JPH01242702A - タンタル粉末及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野］ 本発明は、電解コンデンサ用タンタル粉末及びその′ｉ
ＪＪ造法に関し、特に高純度で洩れ電流の少ない、長寿
命のコンデンサ用タンタル粉末及びそれを製造する方法
に関するものである。

［従来の技術］ タンタル粉末から作った固体電解タンタルコンデンサは
電子回路の小型化に大きく寄与し、しかもそれを使用し
た回路を劣恋な環境で使えるようにしてきた。タンタル
粉末コンデンサは、典型的にはタンタル粉末を圧縮成形
してベレ・ノドにし、ペレ・ソトを炉内で焼結して多孔
質体を形成し、それを次に適当な″、電解液中で陽極酸
化して焼結体上にＪ！ｌ続した誘電体酸化物ｎすを形成
することにより製造される。

固体コンデンサに適するタンタル粉末の開発は、コンデ
ンサ生産者とタンタル加工業者の両方が努力した結果で
ある。この必要な特性には、表面積、純度、その伯があ
る。

まず、粉末は適当な大きさの表面積を持つことが必要で
ある。なぜなら、タンタル粉末のキャパシタンスは表面
積の関数であり、焼結後の表面積が大きいほどキャパシ
タンスは大きいからである。

粉末の純度も考慮せねばならない。金属および非金属の
不純物は誘電体の性能を下げる。焼結温度が高いと揮発
性不純物のいくつかが除去される傾向にあるが、処理温
度が高いと正味の表面積を減らしてコンデンサのキャパ
シタンスも低下する。焼結条件下で表面積が失われるの
を最小にすることはタンタル粉末のキャパシタンスを高
く保つのに不可欠である。

近時高性能コンデンサのｔり川に適するタンタル粉末は
、ニーつの異なる方法によって製造される。

これらの粉末′３Ａ逍法の一つには、フッ化タンタルカ
リのナトリウム還元があり、第二の方法では粉末は溶融
（典型的には電子ビーム溶融）したタンタルインゴット
を水素化物にし、水素化物チ・ンブを粉砕し、さらに脱
水素化することによりＴＡ造される。

一１Ｋｔに、ナトリウム還元のタンタル粉末はキャパシ
タンスが高く、一方溶融インゴットから１１られるタン
タル粉末はきわめて純度がよく、ナトリウム還元粉末よ
りも１桁不純物が少ない、インゴットから得られる粉末
は典型的には直流洩れ（Ｄ、Ｃ：、　ｌｅａｋａｇｅ　
）が少な（、長寿命であす、シカも電圧容量が高い。純
度の高さとほかの特性のために、インゴットから製造し
た粉末で作られたコンデンサは高いイー１頼性が主要必
要条件である回路に使用される。

このインテ・ントからのタンタル粉末の製造は、タンタ
ルインゴットを１気圧の水素ガスの中で５００℃に加熱
することにより、タンタル中に水素を導入し、水素化物
ＴａＨを生成する。この水素化によりタンタルインゴッ
トは、硬くもろ（なるのでショウ・クラッシャーなどで
直径数ｍＩＩ＋の粒子に租解砕される。さらに、これを
第１図（△）に示す様に、１ｆＴ撃粉砕機などで空気中
および水中で必要な粒度になるまでＰＡ械的に解砕され
ろ、この機織的解砕により、タンタル粉末中には粉砕機
材質であるクロム、鉄、ニッケル等が混入してくる。こ
れらの金属不純物を除去するために酸洗を行なう、酸洗
後、粉末が中性になるまで水洗を充分よ（行ない、そし
て乾燥する。

次に、この粉末を粉末に含まれている水素ガスを除去す
るためと、流れ性、成形性を良くするため、ＩＯ−’Ｔ
ｏｒｒ台で真空炉で（１４００℃ないし１５５０℃で３
０分間）熱処理を行なう。次いで、熱凝集した粉末を軽
く解砕し、脱酸処理を行なう。さらに再び、１０−’Ｔ
ｏｒｒの真空炉で（１４００℃ないし１５５０℃で３０
分間）熱処理を行なう。これを解砕し、粉末として製品
にする。この粉末中の不純物１を第１表に示す。

