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JPS5835564B2 - タンタルおよびニオブ粉末からなる群の金属粉末の製造方法 - Google Patents
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JPS5835564B2 - タンタルおよびニオブ粉末からなる群の金属粉末の製造方法 - Google Patents

タンタルおよびニオブ粉末からなる群の金属粉末の製造方法

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JPS5835564B2
JPS5835564B2 JP54024035A JP2403579A JPS5835564B2 JP S5835564 B2 JPS5835564 B2 JP S5835564B2 JP 54024035 A JP54024035 A JP 54024035A JP 2403579 A JP2403579 A JP 2403579A JP S5835564 B2 JPS5835564 B2 JP S5835564B2
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    • H01G9/052Sintered electrodes
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は特にタンタルおよびニオブ粉末の製造に向けら
れる。
これらの粉末は、電解コンデンサー製造用の非常に高い
容量性電荷アノードを与える特徴を有する。
これら粉末の製造は、特に望ましい粒径のものを高収率
および高生産率で製造するために種々の制御手段の選ば
れた絹合せで液相で行われる。
好ましい面において、本発明は種々の望ましい金属粉米
粒径を得るために下記の反応に対する制御手段を提供す
る に2 TaF7 + 5 Na−+Ta + 2 KF
+ 5 NaF粒径の制御手段は、主としてナトリウ
ム金属添加速度、強制冷却による発熱反応からの熱取り
出し速度およびナトリウム金属添加速度を高めるため浴
中で内部熱低減剤として働く希釈剤塩の添加である。
便宜上、本発明は主として上記式によりフッ化タンタル
酸カリウム複塩(K2TaF7)を金属ナトリウムで還
元することに関するものとして記載される。
本発明以前には、タンタル(Ta)おりブニオブ(cb
)金属粉末は、主として下記のように特徴づけられる一
般的方法で製造される。
1、溶融浴中でナトリウムおよびカリウムの塩化物およ
び弗化物塩からなる種々の希釈剤系によるに2TaF7
またはに2CbF7の電解還元。
この方法では、生産率は電解パラメーター−電流および
電圧に制限される。
この系で確文される濃度勾配は高収率を得ることを妨害
し、生産率は比較的低かった。
すべての場合において、生成タンタル粉末は比較的粗く
かつデンドライト状であり、容量性電荷(capaci
tivecharge )が非常に低い電解コンデン
サーを与えた。
反応容器成分に対するガルバニ−腐食活性のために相当
量の不純物が生成物に移された。
2、に2TaF7またはに2CbF7が還元剤と混合さ
れるかまたは交互層として置かれる(両方共同体形)密
閉容器中での発熱反応。
収納された仕込は、発熱反応が自発的に開始されるまで
間接的に加熱された。
この制御不可能な反応は広範囲の粒径を有する粉末を生
じ、中間の収率効果を与えた。
これらの物質を電解コンデンサー用のアノードの製造に
使用出来るようにするためには、大規模の分類が必要で
ある。
これらの粉末は、電解粉末より単位重量当り大きい表面
積を有した。
さらに、これらの種類の反応は危険な状態をつくり出し
た。
3、米国特許第2,950,185号明細書に記載され
ているような攪拌された液相反応。
この方法では、K2TaF7は反応容器で融点以上の特
定温度に加熱された。
次に、溶酸ナトリウムが1時間当りI KPのに2Ta
F7につき約0.02KPのナトIJウムに相当する比
較的遅い均一な速度で添加された。
これはすべて本質的に等温に保持された浴中で内部攪拌
機により行われる浴の攪拌によって行われた。
この方法では、生成粉末は広範囲な粒径を有し、したが
ってそれに比例した大きな範囲の表面積を有した。
これらの物質が電解コンデンサー用のアノードの製造に
許容出来るためには、広範な分類を行って所望の粒径を
得ることが必要であった。
これらの粉末から誘導されるアノードから得ることが出
来る容量電荷は中間範囲であった。
さらに、これらの物質は、高い容積密度を有し、そのた
めその使用は約6.0gm/m以上の密度でプレスされ
るアノードに限定された。
4、米国特許第2,994.603号明細書に記載され
ているような希釈剤塩が存在する攪拌された液相。
攪拌された反応は、希釈剤塩たとえばNa1lおよびK
OlをK 2 T a F 7仕込に添加することによ
りより低い浴温度の使用が可能になるので進められた。
与えられた場合、ナトリウム供給速度は1時間当りI
Kyのに2TaF7につき約0.25KPであった;反
応完結後まで外部冷却は開示されていない。
小さな仕込が使用された時でさえ約8時間の典型的全還
元時間が使用された。
これらの工程条件は微粉物質の凝集、不純物をとり込む
傾向および過度な微細物の生成をもたらした。
5、 希釈剤塩および固体形のに2TaF7を150℃
以下の液体ナトリウムで粉砕(米国特許第3.829.
