的不利影响,而大量的锡会导致降低长期腐蚀行为.因而许多反应堆卖主试验在暴露于水的锆锡一2合金覆层的外层用低锡含量.试验带来了三层的阻挡覆层(称作Duplex),管材的外层有低含量的锡,内层表面有海绵锆,其余部分是标准的锆锡一2合金.用于制造标准沸水反应堆阻挡覆层的双金属挤压技术,有助于开发这些新型,相对复杂的覆层材料.最近在西门子公司开展的研究表明,沸水反应堆覆层性能的改进,是因为在有低锡含量外皮的锆阻挡层中添加了少量铁.将对这些新合金的结构和变形行为进行研究.C(黄钺摘译)堂IJ全屡基复全.美国Matsys公司开发出一种技术,使空气与金属基体复合材料中的粉末混合,以防止-——,,—?-——～2一是。
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net2001年12月第3卷第12期中国工程科学EngineeringScienceDec.2001Vol13No112
综合述评
[收稿日期] 2001-09-28[作者简介] 何季麟(1945-),男,河南开封市人,宁夏有色金属冶炼厂(院)教授级高级工程师
世界钽粉生产工艺的发展何季麟(宁夏有色金属冶炼厂及西北稀有金属材料研究院,宁夏石嘴山 753000)
[摘要]
论述了国内外电容器级高压钽粉、中压钽粉、高比容钽粉的生产工艺发展过程。在钽粉生产工艺发
展过程中,各种先进的装备被应用,各钽粉生产厂家围绕着钽粉比容的提高,杂质含量的降低,物理性能的优化等综合性能的改善,不断开发出新工艺、新技术,使钽粉适应并推动着钽电容器的发展。[关键词]
钽粉;钽电容器;比容;氟钽酸钾钠还原
钽具有熔点高,延展性好,蒸气压低,热导率大,抗腐蚀性强等一系列优异性能,因而广泛应用于电子、化工、机械、宇航、核能等许多领域。钽的表面能形成致密、稳定、介电强度高的无定形氧化膜,易于准确方便地控制其阳极氧化工艺,同时钽粉烧结块可以在很小的体积内获得很大的表面积,因此,用钽粉烧结块为阳极制成的钽电容器体积小、容量大、可靠性高、寿命长,是最好的电容器;不仅在常规条件下比其它电容器体积小、容量高、功能稳定,而且能在许多为其它电容器不能胜任的严峻的条件下正常工作,因而获得广泛的应用。在电容器方面的应用,包括制作阳极块的钽粉及用作阳极引线的钽丝,多年来一直是钽的第一大应用领域,占世界钽总消费量的55%～70%。历史上熔盐电解法曾一度是生产钽粉的主宰工艺,但固体电解质钽电容器面世以后,不久就被钠热还原氟钽酸钾的工艺所取代[1]。今天,世界各国的钽粉生产厂家主要使用氟钽酸钾钠还原法生产钽粉,用于制作钽电容器,只有极小的数量是电子束熔炼钽粉。钽电容器按工作电压可分为三大类:高压钽电容器(工作电压≥50V)、中压钽电容器(工作电压35～40V)、低压钽电容器(工作电压≤25V),人们通常称用于制造这三种电容器的钽粉相应为高压钽粉、中压钽粉和高比容钽粉,三种钽粉生产方法不完全相同。
1 高中压钽粉111 高压钽粉20世纪90年代前,高压钽粉是由电子束熔炼、氢化、制粉方法制取的,先将钠还原钽粉经电子束熔炼成锭,然后氢化,破碎制粉,脱氢热处理而制得,常称为EB钽粉。EB钽粉的纯度高,粒度粗,能够承受很高的赋能电压,但比容值低。为了提高钽粉的比容,降低漏电流,人们在熔炼工艺及制粉工艺方面作了很多研究,特别在制粉和粉末粒度分级方面,包括球磨制粉,气流粉碎制粉,筛分,风力分级,水力分级等多种工艺方法,都做了许多试验研究工作。EB钽粉用于制作工作电压为50～75V的钽电容器。70年代、80年代EB钽粉主要品牌的比容在3000μFV/g(75V工作电压)以下,近年来已拓展到4000μFV/g(75V)。随着电子工业的发展,高压钽电容器中,50V工作的钽电容器占了越来越大的份额,因此各钽粉厂家推出了多个50
V的钽粉品种,其容量已达到7000μFV/g[2]。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
112 中压钽粉80年代前,中压钽粉都是钠还原钽粉,由于中压钽粉要兼顾耐压(140V以上赋能电压)、耐烧等特点,比容在10000μFV/g(35V)以下。我国先后开发出了汽—液搅拌钠还原工艺,液—液搅拌钠还原工艺,钠还原钽粉经高温烧结—氢化破碎—脱氢的工艺,制得了比容40V-4500μFV/g
的中压钽粉。80年代中期美国CABOT公司将片状钽粉推向市场,片状钽粉的制取方法是钠还原钽粉(或EB钽粉)—球磨片状化—氢化破碎—脱氢团化—降氧。片状钽粉由于改变了钠还原钽粉(或EB钽粉)的粒形、孔径分布,物理性能得到了很大改善,在做中压钽电容器方面有很大优点,比容也可提高到35V-10000～15000μFV/g[3]。宁夏有色金属冶炼厂于90年代中期对中压钽粉实施了一系列的攻关研究,使中压钽粉的比电容由40V
-4500μFV/g大幅提高到40V-8000μFV/g。虽然片状钽粉做中压粉有很多优点,但制造工艺流程长,生产成本高,因而限制了其应用。近年来,
各钽粉生产厂家纷纷推出了35V-10000μFV/g,
甚至18000μFV/g的产品[3],它们将得到越来越广
泛的应用。随着钽电容器制作水平的提高及钽粉掺杂技术的发展,钽电容器生产厂家正大力促使钽粉升级,即将原来只在低压范围时使用的钽粉,提高到中压范围使用,以促进钽电容器的小型化。现在已能用比容为16V-30000μFV/g的钽粉来制作工作电压35V的电容器(比容达19000μFV/g),
