專利名稱：鉭金屬表面鈍化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鉭金屬表面鈍化裝置，具體地涉及一種包括氬氣強(qiáng)制冷卻裝置和鈍化用含氧氣體制冷系統(tǒng)的鉭金屬表面鈍化裝置。
背景技術(shù)：
鉭金屬的最大用途是制造鉭電解電容器。鉭電解電容器的制造過程通常是用鉭粉壓制形成坯塊，將坯塊在真空爐里燒結(jié)成粒子間相互連接的多孔體，接著將上述多孔燒結(jié)體在合適的電解質(zhì)里進(jìn)行陽(yáng)極氧化，使多孔體粒子表面形成均勻的互相連通的介電氧化膜，即形成陽(yáng)極，再在氧化膜表面被覆陰極材料，然后包封并形成電容器陽(yáng)極和陰極。作為鉭電解電容器的主要原料的電容器級(jí)鉭粉的雜質(zhì)含量，特別是氧含量對(duì)漏電流的影響很大，低漏電流要求鉭粉具有低氧含量。作為電解電容器用的鉭粉，通常都要進(jìn)行熱處理。所述熱處理一方面對(duì)鉭粉進(jìn)行提純，另一方面是使微細(xì)鉭粒子凝聚成多孔的顆粒，改善鉭粉的物理特性，如鉭粉的流動(dòng)性，從而改進(jìn)用其制造的電解電容器的性能，如電容器的容量、漏電流和等效串聯(lián)電阻 (ESR)。鉭粉脫氧熱處理通常是在鉭粉中混入適量還原劑堿土金屬或稀土金屬或其氫化物，在真空或惰性氣氛里在700°C 1100°C進(jìn)行熱處理，使鉭粉得到凝聚并脫除氧。由于鉭金屬是一種與氧親和力很大的金屬，鉭與氧化合形成五氧化二鉭，是放熱反應(yīng)，若鉭粉的表面有一層氧化膜，可以防止鉭的繼續(xù)氧化。這種被氧化膜覆蓋的鉭粒子一當(dāng)被加熱到約300°C以上的溫度，氧化鉭膜開裂而被破壞，部分氧溶入鉭基體，部分氧逸散、 富集。所以，當(dāng)加熱后的鉭粉在被冷卻后與含氧介質(zhì)接觸時(shí)又要從表面開始氧化，吸收新的氧，使氧含量增加，如果吸收氧的速度不進(jìn)行控制，隨著氧化放熱溫度升高，甚至引起鉭粉自燃，因此人們開發(fā)了鉭粉可控氧化的鈍化技術(shù)。所述的鉭粉鈍化是當(dāng)鉭粉的氧化膜被破壞后又與含氧介質(zhì)接觸時(shí)，人為地控制氧的供給速度，從而在受控情況下控制鉭粉的氧化速度和溫度，使鉭粉表面形成鈍化氧化膜，避免激烈氧化。所以比表面積較高的鉭粉(比表面積大于0. lm2/g)在熱處理后要進(jìn)行鈍化處理。本說明書所述的鉭金屬表面鈍化包括鉭粉表面鈍化和由鉭粉壓制形成的多孔體的表面鈍化。隨著電子元器件的小型化的發(fā)展，要求使用具有更大比表面積的更加微細(xì)的鉭粉，對(duì)于高比表面積的鉭粉，由于在單位體積范圍里的鉭粉在鈍化時(shí)產(chǎn)生的熱量更多，鈍化時(shí)鉭粉溫度上升得更高，在鉭粉熱處理后的鈍化過程中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)溫度突然上升很多，這歸因于鉭粉開始激烈氧化，從而必須馬上停止充氣鈍化；停止一段時(shí)間，當(dāng)溫度降低后繼續(xù)緩慢充氣鈍化；鈍化完后出爐發(fā)現(xiàn)，鉭粉表面有白色氧化鉭斑塊，沒有白色氧化鉭的鉭粉的氧含量也很高。鈍化時(shí)控制不好，還會(huì)出現(xiàn)鉭粉著火，造成巨大損失。所以，鉭粉的鈍化成為開發(fā)高比表面積鉭粉的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。