專利名稱：具有含氧氣體制冷系統的鉭金屬表面鈍化裝置的制作方法
技術領域：
本實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含氧氣體制冷系統的鉭金屬表面鈍化裝置。
背景技術：
金屬鉭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成粒子間相互連接的多孔體，接著將上述多孔燒結體在合適的電解質里進行陽極氧化，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極和陰極。作為鉭電解電容器的主要原料的電容器級鉭粉的雜質含量，特別是氧含量對漏電流的影響很大，低漏電流要求鉭粉低氧含量。作為電解電容器用的鉭粉，通常都要進行熱處理，一方面對鉭粉進行提純，另一方面是使微細鉭粒子凝聚成多孔的顆粒，改善鉭粉的物理特性，如鉭粉的流動性，從而改進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，在真空或惰性氣憤里在700°C 1100°C進行熱處理，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，鉭粉的表面有一層氧化膜，可以防止鉭的繼續氧化。這種被氧化膜覆蓋的鉭粒子一當被加熱到約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。而當加熱后的鉭粉在被冷卻后與含氧介質接觸時又要從表面開始氧化，吸收新的氧，使氧含量增加，甚至引起鉭粉自燃，因此人們開發了鉭粉可控氧化的鈍化技術。所述的鉭粉鈍化是當鉭粉的氧化膜被破壞后又與含氧介質接觸時，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展，要求使用具有更大比表面積的更加微細的鉭粉，對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產生的熱量更多，鈍化時鉭粉溫度上升得更高，在鉭粉熱處理后的鈍化過程中，經常發現溫度突然上升很多，這歸因于鉭粉開始激烈氧化，從而必須馬上停止充氣鈍化；停止一段時間，當溫度降低后繼續緩慢充氣鈍化；鈍化完后出爐發現，鉭粉表面有白色氧化鉭斑塊，即使沒有白色氧化鉭的鉭粉的氧含量也很高。鈍化時控制不好，還會出現鉭粉著火，造成巨大損失。所以，鉭粉的鈍化成為開發高比表面積鉭粉的難點和關鍵技術。包括US6927967B2、US6432161B1、US6238456B1、CN1919508A、CN101404213A、 US6992881B2、US7485256B2和CN1899728A在內的現有技術披露了鉭粉的鈍化，是把室溫下的含氧氣體通入到裝有經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使鉭粉鈍化，但是沒有對鉭粉的熱處理鈍化采取特別的措施而獲得有益效果，這樣，鈍化時間長，容易引起鉭粉激烈氧化。公開號為CN 101348891A的中國專利公開了一種鉭粉受控鈍化鎂處理降氧方法，其中使用純氧進行鈍化處理，該方法存在的問題是不適合對高比表面積鉭粉進行熱處理鈍化，而且鈍化時間長，生產率低下。由于現有技術存在的上述問題，希望提供一種用于對鉭金屬進行表面鈍化的裝置，該裝置在鉭金屬表面的鈍化過程中應當避免出現激烈氧化。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種鉭金屬表面鈍化的裝置，該裝置適合于對鉭金屬進行鈍化處理并且能夠避免在鈍化過程期間出現激烈氧化。通過下面的技術方案，本實用新型實現了上述目的。本實用新型提供一種鉭金屬鈍化裝置，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、鈍化用的含氧氣體入口、氬氣進入所述爐膛的入口、位于熱處理爐上部的氬氣出口、抽空管道、設置于所述爐膛里的保溫屏、設置在所述的保溫屏里面的加熱器、測量溫度的熱電偶、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鈍化用含氧氣體制冷系統，所述含氧氣體制冷系統包括制冷機、熱交換室、與熱交換室一端相連的含氧氣體入口、和與熱交換室另一端相連的含氧氣體出口 ；其中在進行鈍化處理期間，含氧氣體從含氧氣體入口進入熱交換室并與所述熱交換室里的介質管道發生熱交換而被制冷到0°c或以下、優選-40°c 0°C的溫度，被制冷的含氧氣體從熱交換室的另一側的含氧氣體出口出來，經過保溫連接管道從熱處理爐上部進入熱處理爐，從而用于對待鈍化的鉭金屬進行鈍化處理。本實用新型的有益效果如下利用本實用新型的鉭金屬表面鈍化裝置進行鉭金屬表面鈍化，安全可靠，生產效率高，不會發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極漏電流低，電性能好。