［本発明が解決しようとしている課題］タンタル粉末の
多くは、電解コンデンサの素材として用いられている。

このコンデンサの性能は含有酸素ならびにその他の微量
の不純物に大きく影響されろ、特に酸素量が３．０００
ｗＬ　ｐｐｍを越えると、このコンデンサは洩れ電流が
急増し、また寿命特性も著しく悪化する、 現在、電子部品の小型化が求められているが。

コンデンサにおいても同様である。従って、キャパシタ
ンスの大きいタンタル粉末が求められている。このため
に、粉末を微細化し表面積を増大させる努力がなされて
いる。しかし、タンタルは酸素との親和力が非常に強（
、空気に接すると容易に酸素を吸着し、これは粉末の表
面積の増加と共に、その物理的あるいは化学的酸素吸着
量も比例して増加する。

このため微粉（０，２μｍ以下の微粒子）は表面積は大
きいが、Ｉｖ奏の吸ｆｔ　ｍが大きく、コンデンサ用粉
末としでは、酸素含有量が高過ぎて使用できないため、
水洗工程あるいは分級工程で除去し、酸素含有量を低く
維持することもあり、収率低ドの原因ともなっている。

従って、電解コンデンサの特性を向トするためには、タ
ンタル粉末の微細化と、それに比例して増大する酸素吸
着雀の低減という相反する要求を満たすことが要求され
ている。

さらに、微細化するためには機械的解砕が必要であり、
これには解砕工程に使用する装置のタンタル粉末が接触
する面からの不純物の混入、酸洗、水洗などのさいに不
純物が混入するなどの可能性がある。

装置の接触面からの不純物としては、鉄、クロム、ニツ
ウ゛ル等があり、酸洗Ｊ水洗などからはハロゲン等の混
入が予想される。これらの不純物は、分離困難であり、
直流洩れ電流の増−加、高温負荷特性の劣化などを招来
する。従って、これらの不純物の除去が必要とされるが
、これには長時間の高温における熱処理または焼結以外
に適当な手段はない。しかし、長時間の高温熱処理およ
び長時間の高温焼結は、タンタル粉末の表面積の減少を
伴うため、直流洩れ、高温負荷特性の改良は出来てもキ
ャパシタンスの減少をもたらすため、根本的な改善士段
が要求されていた。

１課題を解決するための手段］ 本発明においては、タンタルインゴットを原料とし、酸
素含有量の低い、また他の不純物含何…の少ない電解コ
ンデンサ用タンタル粉宋の製造を目的とし、解砕１程を
改良し、酸洗や水洗時に混入する不純物の排除および粉
末収率の向りを目的としており、第１図工＋ｆｆ（Ａ）
で示されるような従来のＬ程を、工程（ｎ）で示すよう
に改良することにより達成される。

すなわち、従来の第１図の工程（Ａ）の（１）タンタル
インゴットの水素化、　ｌ　ｉ　ｉ　ｌ　ＩＪ　Ｍ的解
砕。

（ｉｉｉ）酸洗、１ｉｖｌ水洗、（Ｖ）熱処理、ｆｖｉ
ｌ脱酸素、　Ｉｖｉｉｌ熱処理、（ｖｉｉｉ１機械的解
砕、（１に）酸洗、（Ｘ）水洗、ｆｘｉ）乾燥の工程を
改め、工程（Ｂ）のようにインゴットの水素化から最終
粉末までを、すべて無酸素不活性ガス、好ましくはアル
ゴン雰囲気下で行ない、また機械的解砕装置のタンタル
粉末に接触する面をすべて、タンタル製またはタンタル
ライニングしたものを使用することにより、高純度であ
って、低温焼結性であり、かつ表面積の大なるタンタル
粉末を得ることができた。

先ず、水素化工程は従来法においても無酸素雰囲気下で
行なわれていたが１本発明においてはこれ以降の工程も
すべて無酸素雰囲気下で行なうものであり、−例として
は無酸素雰囲気室は−け１Ｏ−３Ｔｏｒｒのα空にした
後、純度９９．９９９％のアルゴンガスを導入し、操作
は外部からグローブあるいはマニエビュレークーを用い
て行なう様にする。