包括US6927967B2、US6432161B1、US6238456B1、CN1919508A、CN101404213A、US6992881B2、US7485256B2和CN1899728A在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)披露了鉭粉的鈍化，是把室溫下的含氧氣體通入到裝有經(jīng)過熱處理并被冷卻到室溫或更高溫度的的鉭粉的真空爐內(nèi)使鉭粉鈍化，但是這些現(xiàn)有技術(shù)沒有對(duì)鉭粉的熱處理后的鈍化采取特別的措施而獲得有益效果，這樣，鈍化時(shí)間長(zhǎng)，容易引起鉭粉激烈氧化。公開號(hào)為CN101348891A的中國(guó)專利公開了一種鉭粉受控鈍化鎂處理降氧方法，其中使用純氧進(jìn)行鈍化處理；該方法存在的問題是不適合對(duì)高比表面積鉭粉進(jìn)行熱處理鈍化，而且鈍化時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)率低下。由于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，希望提供一種用于對(duì)鉭金屬進(jìn)行鈍化處理的的裝置，該裝置在鉭金屬表面鈍化過程中能夠避免出現(xiàn)激烈氧化。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種鉭金屬表面鈍化的裝置，該裝置適合于對(duì)鉭金屬進(jìn)行鈍化處理并且能夠避免在鈍化過程期間出現(xiàn)激烈氧化。通過下面所述的技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了上述目的。本實(shí)用新型提供一種鉭金屬表面鈍化裝置，該鈍化裝置包括熱處理爐，所述熱處理爐包括爐膛、組成所述爐膛的帶水冷夾套的外殼、和所述爐膛相通的真空壓力計(jì)、鈍化用的含氧氣體入口、氬氣入口、抽空管道、位于熱處理爐上部的氬氣出口、抽空管道、設(shè)置于所述爐膛里的保溫屏、設(shè)置在所述的保溫屏里面的加熱器、測(cè)量溫度的熱電偶、和用于容納待處理鉭金屬的熱處理坩堝，其特征在于所述鈍化裝置還包括氬氣強(qiáng)制冷卻裝置和鈍化用含氧氣體制冷裝置；其中所述的氬氣強(qiáng)制冷卻裝置主要包括待冷卻氬氣入口、熱交換室、被冷卻氬氣出口和循環(huán)泵；其中所述待冷卻氬氣入口與熱處理爐上部的氬氣出口相連，在鈍化處理時(shí)，熱處理爐內(nèi)溫度較高的氬氣從所述的氬氣出口出來，通過外周有冷卻水冷卻的連接管道從熱交換室一側(cè)進(jìn)入熱交換室，在所述的熱交換室里，進(jìn)入的氬氣被制冷，然后從熱交換室另一側(cè)的被冷卻氬氣出口離開熱交換室進(jìn)入循環(huán)泵，循環(huán)泵將被制冷的氬氣壓出，并經(jīng)由連接管道從熱處理爐下部的氬氣入口將所述被制冷的氬氣輸送進(jìn)入熱處理爐；并且所述含氧氣體制冷系統(tǒng)包括與熱交換室一端相連的含氧氣體入口、熱交換室、 和與熱交換室另一端相連的含氧氣體出口 ；其中在進(jìn)行鈍化處理期間，含氧氣體從含氧氣體入口進(jìn)入熱交換室并與所述熱交換室里的介質(zhì)管道發(fā)生熱交換而被制冷到o°c以下、優(yōu)選-40°c 0°C的溫度，被制冷的含氧氣體從熱交換室的另一側(cè)的含氧氣體出口出來，經(jīng)過保溫連接管道從熱處理爐上部進(jìn)入熱處理爐，從而用于對(duì)待鈍化的鉭金屬進(jìn)行鈍化處理。本實(shí)用新型的有益效果如下利用本實(shí)用新型的鉭金屬表面鈍化裝置進(jìn)行鉭金屬表面鈍化，安全可靠，生產(chǎn)效率高，不會(huì)發(fā)生鉭金屬的激烈氧化；得到的鉭金屬氧含量低，并且由如此制得的鉭金屬陽(yáng)極漏電流低，電性能好。

