金属粉末および多孔質焼結体の製造方法、金属粉末、およびコンデンサ 技術分野 Technical field of manufacturing metal powder and porous sintered body, metal powder, and capacitor
[0001] 本発明は、高容量の固体電解コンデンサのアノード電極原料に好適な金属粉末、 金属粉末の製造方法および多孔質焼結体の製造方法に関する。また本発明は、前 記金属粉末を用いて製造されたコンデンサに関する。本願は、 2004年 12月 10日に 出願された日本国特許出願 2004— 358199号、および 2004年 12月 13日に出願 された米国仮出願 60/635, 470号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援 用する。 The present invention relates to a metal powder suitable for an anode electrode raw material for a high-capacity solid electrolytic capacitor, a method for producing a metal powder, and a method for producing a porous sintered body. The present invention also relates to a capacitor produced using the metal powder. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2004-358199 filed on December 10, 2004 and US Provisional Application No. 60 / 635,470 filed on December 13, 2004, The contents are incorporated here.
背景技術 Background art
[0002] 近年、電子集積回路は、より低電圧での駆動、高周波化、低ノイズィ匕が求められて おり、固体電解コンデンサについても、低 ESR化、低 ESL化の要求が高まってきて いる。固体電解コンデンサのアノード電極に好適に用いられる金属粉末としては、例 えば、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン、モリブデン等がある。これらのなかでタ ンタルが使用されたタンタルコンデンサは、小型で、低 ESRかつ高容量であるため、 携帯電話やパソコン等の部品として急速に普及してきた。しかし、タンタルコンデンサ のより一層の高容量化(高 CV値化)および低 ESRィ匕は今なお求められており、コン デンサの高容量ィ匕のために、比表面積が大きく微細なタンタル粉末の開発が進めら れている。 In recent years, electronic integrated circuits are required to be driven at a lower voltage, have a higher frequency, and have lower noise, and there has been an increasing demand for low ESR and low ESL for solid electrolytic capacitors. Examples of the metal powder suitably used for the anode electrode of the solid electrolytic capacitor include niobium, tantalum, titanium, tungsten, and molybdenum. Among these, tantalum capacitors using tantalum are rapidly becoming popular as parts for mobile phones and personal computers because they are small, low ESR and high capacity. However, there is still a demand for higher capacity (higher CV value) and lower ESR of tantalum capacitors, and because of the high capacity of capacitors, fine tantalum powder with a large specific surface area is required. Development is ongoing.
[0003] 近年、電子回路の駆動電圧が低下する傾向にあるため、コンデンサの定格電圧も 低下傾向にある。これに伴って、誘電体酸化膜を形成する化成電圧も低下している 力 化成電圧が低下すると、形成される誘電体酸化膜の膜厚が薄くなる傾向にある ため、長期の信頼性が低くなるという問題があった。その対策としては、金属粉末に 窒素をドープする方法が知られている。例えば、特開 2001— 223141号公報 (特許 文献 1)には、反応器の内部に充填された溶融塩中で、金属塩と還元剤とを反応させ て金属粉末を製造するに際して、溶融塩中に窒素含有ガスを吹き込む方法が開示さ れている。
しかし、特許文献 1に記載の方法では、固溶状態の窒素を得るために均一に窒化 させるので、必要以上に窒素が金属粉末中に含有されてしま ヽ(窒素含有量; 8000 〜10000ppm)、その結果、金属粉末が固くなり過ぎて実用性を失うという問題があ つた o [0003] In recent years, the driving voltage of electronic circuits has been declining, so the rated voltage of capacitors has also been declining. Along with this, the formation voltage for forming the dielectric oxide film also decreases. When the force formation voltage decreases, the thickness of the formed dielectric oxide film tends to decrease, so long-term reliability is low. There was a problem of becoming. As a countermeasure, a method of doping metal powder with nitrogen is known. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-223141 (Patent Document 1) discloses that in the production of a metal powder by reacting a metal salt with a reducing agent in a molten salt filled in a reactor, Discloses a method of blowing nitrogen-containing gas. However, in the method described in Patent Document 1, since nitrogen is uniformly nitrided to obtain nitrogen in a solid solution state, nitrogen is contained in the metal powder more than necessary (nitrogen content: 8000 to 10000 ppm). As a result, there was a problem that the metal powder became too hard and lost its utility.
そこで、特開 2003— 55702号公報 (特許文献 2)では、反応器の内部の一部に充 填された溶融塩中で、金属塩と還元剤とを反応させて金属粉末を製造するに際して 、反応器の内部の残部に窒素含有ガスを導入する方法が提案されている。しかし、 特許文献 2に記載の方法では、金属粉末中に窒素を充分に含有させることができな いため、窒素ドープの効果を充分に発揮させることができな力つた。 Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-55702 (Patent Document 2), when a metal powder is produced by reacting a metal salt with a reducing agent in a molten salt filled in a part of the reactor, A method of introducing a nitrogen-containing gas into the remainder inside the reactor has been proposed. However, in the method described in Patent Document 2, since nitrogen cannot be sufficiently contained in the metal powder, the effect of nitrogen doping cannot be exhibited sufficiently.
発明の開示 Disclosure of the invention
発明が解決しょうとする課題 Problems to be solved by the invention
[0004] 本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、窒素を過剰に含有させずに表面 積を大きくすることができ、金属粉末を固体電解質コンデンサに用いた際の長期の信 頼性が高!、上に、高容量化が可能な金属粉末および多孔質焼結体を製造する方法 を提供することを目的とする。また本発明は、コンデンサのアノード電極に好適に用 いうる金属粉末、およびその金属粉末を用いたコンデンサを提供することを目的とす る。 [0004] The present invention has been made in view of the above circumstances, can increase the surface area without excessively containing nitrogen, and has long-term reliability when a metal powder is used in a solid electrolyte capacitor. Another object of the present invention is to provide a method for producing a metal powder and a porous sintered body that have high performance and can be increased in capacity. Another object of the present invention is to provide a metal powder that can be suitably used for an anode electrode of a capacitor, and a capacitor using the metal powder.
課題を解決するための手段 Means for solving the problem
[0005] 本発明の金属粉末の製造方法では、反応器の内部の一部に充填された溶融塩中 で、金属塩と還元剤とを反応させて金属粉末を製造するに際して、反応器の内部の 残部に 600°C以上に加熱した窒素含有ガスを導入する。 In the method for producing metal powder of the present invention, when producing metal powder by reacting a metal salt with a reducing agent in a molten salt filled in a part of the inside of the reactor, A nitrogen-containing gas heated to 600 ° C or higher is introduced into the remainder.
本発明の金属粉末の製造方法においては、金属塩がニオブおよび Zまたはタンタ ルのフッ化カリウム塩であり、還元剤がナトリウムであることが好ましい。 In the method for producing metal powder of the present invention, it is preferable that the metal salt is niobium and Z or tantalum potassium fluoride salt, and the reducing agent is sodium.
本発明の多孔質焼結体の製造方法では、上述した金属粉末の製造方法で得られ た金属粉末を成形し、焼結する。 In the method for producing a porous sintered body of the present invention, the metal powder obtained by the above-described method for producing metal powder is molded and sintered.
[0006] 本発明の金属粉末は、本発明の粉末を含む、あるいは本発明の粉末よりなるコン デンサに用いることができる。例えば、従来技術を用いたコンデンサのアノード電極 の一部を、本発明の粉末で構成してもよい。本発明の金属粉末は、湿式コンデンサ、
固体電解質コンデンサの 、ずれに用いてもょ 、。 [0006] The metal powder of the present invention can be used for a capacitor containing or consisting of the powder of the present invention. For example, a part of the anode electrode of a capacitor using a conventional technique may be composed of the powder of the present invention. The metal powder of the present invention is a wet capacitor, It can also be used for misalignment of solid electrolyte capacitors.
[0007] 本発明の金属粉末は下記の特性をもつタンタル粉末でもよ!/ヽ。ただし、本発明の粉 末の組成範囲が下記に限定されるわけではない。 [0007] The metal powder of the present invention may be a tantalum powder having the following characteristics! However, the composition range of the powder of the present invention is not limited to the following.
純度: Purity:
残部をタンタル (Ta)として The rest as tantalum (Ta)
酸素(O)含有量 ίま、約 5000ppm力ら約 20000ppm、好ましく ίま、約 8000ppm力 ら約 15000ppmである。より好ましく ίま、約 lOOOOppm力ら約 15000ppm、さらに好 ましく ίま約 12000ppm力ら約 15000ppmの酸素含有量であってもよ!ヽ。 The oxygen (O) content is about 5000 ppm from about 5000 ppm force, preferably about 20000 ppm from about 8000 ppm force to about 15000 ppm. More preferably, the oxygen content may be about 15000 ppm from about 1OOOOppm, and more preferably about 15000ppm from about 12000ppm.
炭素(C)含有量は、約 lppmから 100ppm、好ましくは、約 lOppm力ら約 50ppm である。より好ましくは、約 20ppmから約 30ppmの炭素含有量であってもよい。 蜜素(N)含有量 ίま、約 lOOppm力ら 20000ppm、好ましく ίま、約 lOOOppm力ら約 5000ppmである。より好ましく ίま約 3000ppm力ら約 4000ppm、さらに好ましく ίま約 3000ppm力ら約 3500ppmの蜜素含有量であってもよ!ヽ。 The carbon (C) content is about lppm to 100 ppm, preferably about 50 ppm with about 10 ppm. More preferably, it may have a carbon content of about 20 ppm to about 30 ppm. The content of honey (N) is about 20000 ppm from about lOOppm strength, preferably about 5000 ppm from about lOOOOppm strength. More preferably, it may have a honey content of about 3000 ppm at about 4000 ppm, and more preferably about 3500 ppm at about 3000 ppm.
水素(H)含有量 ίま、約 lOppm力ら 1000ppm、好ましく ίま、約 300ppm力ら約 750 ppmである。より好ましくは約 400ppmから約 600ppmの水素含有量であってもよ!/ヽ 鉄(Fe)含有量は、約 lppmから 50ppm、好ましくは、約 5ppmから約 20ppmである The hydrogen (H) content is about 1000 ppm from about lOppm strength, preferably about 750 ppm from about 300 ppm strength. More preferably, the hydrogen content may be from about 400 ppm to about 600 ppm! / ヽ The iron (Fe) content is from about 1 ppm to 50 ppm, preferably from about 5 ppm to about 20 ppm.
[0008] ニッケル(Ni)含有量は、約 lppmから 150ppm、好ましくは、約 5ppm力ら約 ΙΟΟρ pmである。より好ましくは、約 25ppmから 75ppmのニッケル含有量であってもよい。 クロム(Cr)含有量は、約 lppm力 100ppm、好ましくは、約 5ppmから約 50ppm である。より好ましくは約 5ppmから 20ppmのクロム含有量であってもよ!/、。 [0008] The nickel (Ni) content is from about 1 ppm to 150 ppm, preferably from about 5 ppm force to about ΙΟΟρ pm. More preferably, it may have a nickel content of about 25 ppm to 75 ppm. The chromium (Cr) content is about lppm force 100ppm, preferably about 5ppm to about 50ppm. More preferably, it may have a chromium content of about 5 ppm to 20 ppm! /.