最終的に製品となったタンタル粉末は、アルゴン雰囲気
Ｆで包装し、販売することになるが、評価の際にはどう
しても空気に触れるため、測定した粉末の酸素量は２０
０ｗｔｐｐｍとなっていた。

さらに、機械的解砕装置のタンタル粉末に接触する部分
はすべて材質としてタンタルまたはタンタルライニング
をしているため、タンタル粉末の他の金属による汚染は
ほぼ完全に遮断できた。

［作用］ 上記の如く、無酸素雰囲気下、出来るだけ他の金属とは
接触しない様にしたため、以）述べるごとき驚くべき効
果が発揮できた。

すなわち、無酸素雰囲気下ですべての操作が行なわれて
いるため、タンタル粉末中の酸素量を従来の約１４００
　ｗ　ｔ　ｐ　１１’ｌ　ｍ台から約２　ｎ　Ｏｗ　ｔ
、　ｐｐｍに低減できた。

このため、従来酸素含有量が多く、コンデン→１原料と
して不３１１１８となってよ逼り、廃臂されていた０、
２ｕｍ以下の微粉であっても、原料とし゛Ｃ使用できる
ため大幅な収率の向上が可能となった。

また、装置にタンタル製またはタンタルライニングを使
用することにより、クロム、鉄、あるいはニッケル等の
使の金属による汚染が発’ＥＬなくなったため、従来多
く行なわれていた酸洗、水洗工程を省略できること、こ
のため、酸洗、水洗工程などから混入してきたフッ素あ
るいは塩素などの不純物は全（混入の可能性はなくなっ
ており。

最初のタンタルインゴットの不純物と同一値（分析とし
ては１ｗｔｐｐｍ以下）となった、さらに、工程全体を
乾式１程とすることが可能となったため、微粉の流出（
酸素含有量が多いための意識的除去も含めて）が全くな
く、さらに廃水処理も不要となり、設備費、ランニング
コストの低下に大きく寄与できた。

酸素をはじめとする不純物の低減により、ガスの発生も
少なく真空到達時間も大幅に短縮可能となり、熱処理Ｅ
Ｅ程における水素除去が容易になり従来の方法による扮
米中の水素含有間約１０ｗｔｐｐｌＴ＋から５ｗｔｐｐ
ｍ以下に低減した。

さらに、タンタル粉末の純度の大幅な向上により粉末の
焼結性が向上し、熱処理温度を３００℃ないし４００℃
従来より低くすることが可能となった。

［実施例］ 各種の酸素含有量のタンタル粉末を準備した。

その詳細は第１表に示す、これらの粉末をコンデンサと
し、その電気特性を調べた。

第１表：タンタル粉末中の不純物濃度 Ａ：水素化工程から熱処理後の機械的解砕まで全て無酸
累雰囲気室 Ｂ：熱処理後の機織的解砕を空気中で行なう場合Ｃ：熱
処理前に空気中に！ｉ露し、熱処理後のＷ＆城的解砕を
空気中で行なう場合 本分析は化学的分析法により行なわれ、１　ｗｔｐｐ＊
までは正確に測定できる。

第２図および第３図は、本発明法により製造された粉末
を素材とするコンデンジの洩れ電流力よび高温負荷特性
１命特性）の酸素依仔性を示している。これらの図から
分かるように、ｉｌ！Ｉ素Ｍの低減と共に、洩れ電流お
よび高温負荷特性は改看されている。つまり、電気特性
および寿命特性の優れたコンデンサを作るためには、酸
素を低減させねばならない。

また、従来法により製造された粉末のコンデンサで、酸
素含有量９８０　ｗ　ｔ　ｐ　ｐ　ｍについてみた場合
１本発明法により製造された粉末のコンデンサの方が、
こハらの特性は優れていることが分かる。更に江目すべ
きことは、熱処理工程のみを一−１１アルゴンで置換し
、それから減圧下に熱処理をした酸素ｆｆｌ１８００ｗ
ｔｐｐｍの粉末のコンデンサの洩れ電流および高温負荷
特性が従来法により装造された酸素嘔９８０ｗｔｐｐｍ
の粉末のコンデンサのそれらよりも優れていることであ
る。