310および3,992,192号明細書に記載)、次
いで仕込を自発的発熱反応が開始する温度に加熱。
発熱反応は約950℃の最大反応温度に達するまで攪拌
されるか、間欠的に攪拌されるかまたは攪拌されなかっ
た。
反応は、間接加熱手段によりその等温で1〜8時間保持
された。
これは、制御不可能な発熱反応であり、したがって生成
物特性は種々の望ましい粒径および最終的には望ましい
電気特性を得ることを条件とされなかった。
したがって、これらの物質は電解コンデンサー用のアノ
ードの製造に使用する前に最終生成物から微細なおよび
粗大な粒子を除去するために分類を必要とした。
本発明の目的は次のようである: 1、高い容量性電荷電解コンデンサーで使用されるアノ
ード製造用の特定微細寸法および終始一貫した均一性の
タンタル金属粉末を非常に高い収率で製造すること。
2、粉末冶金実施で使用するための種々の所望の寸法の
タンタル金属粉末を非常に高い生産率および高収率で製
造すること。
3、電解コンデンサー用のアノードの製造を可能にする
非常に高い比キャパシタンスおよび低いかさ密度のタン
タル金属粉末を最終的に十分低い消散率(dissip
ation factor)装置をもたらす非常に低い
加圧密度で製造すること。
4、生成物質の全粒径成分の性能の同一性のために効果
的には全生成物を電解コンデンサー用のアノードの製造
に使用出来るより微細な寸法のタンタル金属粉末を製造
すること。
5、特定寸法(すなわち0〜3ミクロン)の除去のため
または他の特定寸法の集中化のために分類を必要とする
ことなく非常に高い比キャパシタンスの微細粒径のタン
タル金属粉末を製造すること。
6、アノードをプレス成形するために結合剤の使用の必
要なくして5.5gm/mおよびそれ以下のrB度でプ
レスされたアノードにおいて良好な凝集特性を鳴する電
解コンデンサー用途用のタンタル金属粉末を製造するこ
と。
7、弗化タンタル塩のナトリウム金属還元中核発生過程
にわたって制御可能な高ナトリウム金属注入速度および
反応容器に加えられる強制冷却により厳密な制御によっ
て高化キャパシタンスのタンタル金属粉末を製造するこ
と、この際冷却速度と組合せられるナトリウム金属注入
遠吠は所望粒径の制御に関連づけることが出来る手段で
ある。
8、に2TaF7および希釈剤塩の塩混合物の融点より
わずかに高い均−湛iの均一な溶融浴から出発して微細
な均一粒径のタンタル金属粉末を製造すること。
9.混合物の融点よりわずかに高い温度に維持された溶
融浴からナトリウム金属の高速度注入、連続攪拌および
強制外部冷却を用いて所望粒径に関連づけることの出来
る制御方法を与えることにより粗大な粒径のタンタル金
属粉末を製造すること。
10、混合物の融点よりわずかに高い温度に維持された
溶融浴からナトリウム金属の高速度注入、連続攪拌およ
び強制外部冷却を用いて所望粒径に関連づけることが出
来る制御方法を与えることにより冶金縁のタンタル金属
粉末を高い生産率および高収率で製造すること。
本発明のこれらおよび他の目的は、下記の詳細な記載お
よび特定例から明らかであろう。
本発明のすべての目的は特定の反応器について説明され
ているけれども、特定実施態様以外のより小さいまたは
より大きい寸法の反応器に適用することが出来る。
例において冷却法により説明される本発明のすべての目
的は、これらの方法に限定されるものでなく、実施態様
の記載で明らかになる他の手段を包含する。
タンタル金属粉末の製造に関する本発明の実施態様に記
載されるすべての原理は、液体形のニオブのハライド塩
を希釈剤NaC1およびKOlと組合せたものをこれも
液体形の還元剤で還元して特定粉末寸法を生じさせるた
めに使用することが出来る。
本発明の実施態様に記載されるすべての原理は、還元す
べき塩と液体均一相をなす限りアルカリ金属の弗化物、
塩化物、臭化物および沃化物からなる他の希釈剤系と共
に使用することが出来る。
本発明の実施態様に記載されるすべての原理は、反応器
への注入点で液体形である限りカリウム、リチウム、ル
ビジウムおよびセシウムからなる群の他のアルカリ金属
還元剤と共に使用することが出来る。
一般に、本発明の系は、一般式 〔式中Rはアルカリ金属であり、Mはタンタルおよびニ
オブからなる群の金属であり、Xは弗素、塩素および臭
素からなる群のハロゲンである〕の複塩の還元に適用す
ることが出来る。
本発明の好ましい面によれば、液相線温度以上であるが
好ましい還元温度よりかなり低い温度に維持されたに2
TaF7と希釈剤塩の溶融浴が、溶融ナトリウムと特定
の還元温度に達するまで反応せしめられる。
仕込の温度が最初の浴温度から還元温度に増大する間の
全反応のこの時間は本文において「核発生期間」と称さ
れる。
この核発生期間中ナトリウムの添加速度は制御される。
高容量性電荷電解コンデンサーの製造に使用されるアノ
ードの製造において使用すべき非常に微細な粒径のタン
タル粉末金属を製造することが望ましい場合、ナl−I
Jウム金属は還元温度に達するまで非常に大きい速度で
添加される。
平均粒径5ミクロン(μm)(測定方法は下記に記載)
以下の粒子を製造するためには、核発生期間中の温度上
昇速度は少なくとも20℃/分であることが好ましい。
幾らか大きい粒子(5〜8ミクロン)を得るためには、
温度上昇速度はより低くあることが出来るが、しかし少
なくとも10℃/分である。
核発生期間中のナトリウム注入遠吠(反応器への供給速
度)は最終生成物の粒径に逆効果を有することが判明し