圖1是本實(shí)用新型的鉭金屬鈍化裝置的示意圖；其中10.爐膛11.帶水冷夾套的爐殼11-1.冷卻水進(jìn)口[0021]11-2.冷卻水出口[0022]20.熱處理爐含氧氣體入口[0023]30.保溫屏[0024]40.熱處理爐氬氣入口[0025]41.抽空管道[0026]50.加熱器[0027]60.熱電偶[0028]70.鉭金屬[0029]80.坩堝[0030]100A.氬氣強(qiáng)制冷卻裝置[0031]100.制冷機(jī)[0032]101.熱交換室[0033]102.待冷卻氬氣入口[0034]104, 制冷介質(zhì)管[0035]105.被冷卻氬氣出口[0036]106 連接管道[0037]107,.熱處理爐氬氣出口[0038]108 連接管道[0039]108-1冷卻水進(jìn)口[0040]108-2冷卻水出口109.循環(huán)泵90A.含氧氣體制冷系統(tǒng)90制冷機(jī)91熱交換室92待冷卻含氧氣體入口93氬氣入口94制冷介質(zhì)管95冷卻含氧氣體出口[0049]96保溫連接管97溫度計(jì)98壓力計(jì)99 流水口
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。圖1顯示了本實(shí)用新型的鉭金屬表面鈍化裝置，該鈍化裝置主要包括熱處理爐、 氬氣強(qiáng)制冷卻裝置和含氧氣體制冷系統(tǒng)90A。所述熱處理爐包括爐膛10、組成所述爐膛10的有冷卻水進(jìn)口 11-1和冷卻水出口 11-2的帶水冷夾套的爐殼11、和所述爐膛10相通的真空壓力計(jì)12、鈍化用的含氧氣體入口 20、氬氣入口 40、位于熱處理爐上部的氬氣出口 107、抽空管道41、設(shè)置于爐膛里的保溫屏30、設(shè)置在所述的保溫屏30里面的加熱器50、測(cè)量溫度的熱電偶60、熱處理坩堝80、 裝入所述坩堝80里的待處理的鉭金屬70。所述的氬氣強(qiáng)制冷卻裝置100A主要包括制冷機(jī)100、熱交換室101、熱交換室氬氣入口 102、與進(jìn)入所述的熱交換室101的氬氣進(jìn)行熱交換的制冷介質(zhì)管104、所述熱交換室101氬氣出口 105、所述的熱交換室101的冷卻氬氣出口 105、與熱處理爐爐膛10相連的連接管道106、制冷氬氣進(jìn)入熱處理爐爐膛10的入口 94、安置在熱處理爐爐膛10上部溫度較高的氬氣出口 107、連接所述的氬氣出口 107和所述的熱交換室氬氣入口 102的有冷卻水進(jìn)口 108-1和冷卻水出口 108-2的外周冷卻水管道108及使氬氣循環(huán)的氣體循環(huán)泵109。所述鈍化用含氧氣體制冷系統(tǒng)90A主要包括制冷機(jī)90、熱交換室91、進(jìn)入所述熱交換室91的待冷卻含氧氣體進(jìn)氣口 92、氬氣進(jìn)氣口 93、和所述熱交換室91相通的壓力計(jì) 98、所述熱交換室91里與所述制冷機(jī)90相連的制冷介質(zhì)管94、設(shè)置于所述熱交換室91另一端的冷卻含氧氣體出口 95、連接所述冷卻含氧氣體出口 95和熱處理爐含氧氣體入口 20 的保溫管96、設(shè)置在所述含氧氣體出口 95旁邊的溫度計(jì)97、及置于所述熱交換室91底部的流水口 99。