ナトリウム(Na)含有量は、約 0. lppm力ら 50ppm、好ましくは、約 0. 5ppmから約 5ppmである。 The sodium (Na) content is from about 0.1 ppm to 50 ppm, preferably from about 0.5 ppm to about 5 ppm.
カジクム(K)含有量は、約 0. lppm力ら約 100ppm、好ましくは 5ppm力ら約 50pp mである。より好ましくは約 30ppmから約 50ppmのカリウム含有量であってもよい。 マグネシウム(Mg)含有量は、約 lppmから約 50ppm、好ましくは、約 5ppmから約 25ppmでめる。
憐(P)含有量【ま、約 5ppm力ら約 500ppm、好ましく ίま、約 lOOppm力ら約 300ρρ mである。 The Kazikum (K) content is about 100 ppm from about 0.1 ppm force, preferably about 50 ppm from 5 ppm force. More preferably, it may have a potassium content of about 30 ppm to about 50 ppm. The magnesium (Mg) content is about 1 ppm to about 50 ppm, preferably about 5 ppm to about 25 ppm. The soot (P) content is about 500 ppm from about 5 ppm force, preferably about 300 ρρm from about lOOppm force.
フッ素(F)含有量【ま、約 lppm力ら約 500ppm、好ましく ίま、約 25ppm力ら約 300ρ pmである。より好ましく ίま約 50ppm力ら約 300ppm、さらに好ましく ίま約 lOOppm力 ら約 300ppmのフッ素含有量であってもよ!/、。 The fluorine (F) content is about 500 ppm from about 1 ppm force, preferably about 300 ρpm from about 25 ppm force. More preferably, the fluorine content may be about 50 ppm from about 300 ppm, and more preferably about 300 ppm from about 100 ppm from lOOppm.
[0009] 粉末の粒径は、フィッシャーサブシーブサイズ (FS)で測定して約 1. 30 μ m以下が 可能である。粒径は所定の範囲に調整されることが好ましい。たとえば FSによる粉末 の粒径は、約 0. 45 μ m力ら約 1. 30 μ mでもよい。粉末の粒径は 0. 45 μ m以下で もよく、たとえば 0. 10 μ m力ら約 0. 40 μ m、または約 0. 20 μ m力ら約 0. 40 μ mで もよい。粉末のバルタ密度は、 1. 35g/cc以下でもよい。たとえば約 0. 80g/ccから 約 1. 30g/cc、約 1. Og/ccから約 1. 20g/ccでもよい。 [0009] The particle size of the powder can be about 1.30 μm or less as measured by the Fischer Sub Sheave Size (FS). The particle diameter is preferably adjusted to a predetermined range. For example, the particle size of the powder by FS may be about 0.45 μm force and about 1.30 μm. The particle size of the powder may be less than 0.45 μm, for example, from about 0.1 μm force to about 0.40 μm, or from about 0.20 μm force to about 0.40 μm. The Balta density of the powder may be 1.35 g / cc or less. For example, from about 0.80 g / cc to about 1.30 g / cc, from about 1. Og / cc to about 1.20 g / cc.
[0010] メッシュサイズであらわした粉末の粒径は、全体に占めるパーセント(重量0 /0)で、以 下のような粒径分布を有して 、てもよ!/、。 [0010] The particle size of the powder, which was represented by a mesh size, as a percentage of total (weight 0/0), has a particle size distribution, such as the following, I also! /,.
+ # 60は、約 0. 0から約 1%、好ましくは、約 0. 0から約 0. 5%、さらに好ましくは、 0. 0または約 0. 0%である。 + # 60 is about 0.0 to about 1%, preferably about 0.0 to about 0.5%, more preferably 0.0 or about 0.0%.
# 60/ # 170は、約 45%力も約 70%、好ましくは約 55%力も約 65%、さらに好まし くは約 60%から約 65%である。 # 60 / # 170 is about 45% force is also about 70%, preferably about 55% force is also about 65%, more preferably about 60% to about 65%.
# 170/ # 325は、約 20%力も約 50%、好ましくは約 25%力も約 40%、さらに好ま しくは約 30%力も約 35%である。 # 170 / # 325 is about 20% force is also about 50%, preferably about 25% force is also about 40%, more preferably about 30% force is also about 35%.
# 325/ # 400は、約 1. 0%力ら約 10%、好ましくは約 2. 5%力ら約 7. 5%、さらに 好ましくは約 4%力も約 6%である。 # 325 / # 400 is about 1.0% from about 1.0% force, preferably about 7.5% from about 2.5% force, more preferably about 6% also about 4% force.
一 # 400は、約 0. 1%力ら約 2. 0%、好ましくは約 0. 5%力ら約 1. 5%である。 The # 400 is about 0.1% force to about 2.0%, preferably about 0.5% force to about 1.5%.
[0011] 上記粉末をアノード電極に加工する場合、密度 4. 5g/ccに圧縮し、 1150°Cで 10 分間焼結し、化成温度 60°C、化成電位 10V (ボルト)でィ匕成してもよい。その場合、 アノード電極の電気容量 ίま、 CV値にして 185000 μ FV/g力ら 250000 μ FV/g、た とえば、 190000 μ FV/g力ら 230000V/g、または 200000 μ FV/g力ら 230000 μ F V/gとなる。また漏れ電流は、 lOnA/ zz FV以下より小さくでき、範囲としては、約 2. 5から約 7ηΑ/ μ FV、または約 3. 0力ら約 6ηΑ/ μ FVでよい。
アノード電極の加工条件として、焼結温度 1200°Cまたは 1250°Cで 10分間の焼結 、及び/または化成電位 16Vでの化成 (例えば陽極酸ィ匕処理)をおこなってもよい。こ れらの条件でも、上記数値または範囲の電気容量及び/または漏れ電流を得ることが できる。上記の範囲内の電気容量、漏れ電流であれば、本発明の目的に使用するこ とが可能である。 [0011] When the above powder is processed into an anode electrode, the powder is compressed to a density of 4.5 g / cc, sintered at 1150 ° C for 10 minutes, and formed at a formation temperature of 60 ° C and a formation potential of 10V (volt). May be. In that case, the capacitance of the anode electrode can be set to CV value of 185000 μ FV / g force, 250000 μ FV / g, for example, 190000 μ FV / g force, 230000 V / g, or 200000 μ FV / g force. And 230000 μFV / g. The leakage current can be less than lOnA / zz FV or less, and the range can be about 2.5 to about 7 ηΑ / μ FV, or about 3.0 force to about 6 ηΑ / μ FV. As processing conditions of the anode electrode, sintering for 10 minutes at a sintering temperature of 1200 ° C. or 1250 ° C. and / or formation (for example, anodizing treatment) at a conversion potential of 16 V may be performed. Even under these conditions, the above-mentioned numerical value or range of electric capacity and / or leakage current can be obtained. Any electric capacity and leakage current within the above ranges can be used for the purpose of the present invention.
以下、明細書の記述では、上記と同様に CV値を比静電容量と定格電圧の積として あらわし、その数値を用いて電気容量を論ずる。 Hereinafter, in the description of the specification, the CV value is expressed as the product of the specific capacitance and the rated voltage in the same manner as described above, and the electric capacity is discussed using that value.
[0012] 本発明のタンタル粉末の空孔は、焼結後の状態で、単項型の孔径分布、または二 項分布などの多項型の孔径分布をもつことができる。空孔は、孔径にして約 0. l ^ m 力ら 0. 2 mの範囲内、たとえば 0. 1 111カら0. 18 mの範囲内に中心ピークがあ つてもよい。また、空孔の体積を V、孔径を dであらわして、孔径のピークは、約 0. 3か ら約 0. 5dVZd(logd)、たとえば 0. 4dVZd(logd)の高さをもってもよい。 [0012] The pores of the tantalum powder of the present invention can have a monomorphic pore size distribution or a multinomial pore size distribution such as a binomial distribution in a state after sintering. The pores may have a central peak in the range of about 0.1 l ^ m force to 0.2 m, for example, 0.1 111 to 0.18 m. Further, the pore volume may be represented by V and the pore diameter may be represented by d, and the peak of the pore diameter may have a height of about 0.3 to about 0.5 dVZd (logd), for example, 0.4 dVZd (logd).
[0013] 本発明のタンタル粉末は、 BET法で測定した比表面積が約 1. 5m2/gから約 10m2 /gでもよい。より好ましい比表面積は、約 4m2/gから約 9m2/gであり、例えば約 4. 5 m2/gから約 8m2/gでもよ!/、。 The tantalum powder of the present invention may have a specific surface area measured by the BET method of about 1.5 m 2 / g to about 10 m 2 / g. A more preferred specific surface area is from about 4 m 2 / g to about 9 m 2 / g, for example from about 4.5 m 2 / g to about 8 m 2 / g! /.
発明の効果 The invention's effect
[0014] 本発明の金属粉末の製造方法および多孔質焼結体の製造方法によれば、窒素を 過剰に含有させずに金属粉末の表面積を大きくすることができる。そのため、得られ る金属粉末または多孔質焼結体は、固体電解質コンデンサに用いた際の長期の信 頼性が高い上に、高容量化、具体的には CV値として 20万/ z FVZg以上が可能に なる。 [0014] According to the method for producing a metal powder and the method for producing a porous sintered body of the present invention, the surface area of the metal powder can be increased without excessively containing nitrogen. Therefore, the obtained metal powder or porous sintered body has high long-term reliability when used in a solid electrolyte capacitor, and has a high capacity, specifically, a CV value of 200,000 / z FVZg or more. Is possible.
図面の簡単な説明 Brief Description of Drawings
[0015] [図 1]本発明の金属粉末の製造方法の一実施形態で使用される金属粉末の製造装 置を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a metal powder production apparatus used in an embodiment of the metal powder production method of the present invention.
[図 2]CV値と窒素含有量との関係を示すグラフである。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between CV value and nitrogen content.
[図 3A]本発明の一実施形態について、焼結体の密度と。 CV値の関係を示す図であ る。 FIG. 3A shows the density of a sintered body according to an embodiment of the present invention. It is a figure which shows the relationship of CV value.
[図 3B]本発明の一実施形態について、化成電位と CV値の関係を示す図である。
[図 4]本発明の一実施形態について粉末の状態を示す走査型電子顕微鏡像である FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the formation potential and the CV value in one embodiment of the present invention. FIG. 4 is a scanning electron microscope image showing the state of powder in one embodiment of the present invention.
[図 5]本発明の一実施形態について焼結体の状態を示す走査型電子顕微鏡像であ る。 FIG. 5 is a scanning electron microscope image showing a state of a sintered body according to an embodiment of the present invention.
[図 6A]本発明の一実施形態について粉末の孔径の積算分布を示すグラフである。 FIG. 6A is a graph showing a cumulative distribution of powder pore diameters according to an embodiment of the present invention.