た。
さらに詳細には、最終生成物の平均粒径は核発生期間中
時間に対する温度上昇速度および特定還元温度で必要な
化学量論的量のすI−IJウムの添加を完了させる時間
(本文において「成長期間」と称す)に逆比例すること
が判明した。
より微細な粒径のタンタル粉末を与えやすい他の要因は
、系において内部熱吸収剤または熱低減剤(heat
5ink)としても作用することが出来るNa1lのよ
な希釈剤の多量の使用である。
希釈剤対複塩の比が約0.6〜1.0(重量基準)であ
ると、平均約5ミクロン以下のより小さい粒子が生成し
やすく、一方約0.25〜約0.6(重量基準)のより
低い比では平均約5〜約8ミクロンの幾らかより大きい
粒子が生成しやすい。
微細粒径を生じさせる。
ことが判明した他の要因は、溶融浴ヘナl−IJウム注
入を出来るだけ低い温度で開始させることである。
低い温+iでスタートすると、ある一定の温i増加に対
して比例的に多量のナトリウムが消費され、その結果全
工程時間が減少する。
粒径制御の他の重要な要因は、還元温度である。
約760〜約850℃の温度は、より小さい粒子を生じ
やすく、一方約850〜約1000℃の温度は幾らかよ
り大きい粒子を生じやすい。
大きなナトリウム注入速度で急速な温度上昇の維持と関
連する重要な要素は、反応 に2TaF7+5Na→Ta+2KF+5NaFによっ
て発生する熱の一部を反応容器中の反応塊の強制冷却に
より取り出すことである。
強制冷却の使用により、全工程時間がかなり低減され、
さらに生成粉末の粒径が低減される。
本文において1−強制冷却」とは、反応器壁を通って周
囲空気に失われる熱損失により行われる自然冷却および
比較的冷い液体アルカリ金属が浴温区まで加熱される際
に行われる熱吸収を超える温変低減法を云う。
適当な方法として、(aJ反応器の外部の周りに向けら
れる高速度流の空気または他の冷却剤ガスの使用、(b
J反応器の周りで冷却剤ジャケットの使用、(cJ反応
塊内で冷却剤コイルの使用、およびり)反応器の外部に
向けられる液体の冷却剤噴霧の使用が挙げられる。
強制冷却速度は毎分複塩I KF?当り少なくとも10
Kcalを除去しかつ成長期間中反応温度で発熱が発生
する速度の少なくとも50%であるのが好ましい。
発熱の発生速度は、アルカリ金属供給速度および弗化ナ
トリウム生成物の生成熱から計算することが出来る。
強制冷却速度は、冷却剤の比熱を考慮しながら冷却剤の
流速および冷却剤の温変上男から計算することが出来る
冷却剤が液体から蒸気(H2Oとして)へまたは固体か
ら蒸気(CO2として)へ相変化する場合、蒸発潜熱も
要因となる。
別法として、強制冷却速度は、強制冷却された系の発熱
性熱の発生速度から強制冷却を受けない同じ系(同じ温
度に維持される)の発熱性熱の発生速度を引くことによ
り計算することが出来る(この場合反応温度は実質的に
一定である)。
後者の計算を行う場合、強制冷却を使用する系でより多
くのアルカリ金属を浴温妾に加熱するという理由から熱
吸収の増大された速度を考慮しなければならない。
本発明によれば、成長期間中のアルカリ金属の供給速度
および強制冷却速度は、成長期間中反応温度が実質的に
一定のまXであるように均衡せしめられる。
温度は、所望の反応温度から約50℃以上、好ましくは
約25℃以上、最も好ましくは約10℃以上変化しては
ならない。
多量の希釈剤塩、低い初期溶融浴温度、非常に急速なナ
トリウム供給遠吠および成長期間中一定温度を保持する
ための強制冷却の使用の組合せにおけるこれら改良によ
り、従来技術法に比較してはるかに均一でかつ微細な粒
径の粉末が得られる。
電解コンデンサーの製造で使用されるアノードの製造用
の格別の特性を有する微細粒径タンタル金属粉末を得る
ための前述した手段は、高い生産性および高収率の同じ
付加効果を達成するために幾らか粗大な粒径粉末を製造
することにも等しく十分に適用することが出来る。
タンタル金属粉末を製造するための改良手段は、反応 に20bF7+ 5 Na→Cb + 2 KF +
5 NaFにより製造されるニオブ金属粉末のように制
御された粒径が必要な他の金属粉末を大きな生産率およ
び高収率で製造することにも適用することが出来る。
本発明のこれらおよび他の目的および利点は、添付図面
を参照とする下記の記載から明らかになるであろう。
第1図には、ナトリウム還元金属の急速な供給および強
制外部冷却を用いてに2TaF7の還元を行うための反
応器50の断面が示される。
反応器は熱絶縁体52を有し、電気抵抗加熱要素54に
より加熱することが出来る。
ステンレス鋼のような材料で構成されるライナー56が
、インコネルのような耐熱合金で構成されるレトルト5
8を包囲する。
レトルトの蓋59はライナー56の外部ポートフランジ
100にガスケット62によりシールされたフランジ6
0を有する。
溶融塩浴63は、金属弗化物(または塩化物)塩たとえ
ばK 2 T a F ?および選ばれた量の希釈剤塩
たとえばN a OtまたはKOtまたはこれらの混合
物からなる。
塩浴の液体水準63Lおよび反応中蓄積するタンタル結
晶630も示される。
詳述される本発明の実施態様では、塩浴は始めすI−I
Jウム添加前に溶融される。
使用される特定の反応器では、溶融浴中のに2TaF7
量は約500〜1000に5’であり、希釈剤塩は約2
00〜450 Kyであり、希釈剤塩対に2TaF7の
重量比は約0.2〜1.0であり、そのモル比は約0.