第４図に、本発明法により製造された粉末のコンデンサ
の静電容πと化成電圧との積の値（ＣＶ値と呼ぶ）を焼
結温度に対して示す、焼結温度の上昇と共にＣＶ　（ａ
は減少する。このようなｃ　ｖ　ｙ４の焼結温度による
減少は、従来法により製造された粉末のコンデンサにつ
いてもみられる。

タンタルインゴットから出発し、第１図（Ａ）従来法に
示される工程により製造されるタンタル粉末は信頼性の
高いコンデンサとして用いられている。したがって、焼
結温度も１７００℃以上と比較的高い温度が必要となる
。しかし、第２図および第３図でみたように、本発明で
作られるクリーンで酸素の少ない純度の高い粉末では、
１４００℃焼結でも従来粉末の１７００℃焼結の場合よ
りも優れた特性を示している。したがって、本発明で製
造された粉末は１４００℃焼結でも充分信頼性の畠いコ
ンデンサとして用いることが可能である。このことは、
第４図で分かるようにＣＶ値の増加につながり、コンデ
ンジの小型化に大きく寄与することになる。

なお、酸素含有潰約９００ｗｊｐｐｍ以下にすれば低温
焼結（１４００℃〜１７００°Ｃ）が容易にできる。

［効果］ 本願発明は、既に述べた如く、工程を大幅に省略でき、
かつそのため不純物の混入が防止でき、純化のための熱
処理も簡単になり、表面積の減少も少なくて済み、それ
でいながら表面はきれいである。これは、酸素含有量、
ハロゲン含有量が少ないことからも分かる。また、ガス
発生の原因となる酸洗がないため、熱処理工程も簡単、
短縮化でき、微粉もコンデンサ用として使用可能となる
ので収率も高い方法である。

また、粉末の焼結温度もインゴット法の従来品より３０
０℃〜４００℃低く出来るので、ＣＶ＋ａも高く維持で
きるなど、驚＜べき高性能のコンデンサ用タンタル扮末
を提供するものである。なお、酸素含有量が９００　ｗ
　ｔ、　’ｐ　ｐ　ｍ程度となっても焼結温度は低く保
持できるなど、優れた性質の粉末を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タンタル粉末の製造工程図である。 第２図は、タンタル粉末コンデンサの洩れ電流に及ぼず
粉末の純度の影響を示す。 第３図は、１５００℃で３０分間焼結したタンタル粉末
の電解コンデンサの洩れ電流に及ぼす扮゛末の純度の影
響を示す。 第４図は、従来法と本発明による粉末から作られたタン
タル電解コンデンサのＣＶ　ｆａを示す。 出願人　昭和キャボットスーパーメタル株式会社代理人
　弁理士　　菊　地　　精　− 第１図　タンタル粉末製造工程 −Ｉｌ ′？ξｌ「 ２０（１°ｃ、ｔ”ｈ−アシｎ口句Ｅ貝りへ　じ老Ａ５
．）・・寸 譲爺信λビＣ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度１４００℃〜１７００℃で焼結可能なコンデ
   ンサ用タンタル粉末。
2. （２）吸着酸素量が９００ｗｔｐｐｍ以下であり、温度
   １４００℃〜１７００℃で焼結可能なコンデンサ用タン
   タル粉末。
3. （３）吸着酸素量が９００ｗｔｐｐｍ以下，かつハロゲ
   ン含有量が１ｗｔｐｐｍ以下であり，１４００℃〜１７
   ００℃で焼結可能なコンデンサ用タンタル粉末。
4. （４）溶融インゴットからタンタル粉末を製造する方法
   において，熱処理工程を無酸素雰囲気下で行なうことを
   特徴とするタンタル粉末の製造法。
5. （５）上記方法において、水素化工程、第一次機械的解
   砕工程、熱処理工程、第二次機械的解砕工程及び分級工
   程を無酸素雰囲気下で行ない，酸洗い工程、水洗工程を
   省略したごとを特徴とするタンタル粉末の製造法。
6. （６）溶融インゴットからタンタル粉末を製造する方法
   において、第一次的機械的解砕工程及び第二次機械的解
   砕工程はタンタル製またはタンタルライニングした装置
   を用いて行なわれ、酸洗い工程及び水洗工程を省略した
   ことを特徴とするタンタル粉末の製造法。