在鉭金屬熱處理后，通過氬氣強(qiáng)制冷卻裝置將鉭金屬降溫到適當(dāng)溫度，如降到 30°C或以下，優(yōu)選將鉭金屬溫度降低到10°C 30°C ；然后通入經(jīng)所述含氧氣體制冷系統(tǒng)冷卻過的溫度為0°C以下，優(yōu)選達(dá)到-10°C以下，更優(yōu)選達(dá)到-10°C -40°C的含氧氣體，使鉭金屬在受控條件下鈍化。每當(dāng)完成一批鉭粉的鈍化，用熱風(fēng)把熱交換室里各部件吹干，融化的水從所述流水口 99流出。在鈍化過程中，還可以通過所述含氧氣體制冷系統(tǒng)的氬氣入口引入氬氣，使氬氣與含氧氣體在熱交換室混合，并通過控制氬氣與含氧氣體各自的流量來改變所得混合氣體中的氧濃度。下面結(jié)合實(shí)施例與比較例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本實(shí)用新型范圍的限制。實(shí)施例1用比表面積為1. 82m2/g，松裝密度為0. 51g/cm3, 0含量為6200ppm的鈉還原氟鉭酸鉀制備的原粉，摻入按鉭粉重量計(jì)120ppm的磷，進(jìn)行球化造粒，得到松裝密度為1. 02g/ cm3的球形顆粒。將上述球化造粒鉭粉倒入鉭坩堝里，將坩堝裝入如圖4所示的鉭粉熱處理鈍化裝置中，在壓力為1. 33X10^8以下的真空中加熱到1200°C保溫30分鐘，然后停止加熱，降溫到200°C，通入氬氣開動(dòng)氬氣強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)100A，氬氣從進(jìn)氣口 102進(jìn)入到熱交換室101里與制冷機(jī)相連的制冷介質(zhì)管104發(fā)生熱交換；氬氣通過熱交換而被制冷，被制冷的氬氣從出口 105出來通過管道106從熱處理爐的氣體入口 40送入熱處理爐；熱處理爐里的溫度較高的氬氣從出口 107返回到所述熱交換室101被制冷，用循環(huán)泵109使氬氣循環(huán)， 循環(huán)的氬氣使熱處理爐內(nèi)的坩堝及鉭粉冷卻，冷卻約2小時(shí)，使?fàn)t內(nèi)溫度降低到25°C，使鉭粉進(jìn)行鈍化，鈍化過程是把爐內(nèi)氣氛從抽氣管道41抽空到約200Pa，啟動(dòng)含氧氣體制冷系統(tǒng)90A，使空氣和氬氣分別按照下述條件從92和93進(jìn)入91熱交換室混合并與94發(fā)生熱交換，然后從出口 95出來通過保溫管道96，從20入口進(jìn)入爐膛10 第一次將氧濃度為約 5Vol %的含氧氣體(通過壓力計(jì)分別通入1體積空氣和3體積的氬氣從進(jìn)氣口 92和進(jìn)氣口93進(jìn)入到所述的熱交換室91里)與制冷機(jī)相連的制冷介質(zhì)管94發(fā)生熱交換；含氧氣體通過熱交換而被制冷，溫度達(dá)到-10°C -20°c的含氧氣體從含氧氣體出口 95出來，通過保溫管96從熱處理爐的氣體入口 20送入熱處理爐，分8個(gè)階段3小時(shí)從200帕提高到0. IMPa (200Pa 0. 005MPa) /30 分鐘、(0. 005MPa 0. OlMPa)/30 分鐘、(0. OlMPa 0. 02MPa) /20 分鐘、(0. 02MPa 0. 03MPa) /20 分鐘、(0. 03MPa 0. 045MPa) /20 分鐘、(0. 045MPa 0. 06MPa) /20 分鐘、(0. 06MPa 0. 08MPa) /20 分鐘、(0. 