8〜4.6であった。
希釈剤塩およびに2TaF7の特定の使用量およびそれ
らの重量比は、製造すべきりンタル粉末の特定の粒径に
左右された。
最も微細な粒径のタンタル粉末を製造する場合、より多
量の希釈剤塩を使用した。
レトルトで十分な容積が利用出来る場合、K 2 T
a F 7および希釈剤塩の全量を固体塩として反応器
に添加し、共に溶融させた。
より多量の希釈剤塩が望ましいある場合には、K2Ta
F7のすべておよび希釈剤塩の一部をまず溶融し、次に
、希釈剤塩の残りを一つまたはそれ以上の補足添加剤と
して添加した。
還元反応中攪拌器64により浴の攪拌を維持する。
攪拌器は、外径が典型的にはレトルトの内径の約1/2
であるブレード66を肩する。
ブレードは一般に攪拌器のシャフトに対して約30〜6
0°、典型的には約45°のピッチを有する。
攪拌器はレトルトの蓋に配置されたシール68を貫通し
て上方へ垂直に延び、垂直駆動装置70および回転駆動
装置72に係合している。
攪拌は、塩浴が溶融した時から還元反応の完結まで連続
的に与えられる。
好ましい実施態様では、攪拌器速度は典型的には操作巾
約70〜140 rpmの範囲、または溶融塩混合物が
500−1000に2である場合には上記混合物I K
f当り約0.05〜0.5Orpmの範囲で変化する。
ナl−IJウム供給を開始する前に均一な溶融塩浴を得
るためにより遅い速度が最初に使用される。
最も早い攪拌速度は、最も大きいすl−IJウム供給速
度が使用される核発生期間中に使用され、次いでその後
のより遅いナトリウム供給速度中およびナトリウム供給
の完結後にもより遅い速度が使用される。
操作中攪拌様速度を変えることは好ましい方法であるけ
れども、本発明において操作中一定の攪拌速度を用いる
ことにより満足な結果を得ることが出来る。
他の好ましい方法は、ナトリウム添加期間中攪拌器の位
置を意図的にかつ漸次上昇させることである。
これは、攪拌器を最初の位置より約4〜12インチ上方
へ連続的にまたは段階的に典型的には約2インチ/段階
で上昇させる垂直駆動装置を用いて行われる。
これは、沈降してレトルト底部に漸次蓄積するタンタル
金属粉末粒子をすき出さないようにかつナトリウム添加
から生じる添加浴容積を補償するように行われる。
攪拌器の漸次上昇は、好ましい実施であるけれども、本
発明において攪拌器を本質的に中間位置で適当な初期垂
直配置することにより満足な結果を得ることが出来る。
所望の最終タンタル粒径を得るために本発明の範囲内で
異なる工程条件下でなされる操作中連続的に均一な浴組
成を達成しようとして攪拌器設計、回転速度および変化
および攪拌器の意図的垂直上昇の特定の絹合せが使用さ
れる。
約100−160℃の溶融ナトリウムがレトルト蓋を通
って延在する経路74から導入される。
ナトリウムの液滴または流れγ5は75Rに示されるよ
うにに2 T a F 7と接触すると溶融浴中で反応
する。
ナトリウムの流速は、加熱ナトリウムタンク(図示せず
)からの経路の弁76により制御される。
ナトリウム凝縮器80はレトルト蓋に連結され、安全
ブーオフ(pop−off)弁84に通じる経路82を
有する。
熱電対86が溶融浴に浸漬され、シール88を通って温
度記録計および制御器(図示せず)に延びている。
レトルトの強制外部冷却手段は送風機90により与えら
れる。
周囲空気または他の冷却剤たとえば液体または気体CO
□が送風機の入口92に導入される。
冷却剤流はライナー56の内部に通じる延長部96に連
結されたダクト94を通って進み、次いでレトルト58
とライナーの間の空間98へ上方へ向い、レトルトを冷
却する。
次いで、冷却剤流はライナーの頂部に配置された捕集マ
ニホルド101を通って進み、次いで、ダンパー104
を有するダクト102から排出されるかまたはそれは熱
除去装置(図示)を設けることにより再循環することが
出来る。
例示の実施態様では、レトルトの外部への強制空冷が一
般に使用された。
36−インチIDレトルトでは、レトルトの外部を冷却
するために使用された空気流速は約500〜3000
cfmであった。
最も微細なタンタル粉末粒径を得るために用いられた工
程パラメータで最も大きい速度が使用された。
レトルトの冷却は、レトルトの外部にフィンまたは他の
適当な形状部を設けることlこよりさらに促進すること
が出来る。
強制空冷および液体二酸化炭素冷却が本方法の例で記載
される。
しかしながら、そのような冷却方法は限定的なものでは
なく、本発明はまた他の強制冷却手段たとえば冷却剤コ
イルまたは冷却剤ジャケット、スプレーおよび他の方法
も意図する。
本方法を、K2CbF7のナトリウム還元によりニオブ
を製造するために使用する場合、希釈剤塩たとえばNa
1l対に2CbF7の好ましい比は、Na1l対に2T
aF7比の場合とモル基準ではゾ同じすなわち前述した
ように約0.8〜4.6である。
K2CbF7の還元に対して好ましいナトリウム供給速
度は、K2TaF7のナトリウム還元の例で記載したも
のより約30%大きい。
下記の例は、本発明の理解に役文つ。
例1 この例は電解コンデンサー用途で使用するためのタンタ
ル粉末の従来技術製造法を記載する。
希釈剤との攪拌された反応は、反応器に外部強制冷却装
置を設けないことを除いて第1図に示す反応装置を用い
て行った。
454.5KPのに2TaF7および218KpのN
a 01を反応器に仕込んだ。
密閉反応器およびその仕込を720℃に加熱し、仕込を
溶融し、その後まもなく攪拌機を動かして液体浴を均質
化した。
攪拌機速度は70 rpmに維持した。
720℃である時間均質化後、148℃の液体ナトリウ
ム金属を0.301Ky/分または1時間当り0.03
97 KgANa/KPK2 TaF 7の速度で反応
器に添加し、その後120分で790℃の温度に達した
次に、0.211 KpNa/分または1時間当り0、
0279 KyNa/に?に2TaF7の適当な液体ナ
トリウム金属注入速度を用いて790℃の成長期間温度
を維持した。
成長期間は455分または7.55時間続き、この期間
中、低ナトリウム供給速度で約1230Kcal/分が
発生せしめられた。
成長期間中、攪拌機速度は70rpmで維持し続けられ
た。