[図 6B]本発明の一実施形態について、粉末の孔径の頻度分布を示すグラフである。 符号の説明 FIG. 6B is a graph showing a frequency distribution of powder pore diameters according to an embodiment of the present invention. Explanation of symbols
[0016] 11 反応器、 11a 反応器の内部の残部 [0016] 11 reactor, 11a Remaining inside reactor
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0017] (金属粉末の製造方法) [0017] (Method for producing metal powder)
本発明の金属粉末の製造方法における一実施形態について説明する。 図 1に、本実施形態の金属粉末の製造方法で使用する製造装置を示す。この製造 装置 10は、反応器 11と、反応器 11内に窒素含有ガスを導入するためのガス導入管 12と、反応器 11から窒素含有ガスを排出するためのガス排出管 13とを、反応器 11 内に金属塩を投入するための金属塩投入口 14と、反応器 11内に還元剤を投入する ための還元剤投入口 15と、反応器 11内を攪拌する攪拌翼 16とを備えたものである。 この製造装置 10における反応器 11は、ニッケルとインコネルのクラッド材質力もな ることが好ましい。 An embodiment of the method for producing metal powder of the present invention will be described. FIG. 1 shows a manufacturing apparatus used in the metal powder manufacturing method of the present embodiment. This production apparatus 10 comprises a reactor 11, a gas introduction pipe 12 for introducing a nitrogen-containing gas into the reactor 11, and a gas discharge pipe 13 for discharging the nitrogen-containing gas from the reactor 11. A metal salt inlet 14 for introducing a metal salt into the reactor 11, a reducing agent inlet 15 for introducing a reducing agent into the reactor 11, and a stirring blade 16 for stirring the reactor 11. It is a thing. It is preferable that the reactor 11 in the production apparatus 10 has a clad material strength of nickel and inconel.
この製造装置 10におけるガス導入管 12は、その噴出口 12aが反応器 11内に充填 される溶融塩表面より上方に位置するように設けられており、反応器 11内に導入した 窒素含有ガスが、溶融塩と金属塩と還元剤とを含む反応融液の表面に接触するよう になっている。 The gas introduction pipe 12 in the production apparatus 10 is provided so that the jet outlet 12a is positioned above the surface of the molten salt charged in the reactor 11, and the nitrogen-containing gas introduced into the reactor 11 is provided. The surface of the reaction melt containing the molten salt, the metal salt, and the reducing agent is brought into contact.
[0018] 上記製造装置 10を用いた金属粉末の製造方法では、まず、反応器 11の内部の一 部に希釈塩を充填し、次いで、反応器 11の内部における希釈塩が充填されていな い空間部分 (反応器の内部の残部) 11aに、ガス導入管 12から加熱した窒素含有ガ スを導入する。導入した窒素含有ガスをガス排出管 13から反応器 11外に排出して、 窒素含有ガスを反応器 11内に流通させる。このようにして、反応器 11内を加熱した 窒素含有ガス雰囲気に保つと同時に、希釈塩を 800〜900°Cに加熱して溶融する。
その後、溶融した希釈塩 (以下、溶融塩という。 )中に、金属塩を金属塩投入口 14か ら投入し、次いで、先に投入した金属塩の還元に必要な量だけ、還元剤を還元剤投 入口 15から投入する。 [0018] In the method for producing metal powder using the production apparatus 10, first, a part of the reactor 11 is filled with a diluted salt, and then the diluted salt in the reactor 11 is not filled. The nitrogen-containing gas heated from the gas introduction pipe 12 is introduced into the space portion (the remainder inside the reactor) 11a. The introduced nitrogen-containing gas is discharged from the gas discharge pipe 13 to the outside of the reactor 11, and the nitrogen-containing gas is circulated in the reactor 11. In this manner, the inside of the reactor 11 is kept in a heated nitrogen-containing gas atmosphere, and at the same time, the diluted salt is heated to 800 to 900 ° C. and melted. Thereafter, the metal salt is charged into the molten diluted salt (hereinafter referred to as “molten salt”) from the metal salt inlet 14, and then the reducing agent is reduced by an amount necessary for the reduction of the metal salt previously charged. It is introduced from the agent inlet 15.
これにより、反応器 11中で下記式(1)に表される還元反応を行う。この際、攪拌翼 1 6を作動させて反応融液を緩やかに攪拌する。 Thereby, the reduction reaction represented by the following formula (1) is performed in the reactor 11. At this time, the reaction melt is gently stirred by operating the stirring blade 16.
K TaF + 5Na→2KF + 5NaF + Ta - · · (1) K TaF + 5Na → 2KF + 5NaF + Ta-(1)
2 7 2 7
[0019] 次いで、先に投入した金属塩と還元剤との反応がほぼ終了した時点で、窒素含有 ガスの流通を続けながら、さらに金属塩と還元剤とを順次投入する。この操作を繰り 返して、原料の金属塩と還元剤とを分割して少量ずつ反応させて金属粉末を生成す る。 [0019] Next, when the reaction between the previously introduced metal salt and the reducing agent is almost completed, the metal salt and the reducing agent are sequentially added while continuing the flow of the nitrogen-containing gas. By repeating this operation, the metal salt of the raw material and the reducing agent are divided and reacted little by little to produce a metal powder.
生成した金属粉末は、その比重が溶融塩よりも大きいために反応融液内を沈降す る。その沈降によって、希釈塩力もの金属粉末の回収が容易になるため、攪拌翼 16 の回転速度は、金属の沈降を妨げない程度に設定することが好ましい。 The produced metal powder settles in the reaction melt because its specific gravity is larger than that of the molten salt. Since the sedimentation facilitates the recovery of the metal powder having a dilute salt strength, the rotation speed of the stirring blade 16 is preferably set to a level that does not hinder the sedimentation of the metal.
[0020] 上記還元反応終了後、反応融液を冷却し、得られた集塊を水、弱酸性水溶液等で 繰り返し洗浄して、希釈塩を除去することにより金属粉末を回収する。その際、必要 に応じて、遠心分離、濾過等の分離操作を組み合わせてもよいし、フッ酸と過酸化水 素が溶解して 、る溶液等で金属粉末を洗浄し、精製してもよ!、。 [0020] After completion of the above reduction reaction, the reaction melt is cooled, and the resulting agglomerates are washed repeatedly with water, a weakly acidic aqueous solution or the like, and the diluted powder is removed to recover the metal powder. At that time, if necessary, separation operations such as centrifugation and filtration may be combined, or the metal powder may be washed and purified with a solution in which hydrofluoric acid and hydrogen peroxide are dissolved. !
[0021] この製造方法では、希釈塩として、塩ィ匕カリウム (KC1)、塩化ナトリウム (NaCl)、フ ッ化カリウム (KF)やこれらの共晶塩などを使用することができる。 In this production method, potassium chloride (KC1), sodium chloride (NaCl), potassium fluoride (KF), and eutectic salts thereof can be used as a diluted salt.
[0022] 窒素含有ガスとしては、分子状窒素 (N )を含有するガスや、アンモニア、尿素、 N [0022] As the nitrogen-containing gas, a gas containing molecular nitrogen (N), ammonia, urea, N
2 3 等のガスが挙げられる。 2 3 etc. gas.
反応器 11の内部の残部の雰囲気は、金属粉末中に窒素をより容易に含有させるこ とができることから、窒素ガス濃度が 50体積%以上であることが好ましい。窒素ガス濃 度を 50体積%にするためには、窒素含有ガスの中でも窒素濃度約 100%の純窒素 ガスが好ましい。また、純窒素ガスをアルゴンガスなどで窒素濃度 50%以上の範囲 内で希釈したガスを用いても構わな 、。純窒素ガスまたはこれを上記の範囲で希釈 したガスを用いれば、反応器 11内の窒素含有ガス雰囲気中の窒素ガス濃度を 50体 積%以上に維持しやすぐ金属粉末中に窒素をより容易に含有させることができる。
窒素含有ガスの温度は 600°C以上であり、 800°C以上が好ましい。窒素含有ガス の加熱方法としては、例えば、ガス導入管 12をヒータまたは高温熱交換または高周 波加熱等により加熱する方法などが挙げられる。また、ガス導入管 12を溶融塩内にく ぐらせてカロ熱することもできる。 The atmosphere inside the reactor 11 preferably has a nitrogen gas concentration of 50% by volume or more because nitrogen can be more easily contained in the metal powder. In order to achieve a nitrogen gas concentration of 50% by volume, pure nitrogen gas having a nitrogen concentration of about 100% is preferable among the nitrogen-containing gases. Further, a gas obtained by diluting pure nitrogen gas with argon gas or the like within a range where the nitrogen concentration is 50% or more may be used. If pure nitrogen gas or a gas diluted in the above range is used, the nitrogen gas concentration in the nitrogen-containing gas atmosphere in the reactor 11 is maintained at 50 volume% or more, and nitrogen is easily added to the metal powder immediately. Can be contained. The temperature of the nitrogen-containing gas is 600 ° C or higher, preferably 800 ° C or higher. Examples of the method for heating the nitrogen-containing gas include a method in which the gas introduction pipe 12 is heated by a heater, high-temperature heat exchange, high-frequency heating, or the like. Further, the gas introduction pipe 12 can be passed through the molten salt for heating.
[0023] 金属塩としては、コンデンサ用途として特に好適なニオブ、タンタル、ニオブ タン タル合金の ヽずれかからなる金属粉末を製造する場合には、ニオブおよび zまたは タンタルのフッ化カリウム塩が好ましい。これらのフッ化カリウム塩を使用すると、ァノ ード電極として使用する多孔質焼結体の製造に適した連鎖状粒子を容易に製造で きる。具体的な、フッ化カリウム塩としては、 K TaF、 K NbF、 K NbF等が挙げら [0023] The metal salt is preferably a niobium and potassium fluoride salt of z or tantalum when producing a metal powder consisting of any one of niobium, tantalum, and niobium tantalum alloys particularly suitable for capacitor applications. When these potassium fluoride salts are used, chain-like particles suitable for the production of a porous sintered body used as an anode electrode can be easily produced. Specific examples of potassium fluoride salts include K TaF, K NbF, and K NbF.
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れる。フッ化カリウム塩以外の金属塩としては、五塩化ニオブ、低級塩化ニオブ、五 塩化タンタル、低級塩ィ匕タンタル等の塩ィ匕物や、ヨウ化物、臭化物などのハロゲンィ匕 物が挙げられる。 It is. Examples of metal salts other than potassium fluoride include salts such as niobium pentachloride, lower niobium chloride, tantalum pentachloride, and lower salts and tantalum, and halides such as iodide and bromide.
[0024] 還元剤としては、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ金属やアルカリ 土類金属、これらの水素化物、すなわち水素化マグネシウム、水素化カルシウムが挙 げられる。金属塩としてフッ化カリウム塩を使用した場合には、これらの中でもナトリウ ムが好ましい。金属塩としてフッ化カリウム塩を使用した場合に還元剤としてナトリウム を使用すると、フッ化カリウム塩中のフッ素とナトリウムとが反応して、ナトリウムのフッ 化物が生成する。このナトリウムのフッ化物は水溶性であるため、後の工程で容易に 除去できると 、う利点を有する。 [0024] Examples of the reducing agent include alkali metals and alkaline earth metals such as sodium, magnesium and calcium, and hydrides thereof, that is, magnesium hydride and calcium hydride. Of these, sodium is preferred when potassium fluoride is used as the metal salt. When potassium fluoride is used as the metal salt and sodium is used as the reducing agent, fluorine in the potassium fluoride salt reacts with sodium to produce a fluoride of sodium. Since this sodium fluoride is water-soluble, it has the advantage that it can be easily removed in a later step.