圖1是本實用新型的帶有含氧氣體制冷系統的鉭金屬表面鈍化裝置示意圖；其中10.爐膛11.帶水冷夾套的爐殼11-1.冷卻水入口，11-2冷卻水出口20.熱處理爐含氧氣體入口30.保溫屏40.熱處理爐氬氣入口41.抽空管道50.加熱器60.熱電偶[0027]70.鉭金屬[0028]80.坩堝[0029]90A.含氧氣體冷卻系統[0030]90.制冷機[0031]91.熱交換室[0032]92.待冷卻含氧氣體入口[0033]93.氬氣入口[0034]94.制冷介質管[0035]95.冷卻含氧氣體出口[0036]96.保溫連接管[0037]97.溫度計[0038]98.壓力計[0039]99.流水口。
具體實施方式
以下結合附圖本實用新型做進一步說明。圖1是本實用新型的具有含氧氣體制冷系統的鉭金屬表面鈍化裝置的示意圖。如圖1所示，所述的鉭金屬表面鈍化裝置主要包括熱處理爐和含氧氣體冷卻系統90A，其中所述熱處理爐包括爐膛10、組成所述爐膛10的具有冷卻水入口 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12、鈍化用的含氧氣體入口 20、氬氣入口 40、抽空管道41、設置于爐膛里的保溫屏30、設置在所述的保溫屏30里面的加熱器50、測量溫度的熱電偶60、熱處理坩堝80、裝入所述坩堝80里的待處理的鉭金屬70 ；所述含氧氣體制冷系統90A主要包括制冷機90、熱交換室91、進入所述熱交換室91的待冷卻含氧氣體進氣口 92、氬氣進氣口 93、和所述熱交換室91相通的壓力計98、所述熱交換室 91里與所述制冷機93相連的制冷介質管94、設置于所述熱交換室91另一端的出口 95、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、設置在所述冷卻含氧氣體出口 95旁邊的溫度計97、及置于所述熱交換室91底部的流水 Π 99。在鉭金屬熱處理后，鉭金屬降溫到適當溫度，如降到30°C或以下；然后通入經所述含氧氣體制冷系統冷卻過的溫度為0°c以下的含氧氣體，使鉭粉在受控條件下鈍化。每當完成一批鉭粉的鈍化，用熱風把熱交換室里各部件吹干，融化的水從所述流水口 99流出。含氧氣體經過制冷，溫度達到0°C，優選達到-10°C以下，更優選達到-10°C -40 0C ο在鈍化過程中，還可以通過所述含氧氣體冷卻系統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。下面結合實施例與比較例對本實用新型進行進一步描述。應當理解，這些描述只是為進一步說明本實用新型的特征和優點，而不是對本實用新型范圍的限制。實施例1[0047]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鉭粉原粉，摻入按鉭粉重量計120ppm的磷，進行球化造粒，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，將鉭坩堝裝入如圖1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，使鉭粉冷卻后進行鈍化。鈍化過程是把爐內氣氛抽空到約200Pa，啟動含氧氣體制冷系統系統90A，使空氣和氬氣分別按照下述條件從92和93進入91熱交換室混合并與94發生熱交換，然后從出口 95出來通過保溫管道96，從20入口進入爐膛10 第一次將氧濃度為約5Vol %的含氧氣體冷卻到_20°C _40°C，分8個階段將從200帕提高到0. IMPa (200Pa 0. 005MPa) /30 分鐘、(0. 005MPa 0. OlMPa)/30 分鐘、(0. OlMPa 0. 02MPa) /30 分鐘、(0. 02MPa 0. 