反応塊を周囲温度に冷却し、粉砕および浸出を包含する
通常の方法で凍結塊から生成タンタル金属粉末を取得し
た。
第2図は、ナトリウム金属供給の開始から終りまで温度
対時間のグラフを示す。
このグラフで時間サイクルは、この例を後の例に記載の
本発明の実施態様と比較するに際して便宜上1時間まで
分で示され、その後時間間隔で続けられることに注意さ
れたい。
タンタル粉末の化学組成を通常の方法により分析した。
測定された不純物水準を表Iに示す。粉末をU、S、標
準篩を用いて篩分析試験にかけて+80メツシユ、−8
0+325メツシユ、および−325メツシユ物質の重
置板を決定した。
データはまた表Iに示され、−80メツシュ部分の量は
第4図にプロットされる。
−80メツシュ部分は一緒にし、混合し、そして他のす
べてのテストに用いた。
この粉末の粒径はASTM名称B53O−65、”5t
andard Method of Te5t for
Average Particle 5ize of
RefractoryMetals and Comp
ounds by theFisherSub−sie
ve 5izer”によりフィッシャーサブシーブサイ
ズ(FSSS)として測定された。
データは表Iに含まれ、第4図にプロットされる。
以下1−スコツト密度J (SD)と呼ばれる見掛は密
度をASTM名称B212−48の方法、(Reapp
roved 1970 )、” S tandardM
ethod of Te5t for Apparen
t Densityof Metal Powders
”によりこの粉末について測定し、その値を表Iに示す
一80メツシュ粉末の一部を「還元したまSの」状態で
電気特性についてテストした。
−80メツシユ粉末の第二部分を約10−3 トル絶対
圧の真空で約1400℃(光学温度→に加熱し、その温
度で1時間保持し、真空下で2時間冷却し、最後にヘリ
ウム下で周囲温度に冷却し、次いで粉砕し、35メツシ
ユ篩を用いて篩分けし、寸法以上の物質は再粉砕し、す
べての粉末が一35メツシュになるように再び篩分けし
た。
このタンタル粉末は米国特許第3,473,915号明
細書の教示により製造した「熱団塊」と粉末と呼ぶ。
各種の粉末を個々に秤量し、0.213インチ直径のダ
イスでタンタル導線を埋め込んだ1.0gの圧縮体また
はアノードにプレスして未焼成密度(green de
nsi ty) 6.45 g/Cl/lとした。
これらの粉末の圧縮体を5.5g/cIItの未焼成密
度にプレスしようとする努力は不成功であった。
何となれば、未焼成強度は余りにも低く、取扱いには不
十分であったからである。
6.45の未焼成密度にプレスされたアノードを冷壁真
空焼結炉(io ’ トル絶対圧)で1600℃(
光学温度)で30分間焼結した。
焼結中に生じた収縮率(直径)を測定した。
電気的試験法は、焼結アノードを0.1%燐酸水溶液中
で90℃の電解温度で陽極酸化することを包含した。
陽極酸化は35ミリアンペア/gの電流密度で100ボ
ルトになるまで行い、次いで100ボルトで2時間保持
した。
陽極酸化したアノードを脱イオン水で洗浄し、次いで1
05℃できれいな空気中で乾燥した。
10多燐酸中で70ボルトの試験電圧で直流洩れ(DC
L)を測定した。
アノードを試験溶液にアノードの頂部まで浸漬し、試験
電圧を2分間印加し、その後DOLを測定した。
DOL測定が完了した後、アノードを10%燐酸に30
〜45分間浸漬した。
10%燐酸に浸漬したアノードについてタイプ1611
Bゼネラルラジオキヤパシタンステストブリツジを用い
て0.5ボルトの3.。
、信号および3ボルトのd、c、バイアスでキャパシタ
ンスを測定した。
このブリッジテストから消散率も測定した。
還元したま\の」および「熱団塊」粉末について焼結中
の収縮率、DOL、比キャパシタンス(μfv/g)お
よび消散率の平均値を表出に要約する。
比キャパシタンスデータはまた第6図にプロットする。
例2 この例は、還元サイクルの一部の間反応器に強制外部空
冷を用いる本発明の実施態様を記載する。
454 K9のに2TaF7および218KyのNa1
lからなる一次仕込を用いて非常に高い比キャパシタン
スを有する微細な粒径タンタル粉末を製造する目的で攪
拌された反応を行った。
−次仕込を第1図に示す密閉反応器に強制外部空冷を適
用するために1500 ft、”/分定格送風機を設け
て加熱した。
−次仕込を740℃に加熱して仕込を融解し、その後ま
もなく攪拌機を始動させ、−次液体浴を均質化した。
−次液体浴が均質化された後、さらに218KpのNa
1lを周囲温度で反応器に導入した。
二次仕込を一次仕込と約15分間均質化し、その時点で
640℃の安定な浴温度に達した。
−次仕込と二次仕込の均質化期間中、12Or−の攪拌
機速度を用いた。
浴温度が640℃の安定温度に達したら、140℃の液
体ナトリウム金属を5、17 KPN a/分または1
時間当り0.683 K5’Na/ K!i’に2 T
aF7の速度で820℃の仕込温度に達するまで反応器
に注入した。
この核発生時間は9分を要した。
820℃に達した後、外部強制冷却を与える送風機を動
かし、残りの成長時間の間所要量のナトリウム金属が添
加されるまで動かし続けた。
成長期間の間、820℃±10℃の成長期間温度を維持
しかつ9060Kcal/分を発生させるために1.5
63 KPNa/分または1時間当り0.207KPN
a/KPK2TaF7のナトリウム注入遠吠を維持した
成長期間は64分または1.06時間を消費した。
反応器へのナトリウム注入開始後1時間して、攪拌機速
度を7Qrplに変え、所要のナトリウム添加完結後1
.5時間までその速度に維持した。
全部で135.6KPのナトリウムを反応器に添加した
成長期間後、強制空冷は7530 Kcal/分または
に2TaF7/Ky当り15.59 Kca l /分
を取り出した。
反応塊を周囲温度に冷却し、生成したタンタル金属粉末
を例1と同様にして取得した。
この例をさらに謂明するために、第2図はナトリウム金
属添加の開始から終了までの温度対時間サイクルのグラ
フを包含する。
全還元時間は例1の場合の約1/6にしか過ぎないこと
が認められる。
80メツシユ粉末の収率は例1の70%に対して99.
