混合时间对钽粉性能影响的研究

赵春霞，王晓明，赵勇刚，王小明，郑 鹏

（宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏 石嘴山 753000）

金属钽粉呈暗灰色或银灰色，是制备具有体积小、性能好、可靠性高的电容器和钽材的重要原料。用于制造钽电容器芯子的钽粉，其品质主要由其物理性能、化学成分和电性能来衡量［1～4］。通常认为，钽粉的纯度越高，其漏电流越小，击穿电压越高，制作的电解电容器可靠性越高；而钽粉的粒形越复杂，颗粒越细，比表面积越大，比容越高，但其漏电流大，耐压性差，不利于电容器可靠性的提高［5～7］。近年来，为满足电容器的高可靠、小型化、高比容化、高压化、片式化的发展要求，电容器级钽粉正朝着高比容、高纯度的方向发展。要满足电容器的制造要求，除了保证钽粉要有较大的比表面积及足够的颗粒强度外，适宜的松装密度、粒度分布是保证钽粉性能的主要参数。本文从钽粉混合时间方面分析了其对钽粉性能的影响，重点分析了钽粉在不同混合时间下物理性能、化学成分及电性能的变化。

1 研究内容

1.1 试验方案

1.取两批物理性能不同而杂质成分基本一致、公称比容为70 000μFV／g的高比容钽粉，分别用HV-20L混料机混合5 min，编号为样品A和样品B（其中样品A的比表面积及细粉含量略低于样品B），验证纯度相近、物理性能不同的钽粉电性能的差异。

2.将样品A、样品B分别进行混合10 min、混合15 min混合时间试验，编号为样品A1、样品A2和样品B1、样品B2，验证不同混合时间下钽粉物理性能、化学成分变化及其对钽粉电性能的影响。

1.2 分析检测

按照 GB／T1479、GB／T3249标准进行物理性能检测；按照GB／T15076标准，红外吸收法分析O、C、H；采用直流电弧直读光谱仪，分析Fe、Ni、Cr等金属杂质；原子吸收法分析K、Na；按照GB／T3137标准进行电性能测试。

2 结果与讨论

2.1 物理性能测试

钽粉的物理性能主要包括松装密度、粒度分布、流动性等。松装密度的大小决定着成型密度是否均匀一致；粒度分布相差悬殊，会造成钽阳极性能差异；流动性影响钽粉自动成形的连续性和阳极坯块的均匀性，而钽粉成型性的好坏则直接影响到阳极的孔隙结构，不利于阳极块在赋能过程中电解液的渗透和氧化膜的生成，从而影响到电容器的漏电流和比容。

应用斯科特杯、WLP-202平均粒径测定仪、霍尔流速计、试验筛机DZS-200（直径为300 mm标准筛）、全自动氮吸附比表面仪3H-2000A、激光粒度分布仪对样品A、样品B进行了物理性能对比分析，相关结果列于表1、表2、图1、图2。由表1、表2、图1、图2可以看出，随着混合时间的增加，钽粉的流动性、松装密度、比表面积、-0.044 mm细粉含量呈上升趋势，而钽粉的费氏粒径呈降低趋势。

表1 样品A、样品B的物理性能

表2 样品A1、样品A2、样品B1、样品B2在不同混合时间下的物理性能

图1 不同混合时间下样品A、样品A1、样品A2粒度分布变化

图2 不同混合时间下样品B、样品B1、样品B2粒度分布变化

2.2 化学成分测试

化学成分对钽粉的电性能有直接影响，钽粉中金属杂质和气体杂质含量过高，特别是磷、氧、碳、钾、钠和铁含量过高，会在钽阳极氧化膜中形成疵点，导致氧化钽薄膜不连续、不稳定，使电容器的漏电流增大，击穿电压降低，可靠性和使用寿命降低，甚至达到报废的程度，因此在钽粉生产过程中需要控制其含量。样品A、样品B的化学成分相关结果见表3、表4。

由表3、表4可以看出，随着混合时间的增加，钽粉的化学成分基本不变。

表3 样品A、样品B的化学成分 μg／g

表4 样品A1、样品A2、样品B1、样品B2在不同混合时间下的化学成分 μg／g

2.3 电性能测试

将样品A和样品B按照下述表5条件进行电性能测试，测试结果见表6。

表5 电性能检测条件

表6 钽粉的电气性能

由表6可以看出，在表5的检测条件下，样品B的漏电流、比容、损耗、体积收缩率均大于样品A。

2.4 电性能特性曲线分析

将样品A、样品A1、样品A2及样品B、样品B1、样品B2按照表5条件进行电性能测试。测试所得钽粉漏电流、比容、损耗、体积收缩率变化情况如图3、图 4、图 5、图6所示。

由图3～图5可以看出，随着混合时间的增加，样品A和样品B的漏电流、损耗及体积收缩率均有上升趋势，比容变化不大。

图3 不同混合时间下钽粉漏电流曲线图

图4 不同混合时间下钽粉比容曲线图

图5 不同混合时间下钽粉损耗曲线图

图6 不同混合时间下钽粉体积收缩率曲线图

3 结 论

1.由表1、表6可以看出，与样品A相比，样品B费氏粒径小、比表面积大、-0.044 mm细粉含量多，漏电流高11%，容量高3%，损耗高14%，体积收缩率高15%。这说明，随着费氏粒径变小、比表面积变大、细粉比例增加，钽粉的漏电流、损耗、体积收缩率也随之变大。

2.由表2、图1、图2可以看出，随着混合时间的增加，钽粉的流动性、松装密度、比表面积、-0.044 mm细粉含量呈上升趋势，而钽粉的费氏粒径呈降低趋势，说明随着混合时间增加，钽粉的微细颗粒增加。

3.由表3、表4可以看出，随着混合时间的增加，钽粉的化学成分基本不变。

4.由图3、图4、图5、图6可以看出，随着混合时间的增加，钽粉的漏电流、损耗及体积收缩率均有上升趋势，比容变化不大。

通过以上分析，可以看出，随着混合时间的增加，钽粉的化学成分基本不变，钽粉的松装密度变大、细粉比例增加，钽粉的漏电流、损耗及体积收缩率均有上升趋势。建议在电容器制作过程中要严格控制混合时间，避免因混合时间的延长导致钽粉细粉比例增加。因为超细颗粒具有较大的活性，比表面积较大，在高温烧结时具有较大的体积收缩率，并且会附着在较大颗粒表面，减少了钽阳极的有效比表面积，使电容器的比容降低，漏电流恶化，损耗增大，最终影响到电容器的质量。同时建议在钽粉生产过程中，通过优化生产工艺，来控制钽粉的纯度及物理性能，提高钽粉质量，使其满足电容器设计生产需要。