[0025] また、この金属粉末の製造方法にお!、ては、希釈塩の量を、金属塩と還元剤との 合計質量に対して、 15〜25倍程度の質量にすると共に、金属塩と還元剤との添カロ 回数を希釈率に比例させて 40〜60回に設定することが好ましい。 [0025] In addition, in the method for producing the metal powder, the amount of the diluted salt is about 15 to 25 times the total mass of the metal salt and the reducing agent, and the metal salt It is preferable to set the number of additions of the reducing agent to 40 to 60 times in proportion to the dilution rate.
[0026] さらに、上記金属粉末の製造方法では、溶融塩中に酸化ホウ素(B O )ゃフッ化ホ [0026] Further, in the method for producing the metal powder, boron oxide (B 2 O 3) is fluorinated in the molten salt.
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ゥ素カリウム (KBF )などのホウ素化合物を添加してもよい。ホウ素化合物を添加する Boron compounds such as potassium potassium (KBF) may be added. Add boron compounds
4 Four
ことによって、還元金属粉末の過度な微細化を抑制することができる。ここでのホウ素 の添加量は、金属粉末に対して 5〜: LOOppmが好ましい。 5ppm未満では、微細化 抑制効果が不充分であり、一方 lOOppmを超えると、焼結時にホウ素酸化物の気相 を介しての移動が増加し、コンデンサとした時にリード線上に析出する場合があり好
ましくない。 Thus, excessive refinement of the reduced metal powder can be suppressed. Here, the addition amount of boron is preferably 5 to: LOOppm with respect to the metal powder. If it is less than 5 ppm, the effect of suppressing the miniaturization is insufficient. On the other hand, if it exceeds lOOppm, the movement of boron oxide through the gas phase increases during sintering and may be deposited on the lead wire when used as a capacitor. Good It ’s not good.
[0027] この製造方法により得られた金属粉末中には窒素が含まれる。金属粉末中の窒素 の形態としては、窒素が金属に固溶している状態であることが好ましい。金属に窒素 が固溶すると、金属結晶の格子定数が変化するため、金属への窒素の固溶は、 X線 回折ピークの位置のシフトによって確認することができる。例えば、タンタルに 3000p pmの窒素が固溶すると、金属タンタルの(110)面の面間隔 d=0. 23375nm( = 2. 3375A)力 d=0. 23400nm ( = 2. 3400A)へと、約 0. 1%増カロする。これに対 し、金属粉末中の窒素の形態が、窒素と金属とからなる結晶性窒化物である場合に は、コンデンサの容量や誘電体酸化膜の信頼性が低下する場合がある。 [0027] The metal powder obtained by this production method contains nitrogen. The form of nitrogen in the metal powder is preferably a state in which nitrogen is solid-solved in the metal. When nitrogen forms a solid solution in the metal, the lattice constant of the metal crystal changes. Therefore, the solid solution of nitrogen in the metal can be confirmed by shifting the position of the X-ray diffraction peak. For example, when 3000 p pm of nitrogen is dissolved in tantalum, the distance between the (110) planes of metal tantalum is d = 0.23375 nm (= 2.3375 A) and d = 0.23400 nm (= 2.33400 A). 0. Increase by 1%. In contrast, when the form of nitrogen in the metal powder is a crystalline nitride composed of nitrogen and metal, the capacitance of the capacitor and the reliability of the dielectric oxide film may be reduced.
金属粉末中の窒素量 Wは、市販の酸素 Z窒素分析計 (堀場製作所 EMGA520) を使用して、ヘリウムガス中、試料をインパルス融解加熱し、発生ガスを TCD (熱伝 導度法)で定量する方法などで求めることができる。 The amount of nitrogen W in the metal powder is determined by impulse melting heating of the sample in helium gas using a commercially available oxygen Z nitrogen analyzer (Horiba EMGA520) and the generated gas is quantified by TCD (thermal conductivity method). It can be obtained by the method to do.
[0028] 以上説明した金属粉末の製造方法では、反応器の内部の残部に 600°C以上にカロ 熱した窒素含有ガスを導入し、反応融液に加熱した窒素含有ガスを反応融液の表面 にて接触させることで、金属塩に窒素を容易に含有させることができる。その結果、金 属塩の還元反応の際には、分子レベルの金属塩表面に付着した窒素により粒子の 互着粗大化を抑制することができるので、比表面積を大きくすることができる。 [0028] In the metal powder production method described above, a nitrogen-containing gas heated to 600 ° C or higher is introduced into the remainder inside the reactor, and the heated nitrogen-containing gas is introduced into the surface of the reaction melt. By making contact with, the metal salt can easily contain nitrogen. As a result, when the metal salt is reduced, nitrogen adhering to the surface of the metal salt at the molecular level can suppress the coarsening of particles, so that the specific surface area can be increased.
なお、窒素含有ガスをプラズマ状態とし、その状態のガスを反応器の内部の残部に 導入した場合にも上記と同様の効果を発揮するものと推定される。 In addition, it is estimated that the same effect as described above is exhibited when the nitrogen-containing gas is in a plasma state and the gas in that state is introduced into the remaining part of the reactor.
[0029] 反応融液中に窒素含有ガス導入管を浸漬して窒素含有ガスを吹き込む従来法で は、金属塩と窒素との接触量が多いため、金属粉末中の窒素含有量が過剰になるの に対し、本実施形態の製造方法では、反応融液に対して窒素含有ガスは反応融液 の表面 17 (図 1参照)のみで接触するため、金属塩と窒素との接触量を少なくできる 。しかも、還元され、すでに窒素が添加された金属粉末は反応融液中を沈降して表 面 17から離れていくため、金属と窒素とは再度接触しに《なっている。したがって、 還元された直後の金属にのみ窒素を導入することができ、窒素の含有量が過剰にな ることを防ぐことができる。 [0029] In the conventional method in which the nitrogen-containing gas introduction tube is immersed in the reaction melt and the nitrogen-containing gas is blown, the amount of contact between the metal salt and nitrogen is large, so the nitrogen content in the metal powder becomes excessive. On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, the nitrogen-containing gas contacts the reaction melt only at the surface 17 of the reaction melt (see FIG. 1), so the amount of contact between the metal salt and nitrogen can be reduced. . Moreover, the metal powder that has been reduced and already added with nitrogen settles in the reaction melt and moves away from the surface 17, so that the metal and nitrogen come into contact again. Therefore, nitrogen can be introduced only into the metal immediately after reduction, and it is possible to prevent the nitrogen content from becoming excessive.
[0030] 図 2に、金属粉末中の窒素含有量と CV値との関係を示す。この図に示されるように
、窒素含有量と CV値とは相関関係を有し、窒素含有量が多いほど CV値が大きくな つている。 CV値は比表面積に正に相関するから、この図は、窒素含有量が多くなる ほど比表面積が大きくなることを示唆している。そして、窒素含有ガスを溶融塩中に 吹き込む従来の方法では、 CV値 (横軸)が大きくなるにしたがって、金属粉末が含有 する窒素量も大きく増加する。これに対し、本実施形態の製造方法では、 CV値 (横 軸)が大きくなるにしたがって、粉末が含有する窒素量も若干は増加するものの、そ の程度は従来の方法に比べ小さくなつている。したがって、吹き込む方法では、金属 粉末に含まれる窒素量が過剰になりやすいのに対し、本実施形態の方法によれば、 その金属粉末には必要最小量の窒素のみを含有させることができる。すなわち、本 実施形態の製造方法では、窒素を過剰に含有させることなぐ金属粉末の比表面積 を大きくすることができる。 FIG. 2 shows the relationship between the nitrogen content in the metal powder and the CV value. As shown in this figure There is a correlation between the nitrogen content and the CV value, and the higher the nitrogen content, the greater the CV value. Since the CV value correlates positively with the specific surface area, this figure suggests that the specific surface area increases with increasing nitrogen content. In the conventional method in which a nitrogen-containing gas is blown into the molten salt, the amount of nitrogen contained in the metal powder greatly increases as the CV value (horizontal axis) increases. On the other hand, in the manufacturing method of the present embodiment, the amount of nitrogen contained in the powder slightly increases as the CV value (horizontal axis) increases, but the degree is smaller than that of the conventional method. . Therefore, in the blowing method, the amount of nitrogen contained in the metal powder tends to be excessive, whereas according to the method of this embodiment, the metal powder can contain only the necessary minimum amount of nitrogen. That is, in the production method of the present embodiment, the specific surface area of the metal powder without excessive nitrogen can be increased.
[0031] 以上のことから、本実施形態の製造方法によれば、必要最小量の窒素を含みつつ 、金属粉末の比表面積 Sを容易に 5. 0m2Zg以上にすることができる。比表面積 Sが 5. 0m2Zgの金属粉末を用いれば、より高容量のコンデンサ、具体的には化成電圧 10Vで CV値が 20万 μ FVZg以上のコンデンサを容易に得ることができる。 From the above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the specific surface area S of the metal powder can be easily increased to 5.0 m 2 Zg or more while containing the necessary minimum amount of nitrogen. If a metal powder having a specific surface area S of 5.0 m 2 Zg is used, a capacitor having a higher capacity, specifically, a capacitor having a formation voltage of 10 V and a CV value of 200,000 μFVZg or more can be easily obtained.
[0032] 本実施形態の製造方法のように、金属塩と還元剤とを分割して添加した場合には、 一括して添加する方法に比べて、反応熱による急激な発熱を抑えることができ、微細 でかつ均一な粒度分布の金属粉末を得ることができる。 [0032] When the metal salt and the reducing agent are added separately as in the production method of the present embodiment, rapid heat generation due to reaction heat can be suppressed as compared to the method of adding them in a lump. A metal powder having a fine and uniform particle size distribution can be obtained.
[0033] 上述した実施形態では、金属塩と還元剤とを溶融塩に分割添加したが、本発明は 、その実施形態に限定されず、例えば、金属塩と還元剤とをそれぞれ所定の添加速 度で連続的に添加してもよい。このように連続的に添加した場合にも、急激な温度上 昇を押さえることができ、微細で均一な粒度分布の金属粉末を得ることができる。 [0033] In the above-described embodiment, the metal salt and the reducing agent are separately added to the molten salt. However, the present invention is not limited to this embodiment. For example, the metal salt and the reducing agent are each added at a predetermined addition rate. It may be added continuously in degrees. Even when continuously added in this manner, a rapid temperature rise can be suppressed, and a metal powder having a fine and uniform particle size distribution can be obtained.
[0034] (多孔質焼結体の製造方法) [0034] (Method for producing porous sintered body)
次に、本発明の多孔質焼結体の製造方法の一実施形態について説明する。 Next, an embodiment of a method for producing a porous sintered body of the present invention will be described.