但关键用途的中压电容器还多是用片状钽粉制作的。
2 高比容钽粉80年代以来,由于表面贴装技术的兴起,推动了钽电容器向小型化、薄型化的方向发展,从而使得片状钽电容器应运而生,高比容钽粉因而大大加快了发展速度,电容器级钽粉的消费量以平均每年超过7%的速度增长,其增加部分几乎全是高比容钽粉。因为钠还原钽粉产品的粉末粒形为一种孔隙度十分发达的球团颗粒,比表面积很大,特别适合作高比容钽粉,因此各钽粉生产厂家,围绕提高钽粉比容这一目标,对氟钽酸钾钠还原工艺,还原后处理工艺,钽粉的化学性能和物理性能展开了不断的技术创新和技术改造。211 钠还原K2TaF7工艺
一些厂家采用液-液搅拌钠还原生产高比容钽粉,一些厂家则采用分次加入K
2TaF7,
分次加入
钠进行还原生产高比容钽粉;宁夏有色金属冶炼厂则采用双项可控搅拌钠还原工艺生产高比容钽粉。为使钽粉中钾、钠含量低,各厂均使用高还原温度;为保证还原过程的稳定性,各种先进的装备(如过程微机监控、原材料的自动计量加入)被应
用,从而使钽粉的比电容量提高很快,70年代末钽粉的比容才10000μFV/g,80年代末达30000
μFV/g的钽粉开发成功,进入90年代以后,更以
每年约10000μFV/g的速度高速增长(见图1)。
图1 世界钽粉比电容量的发展Fig11 Developmentofthespecificcapacitanceoftantalumpowderintheworld
随着钽粉比容的提高,还原后钽粉的粒径越来越小,比表面积越来越大。氧含量(质量分数)随之升高(见表1)。
表1 钠还原钽粉的粒径和含氧量Table1 Particlesizeandoxygencontentofthesodiumreducedtantalumpowder原粉品级/μFV・g-12300030000400005000070000100000
Fsss/μm1.10.750.650.490.370.25测量粒径/μm0.500.360.300.200.150.085
w(O2)/10-62700350040005100690010500
212 钽粉的掺杂技术在钽粉生产及应用过程中,常须经热处理、降氧、阳极块烧结等高温处理,将大大地减少钽粉的比表面积,从而降低比容。为了减少钽粉比表面积的损失,人们开发了掺杂技术。自20世纪70年代发明掺磷技术以提高钽粉比容以来,各钽粉生产厂家纷纷对掺杂技术展开一系列的研究与开发工作,先后引入许多种对钠还原工
68中国工程科学第3卷© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
艺和/或钽粉产品有影响的掺杂剂。有单质元素,有化合物;有单一掺杂剂,有混合掺杂剂;有用于工艺过程的,有用于最终产品的。人们遴选出了一些能提高钽粉比容和稳定钽粉性能的掺杂剂,一直沿用至今。近年来,人们对掺氮作了很多研究,氮的适量掺入能够提高钽粉比容5%～10%,同时能够降低钽粉的氧含量及钽粉的烧结收缩率,改善钽粉的孔隙分布。近来人们又发现掺氮对稳定阳极氧化膜的性能有积极作用。当然,掺氮过多也会有不良影响,氮的掺入会提高钽粉的硬度,降低钽粉的成型性,使烧结后钽粉和钽丝的结合程度减弱。人们对掺氮的认识还在继续深入中[4]。213 钽粉杂质含量的降低随着钽粉比容越来越高,在电容器制作过程中,阳极块的烧结温度越来越低,烧结对Fe,Ni,Cr,C,K,Na等有害杂质的除去效果越来越差,表2示出了烧结温度与钽粉品级的关系。表2 典型烧结温度与钽粉品级间的关系Table2 Relationshipbetweensinteringtemperatureandthegradeoftantalumpowder钽粉比容/μFV・g-12300030000400005000070000100000烧结温度/℃155014501400135013001250 为了降低钽粉中杂质含量,各钽粉生产厂家首先对设备的抗腐蚀能力给予了高度重视,优质的防腐材料被应用在钽粉的生产过程中。原材料K2TaF7及稀释剂的生产也开发了新的技术,使用了新的材料,使其杂质含量也得到了大幅度地降低。同时国内外都开发应用了在还原过程中避免腐蚀反应设备的工艺技术,大幅降低了钠还原钽粉中的Fe,Ni,Cr,C含量(表3)。表3 钽粉主要杂质变化情况Table3 Variationofthemajorimpuritiesintantalumpowder杂质/10-6年代 OCFe+Ni+CrK+Na1992年22005065151994年20003050101996年1700203082000年160020257 注:为23000μFV/g品级的钽粉 自1981年镁还原降氧技术应用于钽粉以来[5],各公司都陆续开发出了自己的降氧工艺。镁降氧技术成功应用于钽粉的生产,使高比容钽粉中的氧含量呈逐步降低的趋势(图2)。
图2 钽粉氧含量降低趋势Fig12 Thelowerimgtrendoftheoxygencontentintantalumpowder注:以当年商用最高比容钽粉计算
宁夏有色金属冶炼厂(NNMS)开发出了独特的氧含量控制技术与镁还原工艺相配合,使高比容钽粉的氧含量比国外同类产品更低,见表4。
表4 高比容钽粉的氧含量Table4 Oxygencontentofthehighspecificcapacitanceoftantalumpowder×10-6