3%であり、例2からの粉末のSDおよびFSSSは表
1および第4図および第5図に示すように例1からの粉
末のSDおよびFSSSより実質的に低かった。
一80メツシュ粉末の一部に、(NH4) 2HPO4
(燐酸ニアンモニウム)をタンタル粉末と乾式混合し、
次いで粉末を前述の熱固塊化処理にかけることにより添
加された50ppm含有燐をドープした。
これにより米国特許第4,009,007号明細書の教
示により「燐ドープ」タンタル粉末が得られた。
6.45.F/cIIlでプレスされそして1600℃
で30分間焼結されたアノードの比キャパシタンスは、
例1の従来技術粉末から同様にプレスし焼結したアノー
ドのそれより約42多太きかった。
試験結果は表I、IIおよび■および第4図、5図、6
図および7図に示される。
例3 この例は適度に粗い粒径のタンタル粉末を意図的に製造
する本発明の実施態様を記載する。
500Kyのに2TaF7および136KfのN a
Ctからなる一次仕込を用いて粉末冶金目的用の粗大な
粒径タンタル粉末を製造する目的で攪拌された反応を行
った。
例1に記載の密閉反応器に強制外部空冷を適用するため
に1500 ft3/分定格の送風機を設け、その反応
器で一次仕込を加熱した。
−次仕込を720℃に加熱して仕込を融解し、その後ま
もなく攪拌機を始動させて一次液浴を均質化した。
−次均質化期間中、ioorpmの攪拌機速度を使用し
た。
浴温度が720℃の安定温度に達したら、140℃の液
体ナトリウム金属を、4.42KPNa/分または1時
間当り0.530 K?Na/KF?に2TaF7の速
度で965℃の仕込温度に達するまで反応器に注入した
この核発生期間は13分を要した。
965℃に達した後、外部強制冷却を与える送風機を作
動させ、残りの成長期間中または所要量のナトリウム金
属が添加されるまで動かし続けた。
成長期間中、965℃±25℃の成長期間温妾を維持す
るため1.38 KpNa/分または1時間当り0、1
66 KflNa/KfK2T aF7のナトリウム注
入速度を維持した。
成長期間は67分または1.1時間を消費した。
反応器への注入期間中、攪拌機速度は、所要のナトリウ
ム添加完了後1.5時間まで12Orplに維持した。
全体で148.5KPのナトリウムを反応器に添加した
成長期間後、反応は7950 Kcal/分を発生し、
強制冷却は6400Kcal/分またはに2TaF71
に?当り12.82Kcal/分を取り出した。
反応塊を周囲温度に冷却し、生成タンタル金属粉末を例
1と同様にして取得した。
第2図はナトリウム金属添加の開始から完了までの温度
対時間サイクルを包含する。
全体の還元時間は例1のそれの約1/6に過ぎなかった
化学組成、篩分析、SDおよびFSSSの値は表1に示
され、一般に例1の場合と同じである。
例4 この例では、レトルトの強制外部冷却で液体CO2を使
用する微細粒径タンタル粉末を製造する実施態様を記載
する。
454KPのに2TaF7および218 KPのNaC
tからなる一次仕込を用いて非常に大きな比キャパシタ
ンスを有する微細粒径タンタル粉末を製造する目的で攪
拌された反応を行った。
第1図に示す密閉反応器に強制外部冷却を適用するため
に1500ft3/分定格の送風機を取り付け、その反
応器で一次仕込を加熱した。
さらに、液体CO2を送風機の入口部に導入するための
装置を設けた。
−次仕込を730℃に加熱して仕込を融解し、その後ま
もなく攪拌機を始動させて一次液浴を均質化した。
−次液体浴が均質化された後、さらに218KpのN
a Otを周囲温度で反応器に導入した。
二次仕込を一次浴と約15分間均質化し、その時点で6
40℃の安定浴温度に達した。
−次および二次仕込均質化期間中、12Orpmの攪拌
機速度を使用した。
浴温度が640℃の安定温度に達したら、140℃の液
体ナトリウム金属を6.32KPNa15)または1時
間当り0.835Kt Na/に? K2TaF7の速
度で800℃の仕込温度に達するまで反応器に注入した
この核発生期間は8分を要した。800℃に達した後、
外部強制冷却を与える送風機を始動させ、残りの成長期
間中または所要量のナトリウム金属が添加されるまで動
かし続けた。
さらに、強制空気外部冷却剤の導入と同時に、液体CO
2を昇華形で送風機の吸引部に導入した。
CO2の追加冷却を約10分間維持し、この場合約54
.5KfのCO2が消費された。
成長期間中、800℃±10℃の成長期間温度を維持す
るために2.18; KfNa1分または1時間当り0
.288 KyN a/KP K 2 T a F 7
のナトリウム注入速度を使用した。
成長期間は50分または0.83時間を消費した。
反応器へナトリウム注入開始後1時間して、攪拌機速度
を70rpIに変え、所要のナトリウム添加完了後1.