本実施形態の多孔質焼結体の製造方法では、まず、上述のようにして得た金属粉 末に、例えば、熱凝集処理、脱酸素処理、徐酸化安定化処理等の前処理を施す。 ここで、熱凝集処理は、金属粉末を真空中で加熱して凝集させて、金属粉末中に 存在する極微細な粒子を比較的粒径の大きな 2次粒子にする処理である。 2次粒子
を成形、焼結して得られた多孔質焼結体は、極微細な 1次粒子カゝら得られた多孔質 焼結体よりも大きな空孔を有する。よって、アノード電極として使用する場合には、電 解質溶液が多孔質焼結体の内部まで浸透するため、より高容量にすることができる。 また、真空中で加熱することによって、金属粉末中に含まれる希釈塩由来のナトリウ ム、マグネシウム等の不純物を除去することができる。 In the method for producing a porous sintered body of the present embodiment, first, pretreatment such as thermal aggregation treatment, deoxygenation treatment, and slow oxidation stabilization treatment is performed on the metal powder obtained as described above. Here, the thermal agglomeration treatment is a treatment in which the metal powder is heated and agglomerated in a vacuum to convert the ultrafine particles present in the metal powder into secondary particles having a relatively large particle size. Secondary particles The porous sintered body obtained by molding and sintering the material has larger pores than the porous sintered body obtained from the ultrafine primary particles. Therefore, when used as an anode electrode, the electrolyte solution penetrates into the porous sintered body, so that the capacity can be increased. Moreover, impurities such as sodium and magnesium derived from the diluted salt contained in the metal powder can be removed by heating in vacuum.
熱凝集の条件としては、高周波加熱により、温度 800〜1200°Cで 0. 5〜1時間加 熱することが好ましい。高周波加熱の具体例としては、 20mm φの反応器の周囲に、 冷却式誘電コイルを 10mm離して 5mmの間隔にて巻き付け、反応器内を真空に保 ちながら、加熱ゾーンを 100mmとして 5MHzの高周波を誘電コイルに印加する方法 が挙げられる。 As conditions for thermal aggregation, it is preferable to heat at 800 to 1200 ° C. for 0.5 to 1 hour by high frequency heating. As a specific example of high-frequency heating, a cooling dielectric coil is wound around a 20 mmφ reactor at a distance of 5 mm with a spacing of 5 mm, and the heating zone is set to 100 mm while keeping the inside of the reactor in a vacuum. Can be applied to the dielectric coil.
[0035] 脱酸素処理は、熱凝集で得られたケーキ状の粉体を大気中または不活性ガス中で 解砕し、その後マグネシウム等の還元剤を加え、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中 で、還元剤の融点以上沸点以下の温度で 1〜3時間加熱して、金属粉末中の酸素と 還元剤を反応させる処理である。 [0035] In the deoxygenation treatment, the cake-like powder obtained by thermal aggregation is crushed in the air or in an inert gas, and then a reducing agent such as magnesium is added, and in an inert gas atmosphere such as argon. This is a treatment in which oxygen in the metal powder reacts with the reducing agent by heating at a temperature between the melting point and the boiling point of the reducing agent for 1 to 3 hours.
徐酸化安定化処理は、脱酸素処理後、冷却中にアルゴンガスに空気を導入する処 理である。徐酸化安定化処理の後には、粉末中に残留しているマグネシウム、酸ィ匕 マグネシウム等の還元剤由来の物質を酸洗浄して除去することが好ま 、。 The slow oxidation stabilization process is a process of introducing air into the argon gas during cooling after the deoxygenation process. After the gradual oxidation stabilization treatment, it is preferable to remove the substances derived from the reducing agent such as magnesium and magnesium oxide remaining in the powder by acid washing.
[0036] 次 、で、上記のように前処理が施された金属粉末に、バインダーとして 3〜5質量% 程度のショウノウ (C H O)等を混合した後、その混合物をプレス成形して成形体を [0036] Next, after 3-5 mass% camphor (CHO) or the like as a binder is mixed with the metal powder that has been pretreated as described above, the mixture is press-molded to obtain a molded body.
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作製する。次いで、その成形体を焼結温度 1000〜1200°Cで 0. 3〜1時間程度カロ 熱し、焼結することで多孔質焼結体を製造することができる。なお、この多孔質焼結 体をアノード電極として使用する場合には、金属粉末をプレス成形する前に金属粉 末中にリード線を埋め込み、これを焼結して、リード線を一体ィ匕しておくことが好まし い。 Make it. Subsequently, a porous sintered body can be produced by calcinating the sintered body at a sintering temperature of 1000 to 1200 ° C. for about 0.3 to 1 hour and sintering. When this porous sintered body is used as an anode electrode, a lead wire is embedded in the metal powder before the metal powder is press-molded, and the lead wire is integrated and sintered. It is preferable to keep it.
[0037] このようにして得られた多孔質焼結体は比表面積が大き 、ものであるため、 EIAJR C 2361〖こ準拠して、 60°C、 10Vで化成し、固体電解コンデンサの陽極電極として 固体電解コンデンサを作製した場合には、比静電容量で示した CV値が 20万〜 35 万/ z FVZgの高容量とすることも可能である。なお、 EIAJ RC— 2361は、日本電子
機械工業会規格において電解コンデンサ用タンタル焼結素子の試験方法として定 められているものである。 [0037] Since the porous sintered body obtained in this way has a large specific surface area, it is formed at 60 ° C and 10V in accordance with EIAJR C 2361, and the anode electrode of the solid electrolytic capacitor When a solid electrolytic capacitor is manufactured, it is possible to achieve a high capacity with a CV value in terms of specific capacitance of 200,000 to 350,000 / z FVZg. EIAJ RC-2361 is JEOL It is defined as a test method for tantalum sintered elements for electrolytic capacitors by the Japan Machinery Manufacturers Association standard.
[0038] また、得られた多孔質焼結体は、密度が成形体の密度の 103〜115%となることが 好ましい。多孔質焼結体の密度が成形体の密度の 103%未満では、強度が不充分 であり、実用的ではない。一方、 115%を超えると、焼結による体積収縮が大きすぎ て、焼結体の寸法を制御しにくい。多孔質焼結体の密度を成形体の密度の 103〜1 15 %とすることによって、固体電解コンデンサに適したものになる。 [0038] The obtained porous sintered body preferably has a density of 103 to 115% of the density of the molded body. If the density of the porous sintered body is less than 103% of the density of the molded body, the strength is insufficient and it is not practical. On the other hand, if it exceeds 115%, volume shrinkage due to sintering is too large, and it is difficult to control the dimensions of the sintered body. By setting the density of the porous sintered body to 103 to 115% of the density of the molded body, the porous sintered body is suitable for a solid electrolytic capacitor.
また、多孔質焼結体は、圧縮強度が成形体の圧縮強度の 3〜20倍となることが好 ましい。多孔質焼結体の圧縮強度が成形体の圧縮強度の 3倍未満では、強度が不 充分であり、実用的ではなぐ固体電解コンデンサとした場合に異常が起こる場合が ある。一方、 20倍を超えると、強度が高すぎるとともに固すぎて、空孔も少なくなるた め、酸ィ匕マンガンの含浸が不充分となり、陰極体の製造が困難となる場合がある。 The porous sintered body preferably has a compressive strength of 3 to 20 times the compressive strength of the molded product. If the compressive strength of the porous sintered body is less than three times the compressive strength of the compact, the strength is insufficient, and abnormalities may occur when a solid electrolytic capacitor is used that is not practical. On the other hand, if it exceeds 20 times, the strength is too high and it is too hard, and the number of vacancies is reduced, so that the impregnation with manganese oxide is insufficient, and the production of the cathode body may be difficult.
[0039] なお、本発明の多孔質焼結体は上述した実施形態に限定されず、例えば、前処理 を省略してもよい。しかし、高品質の多孔質焼結体を得るためには上記前処理を施 すことが好ましい。 Note that the porous sintered body of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, pretreatment may be omitted. However, in order to obtain a high-quality porous sintered body, it is preferable to perform the above pretreatment.
[0040] 上述した製造方法により得られた多孔質焼結体を用いて固体電解コンデンサを製 造することができる。固体電解コンデンサの製造方法では、まず、上記多孔質焼結体 を、例えば、温度 30〜60°C、濃度 0. 1質量%程度のリン酸、硝酸等の電解溶液中、 40〜80mAZgの電流密度で 10Vまで昇圧し、 1〜3時間処理して化成酸化する。こ の化成酸化した多孔質焼結体を固体電解コンデンサ用のアノード電極として使用す る。すなわち、このアノード電極上に、公知の方法で二酸ィ匕マンガン、酸化鉛や導電 性高分子等の固体電解質層、グラフアイト層、銀ペースト層を順次形成し、さらにその 上に陰極端子をノヽンダ付けなどで接続した後、榭脂外被を形成することにより固体 電解コンデンサを得ることができる。 [0040] A solid electrolytic capacitor can be produced using the porous sintered body obtained by the production method described above. In the method for producing a solid electrolytic capacitor, first, the porous sintered body is subjected to a current of 40 to 80 mAZg in an electrolytic solution such as phosphoric acid and nitric acid having a temperature of 30 to 60 ° C. and a concentration of about 0.1% by mass. The pressure is increased to 10V at the density, and it is processed and oxidized for 1 to 3 hours. This chemically oxidized porous sintered body is used as an anode electrode for a solid electrolytic capacitor. That is, a solid electrolyte layer such as manganese dioxide, lead oxide or a conductive polymer, a graphite layer, and a silver paste layer are sequentially formed on this anode electrode by a known method, and a cathode terminal is further formed thereon. After connection by soldering or the like, a solid electrolytic capacitor can be obtained by forming a resin sheath.
[0041] 次に、本発明の一実施形態としての金属粉末について説明する。本発明の実施形 態としての金属粉末は、下記の組成を有していてもよい。ただし、本発明の粉末の組 成範囲が下記に限定されるわけではない。 [0041] Next, the metal powder as one embodiment of the present invention will be described. The metal powder as an embodiment of the present invention may have the following composition. However, the composition range of the powder of the present invention is not limited to the following.
純度:
残部をタンタル (Ta)として purity: The rest as tantalum (Ta)
酸素(O)含有量 ίま、約 5000ppm力ら約 20000ppm、好ましく ίま、約 8000ppm力 ら約 15000ppmである。より好ましく ίま約 lOOOOppm力ら約 15000ppm、さらに好ま しく ίま約 12000ppm力ら約 15000ppmの酸素含有量であってもよ!ヽ。 The oxygen (O) content is about 5000 ppm from about 5000 ppm force, preferably about 20000 ppm from about 8000 ppm force to about 15000 ppm. More preferably, it may have an oxygen content of about 15000 ppm, such as about 15,000 ppm, and more preferably about 15000 ppm.
炭素(C)含有量は、約 lppmから 100ppm、好ましくは、約 lOppm力ら約 50ppm である。より好ましくは約 20ppmから約 30ppmの酸素含有量であってもよ!/、。 The carbon (C) content is about lppm to 100 ppm, preferably about 50 ppm with about 10 ppm. More preferably, it may have an oxygen content of about 20 ppm to about 30 ppm! /.
