趙春霞，王曉明，趙勇剛，王小明，鄭 鵬

（寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000）

金屬鉭粉呈暗灰色或銀灰色，是制備具有體積小、性能好、可靠性高的電容器和鉭材的重要原料。用于制造鉭電容器芯子的鉭粉，其品質(zhì)主要由其物理性能、化學(xué)成分和電性能來衡量［1～4］。通常認(rèn)為，鉭粉的純度越高，其漏電流越小，擊穿電壓越高，制作的電解電容器可靠性越高；而鉭粉的粒形越復(fù)雜，顆粒越細(xì)，比表面積越大，比容越高，但其漏電流大，耐壓性差，不利于電容器可靠性的提高［5～7］。近年來，為滿足電容器的高可靠、小型化、高比容化、高壓化、片式化的發(fā)展要求，電容器級鉭粉正朝著高比容、高純度的方向發(fā)展。要滿足電容器的制造要求，除了保證鉭粉要有較大的比表面積及足夠的顆粒強(qiáng)度外，適宜的松裝密度、粒度分布是保證鉭粉性能的主要參數(shù)。本文從鉭粉混合時間方面分析了其對鉭粉性能的影響，重點(diǎn)分析了鉭粉在不同混合時間下物理性能、化學(xué)成分及電性能的變化。

1 研究內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)方案

1.取兩批物理性能不同而雜質(zhì)成分基本一致、公稱比容為70 000μFV／g的高比容鉭粉，分別用HV-20L混料機(jī)混合5 min，編號為樣品A和樣品B（其中樣品A的比表面積及細(xì)粉含量略低于樣品B），驗(yàn)證純度相近、物理性能不同的鉭粉電性能的差異。

2.將樣品A、樣品B分別進(jìn)行混合10 min、混合15 min混合時間試驗(yàn)，編號為樣品A1、樣品A2和樣品B1、樣品B2，驗(yàn)證不同混合時間下鉭粉物理性能、化學(xué)成分變化及其對鉭粉電性能的影響。

1.2 分析檢測

按照 GB／T1479、GB／T3249標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理性能檢測；按照GB／T15076標(biāo)準(zhǔn)，紅外吸收法分析O、C、H；采用直流電弧直讀光譜儀，分析Fe、Ni、Cr等金屬雜質(zhì)；原子吸收法分析K、Na；按照GB／T3137標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電性能測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理性能測試

鉭粉的物理性能主要包括松裝密度、粒度分布、流動性等。松裝密度的大小決定著成型密度是否均勻一致；粒度分布相差懸殊，會造成鉭陽極性能差異；流動性影響鉭粉自動成形的連續(xù)性和陽極坯塊的均勻性，而鉭粉成型性的好壞則直接影響到陽極的孔隙結(jié)構(gòu)，不利于陽極塊在賦能過程中電解液的滲透和氧化膜的生成，從而影響到電容器的漏電流和比容。

應(yīng)用斯科特杯、WLP-202平均粒徑測定儀、霍爾流速計(jì)、試驗(yàn)篩機(jī)DZS-200（直徑為300 mm標(biāo)準(zhǔn)篩）、全自動氮吸附比表面儀3H-2000A、激光粒度分布儀對樣品A、樣品B進(jìn)行了物理性能對比分析，相關(guān)結(jié)果列于表1、表2、圖1、圖2。由表1、表2、圖1、圖2可以看出，隨著混合時間的增加，鉭粉的流動性、松裝密度、比表面積、-0.044 mm細(xì)粉含量呈上升趨勢，而鉭粉的費(fèi)氏粒徑呈降低趨勢。