5時間までその速度で維持した。
全体で135.6Kyのナトリウムを反応器に添加した
成長期間中、反応は13.320Kcal/分を発生し
、強制空気および二酸化炭素冷却は平均11.660K
cal/分またはI Kyのに2TaF7当り25.6
s Kcal/分を取り出した。
反応塊を周囲温度に冷却し、生成タンタル金属粉末を例
1と同様にして取得した。
第2図は、ナトリウム金属添加の開始から終了までの温
度対時間サイクルを示すグラフを包含する。
全還元時間は例1のそれの1/8以下であった。
例1からの従来技術粉末に比較して、例4の方法により
製造された粉末は、はるかに多量の80メツシユ物質、
より低いSDおよびFSSSおよび6.45 g/C1
/lでプレスされかつ1600℃で30分焼結された還
元したま\の粉末で約58多大きい比キャパシタンスを
示した。
5.5g/cr/lでプレスされかつ1600℃で30
分焼結された還元したま\のおよび熱固塊化された粉末
の比キャパシタンスも例2の実施態様より太きかった。
試験結果は表1.Itおよび■および第4図、5図、6
図および7図に示す。
例5 この例では、ナトリウム供給の全時間中外部強制空冷を
使用する微細粒径タンタル粉末製造の本発明の実施態様
が記載される。
454Kpのに2TaF7および218KPのN a
Olからなる一次仕込を用いて非常に大きな比キャパシ
タンスを有する微細粒径タンタル粉末を製造する目的で
攪拌された反応を行った。
強制外部空冷を適用するために1500ft37分定格
の送風機を設けた第1図に記載の密閉反応器で一次仕込
を加熱した。
−次仕込を740℃に加熱して仕込を融解し、その後ま
もなく攪拌機を始動させて一次液体浴を均質化した。
−次液体浴が均質化された後、さらに218KPのNa
0tを周囲温度で反応器に導入した。
二次仕込を一次浴と約15分間均質化し、その時点で6
40℃の安定な浴温度に達した。
−次および二次仕込均質化期間中、12Orpmの攪拌
機遠吠を使用した。
浴温度が640℃の安定温度に達したら、140℃の液
体ナトリウム金属を6.72に?Na15’j−または
1時間当り0.88 KyNa/KyK2↑aF7の速
度で800℃の仕込温度に達するまで反応器に注入した
この速度は例1の場合より約22倍早い速度であった。
この核発生期間は8分を必要とした。
ナトリウム金属注入開始と同時に、強制空気外部冷却を
与える送風機を始動させ、核発生期間と成長期間の全体
期間の間ナトリウム金属添加の完了まで作動させ続ける
成長期間中、800℃±10℃の成長期間温度を維持す
るために2,14Ky N a /分または1時間当り
0.283 KIN a/KfK2TaF7のナトリウ
ム注入速度を維持した。
この速度は、例1の場合より10倍以上速い速度である
成長期間は50分または0.83時間を消費した。
反応器へのナトリウム注入開始後1時間して攪拌速度を
7QrpHに変え、所要のナトリウム添加の完了後1.
5時間までその速妾に維持した。
全部で135.6Kpのナトリウムを反応器に添加した
成長期間中、反応は13,330Kcal/分を発生し
、強制空気冷却は11,660 Kcal/分またはK
2 T a F 71 ’y当り25.68Kcal
/分を取り出した。
試験結果を表1.IIおよび■および第4図、5図、6
図および7図に示す。
反応塊を周囲温度に冷却し、生成タンタル金属粉末を例
1と同様にして取得した。
第3図は、ナトリウム金属添加の開始から終了までの温
度対時間サイクルを示すグラフを包含する。
例1と比較して、例5の方法により製造した粉末は、は
るかに高い優の一80メツシュ物質、はるかに低いSD
およびFSSSおよび約58多大きい比キャパシタンス
(6,45g/crAでプレスされ、1600℃で30
分焼結された還元したままの粉末)を示した。
例に の例は例3と同様に粗大な粒径タンタル粉末を意図的に
製造するがしかしより速いナトリウム供給速度およびに
2TaF7および希釈剤塩のより大きな仕込を用いる本
発明の実施態様を記載する。
636KPのに2TaF7および173KpのNa0t
からなる一次仕込を用いて粉末冶金用の粗大な粒径タン
タル粉末を製造する目的で攪拌された反応を行った。
強制外部空冷を適用するために1500ft3/分定格
の送風機を設けた第1図に示す密閉反応器で一次仕込を
加熱した。
−次仕込を750℃に加熱して仕込を融解し、その後ま
もなく攪拌機を始動させて一次液体浴を均質化した。
−次仕込均質化期間中、120rl)”の攪拌機遠吠を
使用した。
浴温度が750℃の安定温度に達したら、140℃の液
体ナトリウム金属を6.20KPNa/分または1時間
当り0.585 KPNa/に5’に2TaF7の速度
で985℃の仕込温度に達するまで反応器に注入した。
この核発生期間は6分を要した。985℃に達した後、
外部強制冷却を与える送風機を始動させ、残りの成長期
間中または所要量のすl−IJウム金属が添加されるま
で作動させ続けた。
成長期間中、985℃±25℃の成長期間温度を維持す
るために1.58 KpNa1分または1時間当り0.
149KPNa/に!i’に2TaF7のナトリウム注
入速度を維持した。
成長期間は103分または1.71時間を消費した。
核発生および成長期間中、撹拌機速度は120rl)I
nであり、所要のナトリウム添加の完了後1時間までそ
の速度で維持した。
全体で189.9KFIのナトリウムを反応器に添加し
た。
成長期間中、反応は9110Kcal/分を発生し、強
制冷却は7580Kcal/分、またはに2TaF7*
* I K5’当り11.93 Kcal /分を取り
出した。
反応塊を周囲温度に冷却し、生成タンタル金属粉末を例
1と同様にして取得した。
第3図は、ナトリウム金属添加の開始から終了までの温
度対時間サイクルを示すグラフを包含する。
還元したま\の粉末は5.SSミクロンのFSSSおよ
び68.2g/dのSDを有した。
例1〜6で生成した粉末の物性および化学組成を表Iに
示す。
粉末を6.45.!9/Cr/lの未焼成密変にプレス
した場合、例1,2.4および5の粉末からつくったア
ノードについて行ったテストから得られたデータを表出
に示す: 粉末を5.5.!il/mの未焼成密度にプレスするか
またはプレスしようと試みた場合、例1,2.4および
5の粉末からつくったまたはつくろうと試みたアノード
について行ったテストから得られるデータを表■に示す
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の方法で使用される例示的装置の断面
図、第2図は例1,2,3および4に関連する温度一時
間熱サイクル線図、第3図は例5および6に関連する温
度一時間熱サイクル線図、第4図は例1,2.4および
5に関連する一80メツシュ粉末の優の比較図、第5図
は例1,2゜4および5に関連する粉末のフィッシャー
サブシーブサイズの比較図、第6図は例1,2,4およ
び5に関連する6、45 fj/C1dの未焼成密度で
1.0gアノードにプレスされそして1600℃で30
分間焼結された還元したま\のおよび(ある場合には)
熱団塊化されたおよび燐ドープされた粉末の比キャパシ
タンスのグラフ図、第7図は5.5g/dの未焼成密度
を除いて第6図と同様のグラフ図である。 50・・・・・・反応器、52・・・・・・熱絶縁体、
54・・・・・・加熱要素、56・・・・・・ライナー
、58・・・・・・レトルト、59・・・・・・蓋、6
0・・・・・・フランジ、62・・・・・・ガスケット
、64・・・・・・攪拌器、10・・・・・・駆動装置
、76・・・・・・弁、80・・・・・・ナトリウム凝
縮器、90・・・・・・送風機、101・・・・・・マ
ニホルド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 タンタルおよびニオブ粉末からなる群の金属粉末を
    製造する方法において、一般式R2MX7(式中Rはア
    ルカリ金属であり、Mはタンタルまたはニオブからなる
    群の金属であり、Xは弗素、塩素、または臭素からなる
    群のハロゲン原子である)の複塩とアルカリ金属ハライ
    ドを含む希釈剤との液体浴を密閉反応器で上記塩混合物
    の液相線温度以上であって760℃以下の温度に維持し
    、核発生期間中溶融アルカリ金属を、760〜1000
    ℃の所望の反応温度に達するまで1時間当り上記複塩I
    KPにつき少なくとも0.2 Kyの速度で上記浴に
    添7x+L、、この際上記核発生期間中の温度上昇は少
    なくとも10℃/分の速度であり、その後成長期間中上
    記複塩I KP当り少なくとも10Kcal/分の速度
    で強制冷却を上記浴に与えながら追加の溶融アルカリ金
    属を1時間当り上記複塩l Kp当り少なくとも0.