蜜素(N)含有量 ίま、約 lOOppm力ら 20000ppm、好ましく ίま、約 lOOOppm力ら約 5000ppmである。より好ましく ίま約 3000ppm力ら約 4000ppm、さらに好ましく ίま約 3000ppm力ら約 3500ppmの蜜素含有量であってもよ!ヽ。 The content of honey (N) is about 20000 ppm from about lOOppm strength, preferably about 5000 ppm from about lOOOOppm strength. More preferably, it may have a honey content of about 3000 ppm at about 4000 ppm, and more preferably about 3500 ppm at about 3000 ppm.
水素(H)含有量 ίま、約 lOppm力ら 1000ppm、好ましく ίま、約 300ppm力ら約 750 ppmである。より好ましくは約 400ppmから約 600ppmの水素含有量であってもよ!/ヽ 鉄(Fe)含有量は、約 lppmから 50ppm、好ましくは、約 5ppmから約 20ppmである ニッケル(Ni)含有量は、約 lppmから 150ppm、好ましくは、約 5ppm力ら約 ΙΟΟρ pmである。より好ましくは約 25ppmから 75ppmのニッケル含有量であってもよ!/ヽ。 クロム(Cr)含有量は、約 lppm力 100ppm、好ましくは、約 5ppmから約 50ppm である。より好ましくは約 5ppmから 20ppmのクロム含有量であってもよ!/、。 The hydrogen (H) content is about 1000 ppm from about lOppm strength, preferably about 750 ppm from about 300 ppm strength. More preferably, the hydrogen content may be from about 400 ppm to about 600 ppm! / ヽ The iron (Fe) content is from about 1 ppm to 50 ppm, preferably from about 5 ppm to about 20 ppm. The nickel (Ni) content is From about lppm to 150 ppm, preferably from about 5 ppm force to about ΙΟΟρ pm. More preferably, it may have a nickel content of about 25 ppm to 75 ppm! / ヽ. The chromium (Cr) content is about lppm force 100ppm, preferably about 5ppm to about 50ppm. More preferably, it may have a chromium content of about 5 ppm to 20 ppm! /.
ナトリウム(Na)含有量は、約 0. lppm力ら 50ppm、好ましくは、約 0. 5ppmから約 5ppmである。 The sodium (Na) content is from about 0.1 ppm to 50 ppm, preferably from about 0.5 ppm to about 5 ppm.
カジクム(K)含有量は、約 0. lppm力ら約 100ppm、好ましくは 5ppm力ら約 50pp mである。より好ましくは約 30ppmから約 50ppmのカリウム含有量であってもよい。 マグネシウム(Mg)含有量は、約 lppmから約 50ppm、好ましくは、約 5ppmから約 25ppmでめる。 The Kazikum (K) content is about 100 ppm from about 0.1 ppm force, preferably about 50 ppm from 5 ppm force. More preferably, it may have a potassium content of about 30 ppm to about 50 ppm. The magnesium (Mg) content is about 1 ppm to about 50 ppm, preferably about 5 ppm to about 25 ppm.
憐(P)含有量【ま、約 5ppm力ら約 500ppm、好ましく ίま、約 lOOppm力ら約 300ρρ mである。 The soot (P) content is about 500 ppm from about 5 ppm force, preferably about 300 ρρm from about lOOppm force.
フッ素(F)含有量は、約 lppmから約 500ppm、好ましくは、約 25ppm力ら約 300p pmである。より好ましく ίま約 50ppm力ら約 300ppm、さらに好ましく ίま約 lOOppm力
ら約 300ppmのフッ素含有量であってもよ!/、。 The fluorine (F) content is from about 1 ppm to about 500 ppm, preferably from about 25 ppm force to about 300 ppm. More preferably ί or about 50 ppm force, about 300 ppm, more preferably ί or about lOOppm force Even if the fluorine content is about 300ppm!
上記の不純物組成は、誘導結合プラズマ質量分析 (ICP質量分析)等の微量分析 法によって求めることができる。上記の好ましい組成範囲にある粉末を用いれば、高 い容量のコンデンサを得ることができる。好ましい範囲は、コンデンサの機能と粉末製 造時の経済効率により規定される。 The impurity composition can be obtained by a microanalysis method such as inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP mass spectrometry). If a powder having the above preferred composition range is used, a capacitor having a high capacity can be obtained. The preferred range is defined by the function of the capacitor and the economic efficiency at the time of powder production.
[0043] 上記の粉末の粒径は、フィッシャーサブシーブサイズ (FS)による測定で約 1. 30 m以下が可能である。粒径は粉末の製造工程で任意に調整が可能である力 好まし い粒径分布を得るためには、所定の範囲に調整されることが好ましい。たとえば、 FS による粉末の粒径は 0. 45 111カら1. 30 /z mでもよい。また 0. 45 /z m以下でもよく 、たとえば約 0. 10 μ m力ら 0. 40 μ m、または約 0. 20 μ m力ら約 0. 40 μ mでもよ い。粉末のバルタ密度は、 1. 35g/cc以下でもよい。たとえば約 0. 80g/ccから約 1. 30g/cc、または約 1. Og/ccから約 1. 20g/ccでもよい。 [0043] The particle size of the above powder can be about 1.30 m or less as measured by the Fisher sub-sieve size (FS). The particle size can be arbitrarily adjusted in the powder production process. In order to obtain a preferable particle size distribution, it is preferable to adjust the particle size within a predetermined range. For example, the particle size of the powder by FS may be 0.45 111 or 1.30 / z m. It may be 0.45 / z m or less, for example, about 0.1 μm force or 0.40 μm, or about 0.20 μm force or about 0.40 μm. The Balta density of the powder may be 1.35 g / cc or less. For example, from about 0.80 g / cc to about 1.30 g / cc, or from about 1. Og / cc to about 1.20 g / cc.
[0044] メッシュサイズであらわした粉末の粒径は、全体に占めるパーセント(重量0 /0)で、以 下のような粒径分布を有して 、てもよ!/、。 [0044] The particle size of the powder, which was represented by a mesh size, as a percentage of total (weight 0/0), has a particle size distribution, such as the following, I also! /,.
+ # 60は、約 0. 0から約 1%、好ましくは、約 0. 0から約 0. 5%、さらに好ましくは、 0. 0または約 0. 0%である。 + # 60 is about 0.0 to about 1%, preferably about 0.0 to about 0.5%, more preferably 0.0 or about 0.0%.
# 60/ # 170は、約 45%力も約 70%、好ましくは約 55%力も約 65%、さらに好まし くは約 60%から約 65%である。 # 60 / # 170 is about 45% force is also about 70%, preferably about 55% force is also about 65%, more preferably about 60% to about 65%.
# 170/ # 325は、約 20%力も約 50%、好ましくは約 25%力も約 40%、さらに好ま しくは約 30%力 約 35%。 # 170 / # 325 is about 20% force is also about 50%, preferably about 25% force is about 40%, more preferably about 30% force is about 35%.
# 325/ # 400は、約 1. 0%力ら約 10%、好ましくは約 2. 5%力ら約 7. 5%、さらに 好ましくは約 4%力 約 6%。 # 325 / # 400 is about 1.0% force about 10%, preferably about 2.5% force about 7.5%, more preferably about 4% force about 6%.
一 # 400は、約 0. 1%力ら約 2. 0%、好ましくは約 0. 5%力ら約 1. 5%である。 ここで、 + # 60は、 # 60 (60メッシュ)のふるい上に残留する粉末、 # 60/ # 170は # 60より細粒で、 # 170のふるい上には残留する粉末(170/325、 325/400も同様 )、一 # 400は # 400より細粒な粉末をあらわす。 The # 400 is about 0.1% force to about 2.0%, preferably about 0.5% force to about 1.5%. Where + # 60 is the powder remaining on the # 60 (60 mesh) sieve, # 60 / # 170 is finer than # 60, and # 170/325, the powder remaining on the # 170 sieve 325/400 is the same), # 400 is a finer powder than # 400.
[0045] 上記の組成、および粒径分布をもつタンタル粉末は、本発明の金属粉末の製造方 法を用いて製造することができる。ただし、上記タンタル粉末は、上記の製造方法に
よって限定されるものではなぐ上記の特性をもつタンタル粉末であれば、他の製造 方法を用いて製造されたものであってもょ 、。 [0045] The tantalum powder having the above composition and particle size distribution can be produced using the method for producing a metal powder of the present invention. However, the above tantalum powder is applied to the above manufacturing method. Therefore, the tantalum powder having the above characteristics is not limited, and may be manufactured using other manufacturing methods.
[0046] 上記粉末をアノード電極に加工する場合、成型温度 60°C、圧縮時の密度 4. 5g/c c、 1150°Cで 10分間焼結し、化成電位 10V (ボルト)でィ匕成 (例えば陽極酸化)して もよい。その場合、アノード電極の電気容量は、 CV値にして 185000 /z FV/g力ら 25 0000 μ FV/g、たとえば、 190000 μ FV/g力ら 230000 μ FV/g、または 200000 μ FV/g力ら 230000 FV/gとなる。また漏れ電流は、 ΙΟηΑ/ FV以下より小さくで き、範囲としては、約 2. 5から約 7ηΑ/ μ FV、または約 3. 0力ら約 6ηΑ/ μ FVが可 能である。 [0046] When the above powder is processed into an anode electrode, sintering is performed at a molding temperature of 60 ° C, a density at compression of 4.5 g / cc, and 1150 ° C for 10 minutes, and then formed at a conversion potential of 10 V (volts). For example, anodization may be performed. In that case, the capacitance of the anode electrode in terms of CV is 185000 / z FV / g force 25 0000 μ FV / g, for example 190000 μ FV / g force 230000 μ FV / g, or 200000 μ FV / g The power is 230000 FV / g. Also, the leakage current can be less than ΙΟηΑ / FV or less, and the range can be about 2.5 to about 7ηΑ / μFV, or about 3.0η to about 6ηΑ / μFV.
アノード電極の加工条件として、焼結温度 1200°Cまたは 1250°Cで 10分間の焼結 及び/または化成電位 16Vでの化成をおこなってもよい。これらの条件でも、上記数 値または範囲の電気容量及び/または漏れ電流を得ることができる。上記の範囲内 の電気容量、漏れ電流であれば、本発明の目的に使用することが可能である。 As processing conditions for the anode electrode, sintering for 10 minutes at a sintering temperature of 1200 ° C or 1250 ° C and / or formation at a conversion potential of 16V may be performed. Even under these conditions, the electric capacity and / or leakage current in the above-mentioned numerical value or range can be obtained. Any electric capacity and leakage current within the above ranges can be used for the purpose of the present invention.
[0047] 本発明のタンタル粉末の空孔は、焼結後の状態で、単項型の孔径分布、または二 項分布などの多項型の孔径分布をもつことができる。空孔は、孔径にして約 0. l ^ m 力ら 0. 2 mの範囲内、たとえば 0. 1 111カら0. 18 mの範囲内に中心ピークがあ つてもよい。また、空孔の体積を V、孔径を dであらわして、孔径のピークは、約 0. 3か ら約 0. 5dVZd(logd)、たとえば 0. 4dVZd(logd)の高さをもってもよい。 [0047] The pores of the tantalum powder of the present invention can have a monomorphic pore size distribution or a multinomial pore size distribution such as a binomial distribution in a state after sintering. The pores may have a central peak in the range of about 0.1 l ^ m force to 0.2 m, for example, 0.1 111 to 0.18 m. Further, the pore volume may be represented by V and the pore diameter may be represented by d, and the peak of the pore diameter may have a height of about 0.3 to about 0.5 dVZd (logd), for example, 0.4 dVZd (logd).
