不同破碎方式對低比容鉭粉性能影響

李麗君，雒國清，劉建偉

（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研究中心，寧夏 石嘴山 753000；3.稀有金屬特種材料國家重點實驗室，寧夏 石嘴山 753000）

用于制作電容器的鉭粉，是一種由許多小粒子團化組成的高比表面積的多孔鉭粉顆粒。這種鉭粉顆粒是將鈉還原氟鉭酸鉀得到的原粉，在真空爐高溫下進行團化熱處理，而成為類似于珊瑚狀的團化顆粒［1，2］。經(jīng)過高溫燒結(jié)后的鉭粉，由于部分細顆粒鉭粉得到粘結(jié)、凝聚、燒結(jié)，鉭粉的顆粒強度明顯增大、流動性明顯得到改善。20 K以下鉭粉的特點是平均粒徑和松裝密度大，熱處理溫度高，顆粒強度大，適合較高溫度燒結(jié)和較高電壓賦能所制作的電容器應用，基于這種原因，高溫熱處理后的20 K以下鉭粉需破碎、過篩制粉。目前使用破碎機對燒結(jié)后的鉭粉進行破碎，破碎機不同檔位破碎、手篩破碎方式對鉭粉的性能是否存在影響，本試驗從同批物料在選用破碎機A檔、B檔及手篩三種不同破碎方式下對鉭粉性能進行了研究工作。

1 試驗部分

1.1 主要設備及原材料

真空熱處理爐、破碎機、旋振篩、標準篩、20 K以下鉭粉原粉

1.2 主要分析設備

利用馬爾文激光粒度儀對其進行粒度分布測試；利用美國LECO CS廠家生產(chǎn)的LECO CS-436型氧氮分析儀分析O、N元素；用美國貝爾德公司的DV-5直讀光譜儀分析金屬雜質(zhì)元素。

1.3 試驗過程

將一批比容符合20 K以下表征特點的原粉經(jīng)熱處理高溫燒結(jié)、出爐后，使用破碎機進行破碎過60目旋振篩。用破碎機的最大檔位A檔位（其檔位鄂板間隙為8 mm）破碎，其樣品編號為A；對A檔位的篩上粗粉進行最小檔位B檔位（其檔位鄂板間隙為4 mm）破碎，其樣品編號為B；B檔位破碎的篩上粉，選用相同篩目60目標準篩手篩充分過篩制粉后，其樣品編號為C。經(jīng)測試，A、B、C三種樣品化學雜質(zhì)含量基本相當。

2 結(jié)果分析及討論

2.1 不同破碎方式物理性能

不同破碎方式鉭粉物理性能見表1。從表1可知，比較A、B、C樣品的鉭粉物理性能，C樣品偏粗，費式粒徑略大、325目篩下比例略少、比表面積偏小。

2.2 電鏡分析結(jié)果

不同破碎方式樣品電鏡分析結(jié)果如圖1所示。由圖1電鏡分析結(jié)果可以看出A、B、C樣品的熱處理溫度相同，電鏡的粒形、粒貌相近。

2.3 粒度分布分析結(jié)果

不同破碎方式樣品粒度分析結(jié)果如圖2（樣品A粒度分布）、圖3（樣品B粒度分布）、圖4（樣品C粒度分布）、圖5（樣品A、B、C振動0 min粒度分布）、圖6（樣品A、B、C振動3 min粒度分布）所示。

表1 不同破碎方式鉭粉物理性能

圖1 電鏡分析結(jié)果

由圖2～圖5可以看出采用采用不同破碎方式制粉的A、B、C樣品，B樣品表現(xiàn)出較小的粒度分布，原因為B檔位由于破碎間隙小，破碎的物料在破碎機鄂板間相互作用下，生產(chǎn)出較細的鉭粉顆粒。A、B、C樣品的顆粒強度相似，圖6可以看出A、B、C樣品在超聲波振動3 min后的粒度分布情況大致與振動前的粒度分布情況相當。

圖2 樣品A粒度分布

圖3 樣品B粒度分布

圖4 樣品C粒度分布

圖5 樣品A、B、C振動0 min粒度分布

圖6 樣品A、B、C振動3 min粒度分布

2.4 陽極塊孔隙度分析結(jié)果

陽極塊制備條件：重量0.5 g／支，密度5.5 g／cm3，直徑5.0 mm，燒結(jié)溫度1 700℃／15 min。

如圖7所示，大孔5～10μm部分，顆粒間部分，不同破碎方式之間陽極塊的孔隙度有差異，A、B樣品陽極塊的孔隙度差異不大，C樣品陽極塊孔隙度明顯偏大。小孔1～5μm部分，顆粒內(nèi)部分，不同破碎方式之間陽極塊的孔隙度差異不大。由于C樣品鉭粉粉末偏粗，壓制后，壓制塊的大孔部分、顆粒間部分孔隙大；小孔部分，顆粒內(nèi)部分，不同破碎方式陽極塊的孔隙度相差不大。但顆粒本身的孔隙由還原、熱處理工藝決定，因此不同粒度的粉末的孔隙相似。

圖7 陽極塊孔隙度圖

2.6 電氣性能分析結(jié)果

將三種不同樣品，按照檢測條件：重量0.5 g，密度5.5 g／cm3，燒結(jié)溫度1 700℃／15 min，擊穿電壓150 V進行成型、燒結(jié)、賦能、測試，電性能結(jié)果見表2。

從表2可以看出，不同破碎方式的A、B、C樣品電性結(jié)果差別不大。

3 結(jié) 論

1.不同破碎方式鉭粉化學雜質(zhì)含量沒有差別。

2.C樣品偏粗，325目篩下比例略少，B樣品表現(xiàn)出較小的粒度分布，原因為B檔位破碎間隙小，生產(chǎn)出較細的鉭粉顆粒。為了增大物料的325目篩下細粉比例，對破碎篩上粗粉可采用最小檔位B檔位循環(huán)反復破碎。

3.不同破碎方式樣品鉭粉微觀結(jié)構(gòu)相同，顆粒強度相似。

4.由于C樣品鉭粉粉末偏粗，壓制后，壓制塊的大孔部分、顆粒間部分孔隙明顯偏大。小孔部分，顆粒內(nèi)部分，不同破碎方式樣品陽極塊的孔隙度相差不大。但顆粒本身的孔隙由還原、熱處理工藝決定，因此不同粒度的粉末的孔隙相似。

5.濕式電性檢測條件下，不同破碎方式的樣品具有相似的電氣性能。