Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК669.294'293: 621.762.32 ИЗМЕНЕНИЕ ПОВЕРХНОСТИ И ПОРИСТОСТИ МАГНИЕТЕРМИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ ТАНТАЛА И НИОБИЯ В ПРОЦЕССЕ ТЕРМООБРАБОТКИ В.М. Орлов, Т.Ю. Прохорова, А.И. Князева Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра, Апатиты, Россия Аннотация Исследовано изменение поверхности и пористости порошков тантала, полученных магниетермическим восстановлением пентаоксидов тантала и ниобия, а также танталата и ниобата магния состава Mg 4 Ta 2 O 9 и Mg 4 Nb 2 O 9 . Показано, что у порошков с мезопористой структурой уменьшение поверхности при термообработке происходит в первую очередь из-за снижения количества пор диаметром до 15-20 нм. Ключевые слова: порошок тантала, порошок ниобия, термообработка, удельная поверхность, пористость. CHANGES IN THE SURFACE AND POROSITY OF MAGNESIUM-REDUCED TANTALUM AND NIOBIUM POWDERS DURING HEAT TREATMENT V.M.Orlov, T.Yu.Prokhorova, A.I.Knyazeva I.V.Tananaev Institute o f Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract Changes in the surface and porosity of tantalum powders, obtained by magnesium reduction of tantalum oxide and magnesium tantalate Mg 4 Ta 2 O 9 , and niobium powder obtained by magnesium reduction of magnesium niobate Mg 4 Nb 2 O 9 have been studied. It has been shown that decreasing of surface and porosity in powders subjected to heat treatment is found to be primarily caused by diminishing of the number of pores less than 15-20 nm. Keywords: tantalum powder, niobium powder, heat treatment, specific surface, porosity. При производстве конденсаторного порошка термообработка является неотъемлемой частью процесса [ 1 ]. Ее применяют для корректировки поверхности, насыпной плотности и текучести порошков [2]. Термообработка порошков с большой удельной поверхностью сопряжена со значительными потерями поверхности уже при относительно низкой температуре. Порошки, полученные в процессе восстановления оксидных соединений тантала и ниобия парами магния, характеризуются мезопористой структурой. При относительно крупном размере частиц поверхность порошка определяется поверхностью внутренних пор [3, 4]. Представляло интерес изучить изменение удельной поверхности и пористости порошков такого типа в процессе термообработки. В работе использовали магниетермический порошок ниобия, полученный восстановлением Mg 4 Nb 2 O9, с удельной поверхностью на уровне 1 0 0 м 2 г -1 и порошок тантала, полученный восстановлением пентаоксида тантала (порошок 1, 2) с удельной поверхностью 4.8 и 10 м 2 г -1 и танталата магния состава Mg 4 Ta 2 O 9 (порошки 3, 4) с удельной поверхностью 27 и 43 м 2 г-1. Термообработку порошка проводили в вакууме (1.5-3.0 )1 0 -3 Па при температуре 600-1200°С в течение 30 мин. Удельную поверхность измеряли методом БЭТ, микропористость - методом BJH на приборе TriStar II 3020. Легирование порошков фосфором проводили введением в порошок ортофосфорной кислоты в количестве 0.05% в пересчете на фосфор. Для изготовления анодов порошок прессовали в таблетки диаметром 2.95 мм, сырой плотностью 5.0-5.5 г см -3. Аноды спекали в вакуумной печи сопротивления при остаточном давлении не более 7 •10 -3 Па и температуре 1150оС. Выдержка при максимальной температуре составляла 15 мин. Оксидирование анодов вели при температуре 80оС в 0.1%-м растворе ортофосфорной кислоты до максимального напряжения 16 В при постоянной плотности тока 120 мА/г, а затем при постоянном напряжении в течение 3 ч. Измерения емкости проводили с помощью прибора для измерения иммитанса Е7-20 в 38%-м растворе серной кислоты, катод - черненая платина. Изменение удельной поверхности порошка ниобия в зависимости от температуры термообработки приведено на рис. 1 , распределение пор в исходном и термообработанном порошке приведено на рис. 2 . Уже термообработка порошка при 600°С привела к сокращению удельной поверхности в 4 раза. При этом средний диаметр пор в порошке вырос в 2.5 раза - с 10 до 25 нм. Значительное изменение площади пор произошло за счет сокращения количества пор с диаметром менее 15 нм. В исходном порошке на долю этих пор приходится 8 6 % всей поверхности, в то время как у термообработанного при 600°С только 22%. Следует заметить, что после термообработки при температуре 600 и 700°С увеличилось количество и, соответственно, поверхность пор крупнее 20 нм (кривые 2 и 3 рис.2). Считается, что температура начала спекания Тнс равна 0.3 430