本発明のタンタル粉末は、 BET法で測定した比表面積が約 1. 5m2/gから約 10m2 /gでもよい。より好ましい比表面積は、約 4m2/gから約 9m2/gであり、例えば約 4. 5 m2/gから約 8m2/gでもよ!/、。 The tantalum powder of the present invention may have a specific surface area measured by the BET method of about 1.5 m 2 / g to about 10 m 2 / g. A more preferred specific surface area is from about 4 m 2 / g to about 9 m 2 / g, for example from about 4.5 m 2 / g to about 8 m 2 / g! /.
実施例 Example
[0048] [実施例 1] (金属粉末の製造) [0048] [Example 1] (Production of metal powder)
図 1に示す製造装置 10を用い、以下のような手順でタンタル粉末を製造した。 まず、 50Lの反応器 11に、希釈塩であるフッ化カリウムと塩ィ匕カリウムを各 15kg仕 込んだ。次いで、 900°Cに加熱した窒素ガス(純度 99. 999%)を、 3LZ分の流量で ガス導入管 12から反応器 11内の希釈塩上方 (反応器の内部の残部)に導入し、ガス 排出管 13から排出させて、反応器 11内を窒素雰囲気に保った。それと同時に、希
釈塩を 850°Cに加熱して溶融塩とした。次いで、金属塩投入口 14から反応器 11内 に、 1回あたりフッ化タンタルカリウム 37. 5gを添加し、 1分後、溶解したナトリウムを還 元剤投入口 15から 10. 8g添加し、 3分間反応させた。この操作を 40回繰り返して還 元反応を行った。この操作の間、反応器 11内を窒素雰囲気に維持するとともに、攪 拌翼 16で攪拌した (攪拌翼回転数; 150rpm)。還元反応終了後、冷却し、得られた 集塊を砕き、弱酸性水溶液で洗浄し、タンタル粉末を得た。さらに、フッ酸と過酸化水 素を含む洗浄液で精製処理した。 Using the production apparatus 10 shown in FIG. 1, tantalum powder was produced by the following procedure. First, 15 kg each of potassium fluoride and potassium chloride as dilution salts were charged into a 50 L reactor 11. Next, nitrogen gas heated to 900 ° C (purity 99.999%) is introduced at a flow rate of 3 LZ from the gas introduction pipe 12 to the upper part of the diluted salt in the reactor 11 (the remainder inside the reactor). The inside of the reactor 11 was kept in a nitrogen atmosphere by discharging from the discharge pipe 13. At the same time, Nozomi The salt was heated to 850 ° C to form molten salt. Next, 37.5 g of potassium tantalum fluoride is added to the reactor 11 from the metal salt inlet 14 to each time, and after 1 minute, 10.8 g of dissolved sodium is added from the reducing agent inlet 15 to 3 Reacted for 1 minute. This operation was repeated 40 times to carry out a reduction reaction. During this operation, the inside of the reactor 11 was maintained in a nitrogen atmosphere and stirred with the stirring blade 16 (stirring blade rotation speed: 150 rpm). After completion of the reduction reaction, the mixture was cooled, and the resulting agglomerates were crushed and washed with a weakly acidic aqueous solution to obtain tantalum powder. Further, purification was performed with a cleaning solution containing hydrofluoric acid and hydrogen peroxide.
[0049] 次に、得られたタンタル粉末(乾燥品) lOOgに、タンタルに対して約 lOOppmのリン 酸を添加した後、振動を与えながら全体が均一に濡れるまで水を添加して団塊とし、 予備凝集を行った。この際、団塊になる水量はおおよそ 25mlであった。次いで、この 団塊を乾燥後、真空加熱炉 1150°Cで 1時間加熱し、熱凝集させた。そして、熱凝集 させた団塊を、まず、セラミック製のロールクラッシャーで粗砕し、さらに、アルゴン雰 囲気中ピンミルで粒径 250 m以下に粉砕した。粉砕物 lOOgに 3gのマグネシウム チップを混合し、アルゴン雰囲気の加熱炉中、 800°Cで 2時間保持し、タンタル中の 酸素とマグネシウムを反応させ、脱酸素を行った。そして、その後の冷却過程でアル
ヽ、加熱炉から取り 出した。取り出した粉末を硝酸水で洗浄し、マグネシウムと酸ィ匕マグネシウムを洗浄し 、除去した。 [0049] Next, to the obtained tantalum powder (dried product) lOOg, after adding about lOOppm of phosphoric acid with respect to tantalum, water is added until the whole is uniformly wet while giving vibration, to form a nodule. Preaggregation was performed. At this time, the amount of water to be a baby boom was approximately 25 ml. Next, the nodule was dried and then heated in a vacuum heating furnace at 1150 ° C. for 1 hour to cause thermal aggregation. The thermally agglomerated nodules were first roughly crushed with a ceramic roll crusher and further pulverized to a particle size of 250 m or less with a pin mill in an argon atmosphere. The pulverized material lOOg was mixed with 3 g of magnesium chip and kept at 800 ° C. for 2 hours in a heating furnace in an argon atmosphere to react oxygen and magnesium in tantalum for deoxygenation. And in the subsequent cooling process ヽ, removed from the furnace. The extracted powder was washed with aqueous nitric acid, and magnesium and magnesium oxide were washed and removed.
[0050] (多孔質焼結体の製造) [0050] (Production of porous sintered body)
次いで、このタンタル粉末 0. 15mgに、バインダーとしてショウノウ 2質量0 /0を添加、 混合し、プレス成形して直径 3mm、密度 4. 5gZcm3の成形体を作製した。そして、 この成形体を真空焼結炉で 1150°C、 20分の条件で加熱して多孔質焼結体を製造 した。 Then, the tantalum powder 0. 15 mg, added camphor 2 mass 0/0 as a binder, were mixed, 3mm diameter was press molded to form a compact density 4. 5gZcm 3. The compact was then heated in a vacuum sintering furnace at 1150 ° C for 20 minutes to produce a porous sintered body.
(化成酸化条件) (Chemical conversion oxidation conditions)
得られた多孔質焼結体を 10質量%リン酸水溶液中で、化成電圧 10V、温度 60°C 、保持時間 120分で化成酸化 (陽極酸化)して、誘電体酸化膜を形成した。 The obtained porous sintered body was subjected to chemical oxidation (anodic oxidation) in a 10 mass% phosphoric acid aqueous solution at a chemical conversion voltage of 10 V, a temperature of 60 ° C., and a holding time of 120 minutes to form a dielectric oxide film.
(ウエット法電気特性測定) (Wet method electrical characteristics measurement)
誘電体酸化膜が形成された多孔質焼結体について、 30. 5体積%硫酸水溶液に
て、バイアス電圧 1. 5V、周波数 120Hzで電気容量 (CV値であらわす)を測定した。 結果を表 1に示す。 A porous sintered body with a dielectric oxide film formed in 30.5% by volume sulfuric acid aqueous solution Then, the capacitance (expressed by CV value) was measured at a bias voltage of 1.5 V and a frequency of 120 Hz. The results are shown in Table 1.
(BET表面積の測定) (BET surface area measurement)
タンタル粉末に窒素ガスを吸着させ、 BET式を利用して単分子層吸着量を求め、さ らに単分子層吸着量力 BET表面積を求めた。 Nitrogen gas was adsorbed on tantalum powder, and the monomolecular layer adsorption amount was obtained using the BET equation, and the monomolecular layer adsorption amount force BET surface area was obtained.
(元素定量方法) (Element determination method)
JIS H 1699: 1999に準拠して、タンタル粉末中の窒素、酸素、ナトリウム、力リウ ムの量を測定した。 In accordance with JIS H 1699: 1999, the amounts of nitrogen, oxygen, sodium, and lithium in tantalum powder were measured.
[0051] [実施例 2] [0051] [Example 2]
窒素ガスを 600°Cに加熱したこと以外は実施例 1と同様にしてタンタル粉末を得た そして、実施例 1と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化をした後、ウエット法に よる電気特性測定を行った。結果を表 1に示す。 A tantalum powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nitrogen gas was heated to 600 ° C. And, after the porous sintered body was produced and chemically oxidized in the same manner as in Example 1, the wet method was applied. Electrical characteristics were measured. The results are shown in Table 1.
[0052] [実施例 3] [0052] [Example 3]
タンタル粉末の団塊を乾燥後、真空加熱炉で加熱し熱凝集させた代わりに、高周 波で 1000°C5分間加熱し凝集させたこと以外は実施例 1と同様にしてタンタル粉末 を得た。 A tantalum powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nodule of tantalum powder was dried and then heated in a vacuum heating furnace and thermally aggregated instead of being heated and aggregated at 1000 ° C. for 5 minutes.
そして、実施例 1と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化をした後、ウエット法に よる電気特性測定を行った。結果を表 1に示す。 Then, in the same manner as in Example 1, after producing a porous sintered body and chemical conversion oxidation, electrical characteristics were measured by a wet method. The results are shown in Table 1.
[0053] [実施例 4] [0053] [Example 4]
実施例 1の還元反応にて、 1回あたりフッ化タンタルカリウムを 85g添カ卩し、その 1分 後、溶解したナトリウムを 25g添加し、 5分間反応させ、この操作を 30回繰り返したこと 以外は実施例 2と同様にしてタンタル粉末を得た。そして、実施例 1と同様にして多 孔質焼結体の製造、化成酸化をした後、ウエット法による電気特性測定を行った。結 果を表 1に示す。 In the reduction reaction of Example 1, 85 g of potassium tantalum fluoride was added each time, and after 1 minute, 25 g of dissolved sodium was added and reacted for 5 minutes, except that this operation was repeated 30 times. Produced tantalum powder in the same manner as in Example 2. Then, in the same manner as in Example 1, after producing a porous sintered body and chemical conversion oxidation, electrical characteristics were measured by a wet method. The results are shown in Table 1.
[0054] [比較例 1] [0054] [Comparative Example 1]
窒素ガスを加熱しな力つたこと以外は実施例 4と同様にしてタンタル粉末を得た。そ して、実施例 1と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化をした後、ゥヱット法によ
る電気特性測定を行った。結果を表 1に示す。 A tantalum powder was obtained in the same manner as in Example 4 except that the nitrogen gas was not heated. Then, in the same manner as in Example 1, after the porous sintered body was produced and subjected to chemical oxidation, the wet method was used. The electrical characteristics were measured. The results are shown in Table 1.
[0055] [比較例 2] [0055] [Comparative Example 2]
窒素ガスを加熱しな力つたこと以外は実施例 1と同様にしてタンタル粉末を得た。そ して、実施例 1と同様にして多孔質焼結体の製造、化成酸化をした後、ゥヱット法によ る電気特性測定を行った。結果を表 1に示す。 A tantalum powder was obtained in the same manner as in Example 1 except that the nitrogen gas was not heated. Then, the porous sintered body was manufactured and subjected to chemical oxidation in the same manner as in Example 1, and then the electrical characteristics were measured by the wet method. The results are shown in Table 1.