08MPa 0. IMPa) /20 分鐘，共計(jì) 3 小時(shí)；第二次將氧濃度為約10Vol%的-10°c -20°c含氧氣體(1體積空氣和1體積的氬氣混合)按照第一次充氣程序3小時(shí)從20(Pa提高到0. IMPa ；第三次用_10°C -20°C空氣，按照第一次相同的程序3小時(shí)將壓力從200 提高到0. IMPa ；第四次用-10°C _20°C 空氣分4階段共2小時(shí)從200帕充到0. IMPa (200Pa 0. OlMPa)/30分鐘、(0. OlMPa 0. 03MPa)/30 分鐘、(0. 03MPa 0. 06MPa)/30 分鐘、(0. 06MPa 0. IOMPa)/30 分鐘。4 次鈍化共計(jì)11小時(shí)，整個(gè)過程中，開始爐內(nèi)溫度緩慢上升到^°c，隨后溫度逐漸平穩(wěn)，溫度在 25°C 之間變化，后來溫度漫漫下降到25°C。出爐后將鉭粉取出，沒有激烈氧化現(xiàn)象。 上述熱處理后的鉭粉經(jīng)過80目篩子過篩，得到S-Ih鉭粉，分析鉭粉的氧、氫含量，結(jié)果列于表1中。比較例1用和實(shí)施例1相同的鉭粉，在相同的溫度下進(jìn)行熱處理，停止加熱后，在真空里降溫到200°C，通氬氣進(jìn)行冷卻，冷卻12小時(shí)，溫度降到32°C，開始進(jìn)行鈍化，鈍化過程是把爐內(nèi)氬氣抽空到約200Pa，第一次分8個(gè)階段將31°C空氣充入熱處理爐，使?fàn)t內(nèi)壓力從 200Pa 提高到 0. IMPa (200Pa 0. 005MPa)/120 分鐘、(0. 005MPa 0. OlMPa)/60 分鐘、 (0. OlMPa 0. 02MPa) /60 分鐘、(0. 02MPa 0. 03MPa) /60 分鐘、(0. 03MPa 0. 045MPa) /30 分鐘、(0. 045MPa 0. 06MPa) /30 分鐘、(0. 06MPa 0. 08MPa) /30 分鐘、(0. 08MPa 0. IMPa)/30分鐘共計(jì)7小時(shí)。其中在充氣過程中溫度突然上升6次，最高溫度上升到60°C 當(dāng)發(fā)現(xiàn)溫度突然上升，立即停止充氣，等溫度降低到約32°C再向爐內(nèi)充氣。第二次分8個(gè)階段將31°C空氣充入熱處理爐，使?fàn)t內(nèi)壓力從200帕提高到0. IMPa (200Pa 0. 005MPa) /60 分鐘、(0. 005MPa 0. OlMPa) /60 分鐘、(0. OlMPa 0. 02MPa) /60 分鐘、(0. 02MPa 0. 03MPa) /60 分鐘、(0. 03MPa 0. 045MPa) /30 分鐘、(0. 045MPa 0. 06MPa) /30 分鐘、 (0. 06MPa 0. 08MPa) /30分鐘、(0. 08MPa 0. IMPa) /30分鐘共計(jì)6小時(shí)。其中發(fā)生1次溫度突然上升到50°C。第三次和第二次相同方法將31 °C空氣進(jìn)行鈍化充氣，共計(jì)6小時(shí)。第四次用31°C空氣分4階段從200帕提高到0. IMPa (200Pa 0. OlMPa)/30分鐘、(0. OlMPa 0. 03MPa) /30 分鐘、(0. 03MPa 0. 06MPa) /30 分鐘、(0. 06MPa 0. IOMPa)/30 分鐘，共計(jì) 2 小時(shí)。4次共計(jì)鈍化21小時(shí)。鈍化后將鉭粉取出，發(fā)熱嚴(yán)重。上述熱處理后的鉭粉經(jīng)過80 目篩子過篩，得到E-Ih鉭粉，分析鉭粉的氧、氫含量，結(jié)果列于表1中。表1鉭粉的氧、氫含量
鉭粉序號(hào)0HS-Ih1130078