    I Kpの速度で上記浴に添加し、上記液浴を連続的に
    攪拌し、上記金属Mの結晶を連続的に生成せしめ、そし
    て上記結晶を上記反応器の下部で集め、この際上記アル
    カリ金属添加速度と上記強制冷却速度は上記成長期間の
    反応温度を上記所望の反応温度50℃以内であって76
    0℃以上に維持するように均衡が取られる上記方法。 2 上記複塩かに2 T a F 7であり、上記溶融
    アルカリ金属がナトリウムであり、そして上記希釈剤が
    Na11.KOlおよびその混合物からなる群より選ば
    れる、上記第1項に記載の方法。 3 上記強制冷却が上記反応器の外部に適用される高速
    度空気流を包含する、上記第2項に記載の方法。 4 上記強制冷却がすl−IJウム添加期間を通して適
    用される、上記第3項に記載の方法。 5 上記希釈剤塩がNa0tであり、そして上記に2T
    aF7 に関して約0.25〜約1.0の重量比で上記
    液浴に存在する、上記第2項に記載の方法。 6 上記重量比が約0.6〜約1.0でありそして上記
    方法がフィッシャーサブ−シーブサイザーにより測定し
    て約5ミクロン以下の平均粒径を有するタンタル金属粉
    末を生成する、上記第5項に記載の方法。 T 上記重量比が約0.25〜約0.60であり、そし
    て上記方法がフィッシャーサブ−シーブサイザーで測定
    して約5〜約8ミクロンの平均粒径を有するタンタル粉
    末を生成する、上記第5項に記載の方法。 8 上記タンタル結晶の重量の少なくとも50%が一3
    25メツシュである、上記第2項に記載の方法。 9 上記塩浴がナトリウム添加開始前660℃以下の温
    度に維持される、上記第2項に記載の方法。 10 上記成長期間の温度が上記所望の反応温度の25
    ℃以内に維持される、上記第2項に記載の方法。 11 上記成長期間の温度が上記所望の反応温度の1
    0℃以内に維持される、上記第2項に記載の方法0 12 上記成長期間の温度が約760〜約850℃に維
    持され、上記タンタル結晶がフィッシャーサブ−シーブ
    サイザーにより平均約5ミクロンの粒径を有する、上記
    第2項に記載の方法。 13上記成長期間の温度が約850〜約1000℃に維
    持され、そして上記タンタル結晶がフィッシャーサブ−
    シーブサイザーにより平均約5以下〜約8ミクロンの粒
    径を有する、上記第2項に記載の方法。 14 上記攪拌が、上記反応器に集まる生成タンタル金
    属結晶の水準以上であって上記浴の液体水準以下に維持
    された攪拌機によりナトリウム金属添力目期間中上記攪
    拌機の水準を上げることにより与えられる、上記第1項
    に記載の方法。 15上記攪拌が、シャフトを有しかつ反応器直径の約1
    /2であるブレードを有する攪拌機により与えられ、上
    記ブレードは上記攪拌機シャフトに関して30〜600
    のピッチを有し、上記攪拌機は上記混合物の全重量が5
    00〜100OKPの際上記塩混合物I KF当り0.
    05〜0.50rplの速度で回転する、第記第1項に
    記載の方法。 16攪拌機の回転速度が反応サイクル中少なくとも一度
    上記範囲内で変えられる、上記第15項に記載の方法。 17希釈剤はに2TaF7の重量に基づいて約0.6〜
    約1.0重量部の量の塩化ナトリウムであり、ナトリウ
    ムの添加前の浴の温度は660℃を起えず、最初の核発
    生期間中の所望の反応温度は760℃〜850℃であり
    、最初の核発生期間中の温度上昇は少なくとも毎分20
    にであり、浴における強制冷却は反応器の外部に適用さ
    れた高速空気流によって行って熱をに2TaF2 1キ
    ログラム当り毎分少なくとも42キロジユールの速度で
    取り出し、そして強制冷却の速度は第二の期間中の反応
    温度を所望の反応温度の25に内に維持するよう調整で
    きる、特許請求の範囲第2項に記載の方法。 18上記強制冷却が上記反ノ3器の外部に適用される、
    高速度二酸化炭素流を包含する、上記第17項に記載の
    方法。
JP54024035A 1978-06-06 1979-03-01 タンタルおよびニオブ粉末からなる群の金属粉末の製造方法 Expired JPS5835564B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/913,000 US4149876A (en) 1978-06-06 1978-06-06 Process for producing tantalum and columbium powder

Publications (2)

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