03MPa) /30 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 4 小時。第二次將氧濃度為約10Vol%的-20°C -40°C含氧氣體按照第一次充氣程序4小時從200帕提高到0. IMPa.第三次用_20°C _40°C空氣，按照第一次相同的程序4小時將壓力從200 充到0. IMPa ；第四次用-20°C _40°C空氣分4階段從200帕將含氧氣體提高到 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。整個過程共計14小時，開始爐內溫度緩慢上升到35 °C，隨后溫度逐漸平穩，溫度在32 °C 35 °C之間變化。出爐后將鉭粉取出，沒有激烈氧化現象。上述熱處理后的鉭粉經過80目篩子過篩，得到熱處理鉭粉S-Ih分析鉭粉的氧、氫含量，結果列于表1中。比較例1用和實施例1相同的鉭粉，在相同的溫度下進行熱處理，停止加熱后，在真空里降溫到200°C，通氬氣進行冷卻，冷卻12小時，溫度降到32°C，開始進行鈍化，鈍化過程是把爐內氬氣抽空到約200Pa，第一次分8個階段將31°C空氣充入熱處理爐，使爐內壓力從200Pa 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7小時。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當發現溫度突然上升，立即停止充氣，等溫度降低到約32°C再向爐內充氣。第二次分8個階段將31°C 空氣充入熱處理爐，使爐內壓力從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. 08ΜΙ^ 0. IMPa)/30分鐘共計6小時。其中發生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空氣進行鈍化充氣，共計6小時。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 2 小時。4 次共計鈍化21小時。鈍化后將鉭粉取出，發熱嚴重，顯然發生了激烈氧化。上述熱處理后的鉭粉經過80目篩子過篩，得到E-Ih鉭粉，分析鉭粉的氧、氫含量，結果列于表1中。表1鉭粉的氧、氫含量
權利要求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(12)、鈍化用的含氧氣體入口(20)、氬氣入口(40)、抽空管道(41)、設置于所述爐膛(10)里的保溫屏 (30)、設置在所述的保溫屏(30)里面的加熱器(50)、測量溫度的熱電偶(60)、置于加熱器內的熱處理坩堝(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含氧氣體制冷系統(90A)，所述制冷系統(90A)主要包括-待冷卻含氧氣體入口(92)，其用于接收用于對鉭金屬進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； -冷卻含氧氣體出口(95)，被冷卻的含氧氣體由此從熱交換室出來并通過保溫連接管道從熱處理爐上部進入熱處理爐用于對鉭金屬進行鈍化。
2.權利要求1所述的的鉭金屬表面鈍化裝置，其特征在于所述含氧氣體選自空氣和氧氣。
3.權利要求1所述的的鉭金屬表面鈍化裝置，其特征在于所述含氧氣體冷卻系統還包含氬氣入口(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。
專利摘要本實用新型涉及一種鉭金屬表面鈍化裝置，該鈍化裝置包括熱處理爐以及含氧氣體制冷系統，所述含氧氣體制冷系統使鈍化用含氧氣體冷卻到0℃或以下，再通入熱處理爐中使鉭金屬表面鈍化。本實用新型鉭金屬表面鈍化裝置具有如下優點安全可靠，生產效率高，不會發生鉭粉激烈氧化，得到的鉭金屬氧、氫含量低，并且由此制備的陽極漏電流低，電性能好。
文檔編號B22F1/00GK202072754SQ201120077798
公開日2011年12月14日 申請日期2011年3月23日 優先權日2011年3月23日
發明者任志東, 劉建偉, 張建華, 李仲香, 李天平, 楊寧, 王曉偉, 王治道, 趙兵, 趙春霞, 雒國清, 馬躍忠 申請人:寧夏東方鉭業股份有限公司