表1 樣品A、樣品B的物理性能

表2 樣品A1、樣品A2、樣品B1、樣品B2在不同混合時間下的物理性能

圖1 不同混合時間下樣品A、樣品A1、樣品A2粒度分布變化

圖2 不同混合時間下樣品B、樣品B1、樣品B2粒度分布變化

2.2 化學(xué)成分測試

化學(xué)成分對鉭粉的電性能有直接影響，鉭粉中金屬雜質(zhì)和氣體雜質(zhì)含量過高，特別是磷、氧、碳、鉀、鈉和鐵含量過高，會在鉭陽極氧化膜中形成疵點(diǎn)，導(dǎo)致氧化鉭薄膜不連續(xù)、不穩(wěn)定，使電容器的漏電流增大，擊穿電壓降低，可靠性和使用壽命降低，甚至達(dá)到報(bào)廢的程度，因此在鉭粉生產(chǎn)過程中需要控制其含量。樣品A、樣品B的化學(xué)成分相關(guān)結(jié)果見表3、表4。

由表3、表4可以看出，隨著混合時間的增加，鉭粉的化學(xué)成分基本不變。

表3 樣品A、樣品B的化學(xué)成分 μg／g

表4 樣品A1、樣品A2、樣品B1、樣品B2在不同混合時間下的化學(xué)成分 μg／g

2.3 電性能測試

將樣品A和樣品B按照下述表5條件進(jìn)行電性能測試，測試結(jié)果見表6。

表5 電性能檢測條件

表6 鉭粉的電氣性能

由表6可以看出，在表5的檢測條件下，樣品B的漏電流、比容、損耗、體積收縮率均大于樣品A。

2.4 電性能特性曲線分析

將樣品A、樣品A1、樣品A2及樣品B、樣品B1、樣品B2按照表5條件進(jìn)行電性能測試。測試所得鉭粉漏電流、比容、損耗、體積收縮率變化情況如圖3、圖 4、圖 5、圖6所示。

由圖3～圖5可以看出，隨著混合時間的增加，樣品A和樣品B的漏電流、損耗及體積收縮率均有上升趨勢，比容變化不大。

圖3 不同混合時間下鉭粉漏電流曲線圖

圖4 不同混合時間下鉭粉比容曲線圖

圖5 不同混合時間下鉭粉損耗曲線圖

圖6 不同混合時間下鉭粉體積收縮率曲線圖

3 結(jié) 論

1.由表1、表6可以看出，與樣品A相比，樣品B費(fèi)氏粒徑小、比表面積大、-0.044 mm細(xì)粉含量多，漏電流高11%，容量高3%，損耗高14%，體積收縮率高15%。這說明，隨著費(fèi)氏粒徑變小、比表面積變大、細(xì)粉比例增加，鉭粉的漏電流、損耗、體積收縮率也隨之變大。

2.由表2、圖1、圖2可以看出，隨著混合時間的增加，鉭粉的流動性、松裝密度、比表面積、-0.044 mm細(xì)粉含量呈上升趨勢，而鉭粉的費(fèi)氏粒徑呈降低趨勢，說明隨著混合時間增加，鉭粉的微細(xì)顆粒增加。

3.由表3、表4可以看出，隨著混合時間的增加，鉭粉的化學(xué)成分基本不變。

4.由圖3、圖4、圖5、圖6可以看出，隨著混合時間的增加，鉭粉的漏電流、損耗及體積收縮率均有上升趨勢，比容變化不大。

通過以上分析，可以看出，隨著混合時間的增加，鉭粉的化學(xué)成分基本不變，鉭粉的松裝密度變大、細(xì)粉比例增加，鉭粉的漏電流、損耗及體積收縮率均有上升趨勢。建議在電容器制作過程中要嚴(yán)格控制混合時間，避免因混合時間的延長導(dǎo)致鉭粉細(xì)粉比例增加。因?yàn)槌?xì)顆粒具有較大的活性，比表面積較大，在高溫?zé)Y(jié)時具有較大的體積收縮率，并且會附著在較大顆粒表面，減少了鉭陽極的有效比表面積，使電容器的比容降低，漏電流惡化，損耗增大，最終影響到電容器的質(zhì)量。同時建議在鉭粉生產(chǎn)過程中，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，來控制鉭粉的純度及物理性能，提高鉭粉質(zhì)量，使其滿足電容器設(shè)計(jì)生產(chǎn)需要。