[0056] [表 1] [0056] [Table 1]
[0057] 反応器の内部の残部に 600°C以上に加熱した窒素ガスを導入しながら金属塩を還 元した実施例 1〜4では、表面積が大きぐ得られた多孔質焼結体の CV値が高ぐい ずれも CV値が 20万 μ FVZg以上のものであった。 [0057] In Examples 1 to 4 in which the metal salt was reduced while introducing nitrogen gas heated to 600 ° C or higher into the remainder inside the reactor, the CV of the porous sintered body obtained with a large surface area was obtained. All of the high values were those with a CV value of 200,000 μFVZg or more.
これに対し、窒素ガスを加熱しな力つた比較例 1, 2では、金属粉末中に窒素を充 分に含有させることができず、表面積を大きくすることができな力つたため、実施例 1 On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, which did not heat nitrogen gas, nitrogen could not be sufficiently contained in the metal powder, and the surface area could not be increased.
〜4で得られた多孔質焼結体より CV値が低力つた。 The CV value was lower than the porous sintered body obtained in ~ 4.
[0058] [実施例 5、 6] [0058] [Examples 5 and 6]
次に、本発明の金属粉末の実施例として製造した二種類のタンタル粉末について Next, two types of tantalum powders produced as examples of the metal powder of the present invention
、その特性を対比する。 Contrast its characteristics.
(金属粉末の調整) (Adjustment of metal powder)
本発明の金属粉末の実施例として、実施例 1と同様の製造法を用い、二種類のタン タル粉末、実施例 5、実施例 6を調整した。その微量元素分析の結果を表 2に示す。 実施例 5は、タンタル粉末の純度が上記の好ましい範囲にある力 実施例 6も本願の 範囲にある。 As examples of the metal powder of the present invention, the same production method as in Example 1 was used to prepare two types of tantalum powders, Example 5 and Example 6. The results of trace element analysis are shown in Table 2. Example 5 is a force in which the purity of the tantalum powder is within the above-mentioned preferable range. Example 6 is also within the scope of the present application.
フィッシャーサブシーブサイズ (FS)を用いて求めた、実施例 5、 6の粉末の粒径、お よびバルタ密度を表 2に示す。また、メッシュサイズであらわされる粉末の粒径の分布
を表 2に示す。微量元素分析は、 ICP質量分析によって行った。フィッシャーサブシ ーブサイズの測定は ASTMB330— 02により、バルタ密度の測定 ίお ISZ2504によ り行った。 Table 2 shows the particle diameters of the powders of Examples 5 and 6 and the Balta density, which were determined using the Fisher sub-sieve size (FS). In addition, the particle size distribution of the powder expressed in mesh size Are shown in Table 2. Trace element analysis was performed by ICP mass spectrometry. Fischer sub-sheve size was measured by ASTM B330-02 and by Balta density measurement by ISZ2504.
[0059] (多孔質焼結体の製造) [0059] (Production of porous sintered body)
次いで、このタンタル粉末を用い、直径 3mm、密度 4. 5gZcm3の成形体をそれぞ れ作製した。そして、この成形体を実施例 5については真空焼結炉で 1150°C、 10分 の条件、および 1200°C、 10分の条件、実施例 6についてはで真空加熱炉で 1200 °C、 10分の条件加熱して多孔質焼結体を製造した。 Next, using this tantalum powder, compacts each having a diameter of 3 mm and a density of 4.5 gZcm 3 were produced. The molded body was then subjected to a vacuum sintering furnace for Example 5 at 1150 ° C for 10 minutes, and 1200 ° C for 10 minutes, for Example 6, 1200 ° C for 10 minutes in a vacuum heating furnace. The porous sintered body was manufactured by heating for a minute.
(化成酸化条件) (Chemical conversion oxidation conditions)
得られた多孔質焼結体を 0. 1体積%リン酸水溶液中で、化成電圧 10V、温度 60 °C、保持時間 120分、電流密度 90mA/gで化成酸化(陽極酸化)して、誘電体酸ィ匕 膜を形成した。 The obtained porous sintered body was subjected to chemical oxidation (anodic oxidation) in a 0.1% by volume phosphoric acid aqueous solution at a chemical conversion voltage of 10 V, a temperature of 60 ° C, a holding time of 120 minutes, and a current density of 90 mA / g. A body acid film was formed.
(ウエット法電気特性測定) (Wet method electrical characteristics measurement)
誘電体酸化膜が形成された多孔質焼結体について、実施例 1と同じ条件で電気容 量 (CV値であらわす)を測定した。また、温度 25°C、 10体積%のリン酸水溶液中で、 電圧 7V、 3分間の条件で漏れ電流 (LC値)の測定を行った。これらの結果を表 2〖こ 示す。 With respect to the porous sintered body on which the dielectric oxide film was formed, the electric capacity (expressed by CV value) was measured under the same conditions as in Example 1. In addition, leakage current (LC value) was measured in a phosphoric acid aqueous solution at a temperature of 25 ° C and a voltage of 7 V for 3 minutes. These results are shown in Table 2.
また、実施例 5、 6の粉末を焼結温度 1200°Cで焼結したものについて、上記の化 成条件で、化成電位を 8V、 15Vで化成したものについても CV値の測定を行い、そ の結果を図 3Bにプロットした。 In addition, for the powders of Examples 5 and 6 sintered at a sintering temperature of 1200 ° C, the CV values were measured for those formed at the conversion potential of 8V and 15V under the above-mentioned formation conditions. The results are plotted in FIG. 3B.
(粉末の圧縮率の測定) (Measurement of powder compressibility)
また、損失角の正接 tan δ、焼結体の密度 Ds、焼結体とプレス成型体の密度比 Ds/ GDにつ!/、ても表 2に示す。 Table 2 also shows the loss angle tangent tan δ, the density Ds of the sintered body, and the density ratio Ds / GD of the sintered body and the press-formed body.
[0060] [表 2]
実施例 5 実施例 6 焼結温度 荚麵 5 実-施例 6 [0060] [Table 2] Example 5 Example 6 Sintering temperature 荚 麵 5 Actual-Example 6
0 11380 8130 Π50Τ; CV 219100 0 11380 8130 Π50Τ; CV 219100
C 26 34 LC Λ) 971.7 C 26 34 LC Λ) 971.7
組成 N 3500 3960 LC{nA//i FV) 4,4 Composition N 3500 3960 LC (nA // i FV) 4,4
分析値 H 413 296 tan 6 (%) 178 Analytical value H 413 296 tan 6 (%) 178
<ppm) Fe 8 10 Ds(g/cc) 4.50 <ppm) Fe 8 10 Ds (g / cc) 4.50
Ni 60 17 1200 CV(/i FV/g) 201580 183000 Ni 60 17 1200 CV (/ i FV / g) 201580 183000
Cr 7 9 991.9 976.7 Cr 7 9 991.9 976.7
Na 2 2 LC(nA^ FV) 4.9 5,3 Na 2 2 LC (nA ^ FV) 4.9 5,3
K 36 23 tan έ (%) 181 HSK 36 23 tan έ (%) 181 HS
Mg 15 15 Ds(g/ec) 4,81 4.56Mg 15 15 Ds (g / ec) 4,81 4.56
P 241 150 Ds/GD 1.07 1.01 P 241 150 Ds / GD 1.07 1.01
物理特性 FS m) 0,37 0.47 FS: フィッシャーサブシ一ブサイズによる粒径 Physical properties FS m) 0,37 0.47 FS: Particle size by Fisher sub-size
BD(g/cc) 1.20 1.40 BD;バルク密度 BD (g / cc) 1.20 1.40 BD; Bulk density
粒怪分布 サイズ wt% wt% CV: CV値 Particle distribution Size wt% wt% CV: CV value
+#60 0,0 0.0 LC:漏れ' ϋ流 + # 60 0,0 0.0 LC: Leakage
64.0 72.6 tan 6 :損失角の正接 64.0 72.6 tan 6: Tangent of loss angle
.J- .J-
#17 19.0 :焼結体密度 # 17 19.0: Density of sintered body
#325/#400 4.8 6.2 Ds/GD:焼結体密度/成型体密度 # 325 / # 400 4.8 6.2 Ds / GD: Sintered body density / Molded body density
-#400 0.8 2,2 -# 400 0.8 2,2
[0061] 図 3Aは横軸に 1150°Cと 1200°Cで焼結した焼結体の密度を、縦軸に CV値をとつ て表 2の結果をプロットしたものである。 FIG. 3A is a plot of the results in Table 2 with the horizontal axis representing the density of the sintered body sintered at 1150 ° C. and 1200 ° C. and the vertical axis representing the CV value.
図 3Bは実施例 5と実施例 6の粉末について、化成電位、 8V、 10V、 15Vで化成し た場合の CV値を示している。図より、好ましい組成範囲をもつ実施例 5が、化成電位 FIG. 3B shows CV values when the powders of Example 5 and Example 6 were formed at conversion potentials of 8V, 10V, and 15V. From the figure, Example 5 having a preferred composition range shows that the formation potential is
10V近辺で高!、電気容量を示すことがわかる。 It can be seen that the electric capacity is high around 10V!
[0062] 図 4は、実施例 5、 6の粉末の組織を示す走査型電子顕微鏡像 (SEM像)である。 FIG. 4 is a scanning electron microscope image (SEM image) showing the powder structure of Examples 5 and 6.
図 5は、実施例 5、 6の粉末を圧縮密度 4. 5で圧縮し、 1200°Cで焼結した焼結体の Fig. 5 shows the sintered compacts obtained by compressing the powders of Examples 5 and 6 at a compression density of 4.5 and sintering at 1200 ° C.
SEM像である。 SEM image.
図 6A、図 6Bは、実施例 5と 6について、焼結後の粉末の空孔の孔径分布を示した 図であり、図 6Aは積算分布を、図 6Bは頻度分布で示した図である。 6A and 6B are diagrams showing the pore size distribution of the sintered powder for Examples 5 and 6, FIG. 6A is a cumulative distribution, and FIG. 6B is a frequency distribution. .
[0063] 上記、記載した数値に関し、本発明の目的のためには、この上記の記述や図に示 した数値範囲は、 20%内、または 10%内、または 5%内であればよい。 [0063] Regarding the numerical values described above, for the purposes of the present invention, the numerical ranges shown in the above description and figures may be within 20%, within 10%, or within 5%.
産業上の利用可能性 Industrial applicability
[0064] 本発明の金属粉末の製造法によれば、窒素濃度が低ぐかつ細粒で比表面積の 大きいタンタル、ニオブ等の金属粉末を製造することができる。本発明の金属粉末を 焼結して、多孔質焼結体を製造し、これをコンデンサのアノード電極に利用すること
により、長期の信頼性が高い上に、高容量の固体電解質コンデンサを製造すること ができる。
[0064] According to the method for producing a metal powder of the present invention, a metal powder such as tantalum or niobium having a low nitrogen concentration, a fine particle and a large specific surface area can be produced. Sintering the metal powder of the present invention to produce a porous sintered body, which is used as an anode electrode of a capacitor Therefore, it is possible to manufacture a solid electrolyte capacitor having a high capacity in addition to high long-term reliability.