Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 2. С. 128-132. Transactions of the Kala Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 2. P. 128-132. Введение Тугоплавкие металлы V и VI групп характеризуются высокой температурой плавления. В результате при восстановлении соединений их получают в виде порошков [1]. Оксиды тантала и ниобия достаточно прочные соединения, и в качестве восстановителя могут быть использованы только магний или кальций. Поэтому более широко в качестве прекурсора применяют галогениды этих металлов, а в качестве восстановителя — щелочной металл (натрий). Так, в настоящее время основное количество металлического тантала получают восстановлением гептафторотанталата калия натрием: При получении порошков в соответствии с реакцией (1) первоначально образуются зародышевые частицы, на которых происходит рост кристалликов металла. Последние могут соединяться между собой, образуя дендритообразные частицы. Чем меньше размер частицы, тем больше поверхность порошка. Необходимость миниатюризации электронной аппаратуры инициировала развитие способов восстановления, позволяющих получать порошки тантала и ниобия с большей удельной поверхностью, обеспечивающих производство конденсаторов с увеличенным удельным зарядом. Для этих целей перспективным является восстановление пентаоксидов тантала и ниобия магнием или кальцием [2]: где Ме — Mg или Са. Реакции (2), (3) протекают с большим выделением тепла, поэтому восстановление обычно ведут парами этих металлов. Порошки, полученные этим способом, характеризуются большой удельной поверхностью и мезопористой структурой частиц. Это объясняется специфическим механизмом образования частицы металла в процессе восстановления. Исследования, выполненные авторами работы [3], показали, что частица оксида тантала после восстановления парами магния характеризуется полосчатой структурой, представленной перемежающимися пластинчатыми частицами оксида магния и металлического тантала. Между ними имеется свободное пространство (зазор), размеры которого позволяют атомам магния или кальция проникать вглубь частицы к фронту реакции. После выщелачивания оксида магния растворами кислот остается губчатая металлическая частица, внешние контуры которой соответствуют частице исходного пентаоксида, а удельная поверхность порошка металла значительно превышает удельную поверхность порошка прекурсора. Использование в качестве прекурсора танталата и ниобата магния состава Mg4Ta2O9 и Mg4Nb2O9, а в качестве восстановителя паров магния позволило многократно увеличить удельную поверхность порошков относительно полученных восстановлением пентаоксидов [4-6]. Исследования по восстановлению парами магния сложных оксидных соединений металлов VI группы с получением как отдельных металлов, так и бинарной смеси или сплавов металлов этой группы во многом подтвердили закономерности, выявленные при восстановлении оксидных соединений тантала и ниобия [7-8]. В настоящей работе рассматриваются некоторые особенности характеристик порошков, полученных восстановлением парами магния и кальция. Результаты и их обсуждение Восстановление парами магния и кальция вели в интервале температуры 800-900 °С при постоянном вакуумировании или в статическом режиме и при остаточном давлении в реакторе 5-20 кПа. Подробно методика экспериментов изложена ранее [7, 8]. При восстановлении оксидных соединений тантала и ниобия как парами магния, так и кальция образовавшаяся реакционная масса представляла собой однородную смесь тугоплавкого металла и побочных продуктов реакции. Кривые сорбции порошков соответствуют виду 4 по классификации IUPAC, характерному для веществ с мезопористой структурой. Однако в характеристиках магниетермических и кальциетермических порошков имелись некоторые отличия. Удельная поверхность порошков при использовании в качестве прекурсора пентаоксидов ниобия и тантала, в обоих случаях была на одном уровне. При этом средний размер пор кальциетермических порошков Та и Nb меньше на 21 и 13 % соответственно. С другой стороны, удельная поверхность порошков, полученных в кальциетермическом процессе с использованием в качестве прекурсора ниобата или танталата магния, меньше в 2-3 раза, а средний размер пор больше на 75 и 50 % соответственно [9, 10]. © Колосов В. Н., Орлов В. М., 2023 K 2 TaF 7 + 5Na = Ta + 5NaF + 2KF. (1) Ta2O5 + 5Ме = 2Ta + 5МеО; Nb2O5 + 5Ме = 2Nb + 5МеО, (2) (3) 129