權(quán)利要求1 一種鉭金屬表面鈍化裝置，其包括熱處理爐，所述熱處理爐包括爐膛(10)、組成所述爐膛(10)的帶水冷夾套的外殼(11)、和所述爐膛(10)相通的真空壓力計(jì)(12)、鈍化用的含氧氣體入口(20)、氬氣入口(40)、抽空管道(41)、設(shè)置于所述爐膛(10)里的保溫屏 (30)、設(shè)置在所述的保溫屏(30)內(nèi)的加熱器(50)、測(cè)量溫度的熱電偶(60)、置于加熱器內(nèi)的熱處理坩堝(80)、裝入所述坩堝(80)里的待處理的鉭金屬(70)；其特征在于所述鈍化裝置還包括氬氣循環(huán)冷卻裝置(100A)和鈍化用含氧氣體制冷系統(tǒng)(90A)；其中所述的氬氣強(qiáng)制冷卻裝置(100A)主要包括_待冷卻氬氣入口(102)，該待冷卻氬氣入口(102)與熱處理爐上部的氬氣出口(107)相連；-熱交換室(101)，該熱交換室(101)通過所述待冷卻氬氣入口(10 接收來自熱處理爐內(nèi)的溫度較高的氬氣并通過熱交換方式將其冷卻；-冷卻氬氣出口(105)，在熱交換室(101)中被冷卻的氬氣經(jīng)由該冷卻氬氣出口 (105)排出；和-循環(huán)泵(109)，該循環(huán)泵(109)由冷卻氬氣出口接收被冷卻的氬氣，并經(jīng)由連接管道(106)從熱處理爐下部的氬氣入口 GO)將所述冷卻的氬氣輸送進(jìn)入熱處理爐用以冷卻進(jìn)行鈍化處理的鉭金屬；所述含氧氣體制冷系統(tǒng)(90A)包括-待冷卻含氧氣體入口(92)，其用于接收用于對(duì)鉭金屬進(jìn)行鈍化處理的含氧氣體；-熱交換室(91)，在該熱交換室中通過熱交換方式將所述含氧氣體制冷；和-冷卻含氧氣體出口(95)，被冷卻的含氧氣體由此從熱交換室來開并通過保溫連接管道從熱處理爐上部進(jìn)入熱處理爐用于對(duì)鉭金屬進(jìn)行鈍化。
2.權(quán)利要求1所述的鉭金屬表面鈍化裝置，其特征在于所述含氧氣體是空氣或氧氣。
3.權(quán)利要求1所述的鉭金屬表面鈍化裝置，其特征在于所述含氧氣體制冷系統(tǒng)還包含氬氣入口(93)，可由此引入氬氣使其與含氧氣體在熱交換室中混合，并通過控制氬氣與含氧氣體各自的流量來改變所得混合氣體中的氧濃度。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鉭金屬表面鈍化裝置，所述鈍化裝置包括熱處理爐、氬氣強(qiáng)制冷卻裝置、和鈍化用含氧氣體制冷系統(tǒng)。在熱處理爐中對(duì)鉭金屬進(jìn)行熱處理之后并且在進(jìn)行鈍化處理之前，所述的氬氣強(qiáng)制冷卻裝置使鉭金屬的溫度降到30℃或以下；所述的鈍化用含氧氣體制冷系統(tǒng)使鈍化用含氧氣體冷卻到0℃或以下，然后再通入熱處理爐中使鉭金屬表面鈍化。本實(shí)用新型的鉭金屬表面鈍化裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)安全可靠，生產(chǎn)效率高，不會(huì)發(fā)生鉭金屬激烈氧化，得到的鉭金屬氧、氫含量低，并且由此制備的陽(yáng)極漏電流低，電性能好。
文檔編號(hào)B22F1/00GK202072755SQ201120077680
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者任萍, 劉建偉, 包璽芳, 張建華, 張紅岳, 曹洪波, 李興邦, 李惠, 李霞, 程越偉, 董學(xué)成, 馬躍忠, 龔偉玲 申請(qǐng)人:寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司