專利名稱：具有制冷裝置的鉭金屬表面鈍化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鉭金屬表面鈍化裝置，具體地來說是涉及一種包括對含氧氣體制冷和循環(huán)裝置的鉭金屬表面鈍化裝置。
背景技術(shù)：
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。何等人在對鈉還原鉭粉微觀結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)在鉭金屬表面將形成一層約3 Snm厚的氧化膜(參見 Observations on the morphology of Sodium-reduced Tantalum Powders and modification to their physical properties. 41st TIC Symposium, San Francisco. Oct. 22nd 25th 2000 :255 271.)。若鉭粉的表面有一層致密氧化膜，可以防止鉭的繼續(xù)氧化。由于金屬鉭和氧化鉭的熱膨脹系數(shù)不同，這種被致密氧化膜覆蓋的鉭粒子一當被加熱到約100°C以上的溫度，致密氧化鉭膜開裂而被破壞；當鉭粉被加熱到700°C以上，氧化膜的部分氧溶入鉭基體，部分氧逸散、富集。所以，在真空爐里加熱后的鉭粉在被冷卻后與含氧介質(zhì)接觸時又要從表面開始氧化，吸收新的氧，如果不進行鈍化，即使將鉭粉的溫度冷卻到0°C以下后從真空爐里取出來，發(fā)現(xiàn)開始慢慢變熱，接著迅速升溫，變得越來越熱，突然從一處燃燒起來，很快蔓延著火，達到炙熱，這時即使將鉭粉浸入水中也難以撲滅，高溫下鉭粉繼續(xù)與水反應(yīng)，生成氧化鉭和氫氧化鉭。因此，人們開發(fā)了鉭粉可控氧化的鈍化技術(shù)。 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(zhì)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. 1 m2/g)在熱處理后要進行鈍化處理。 鉭金屬表面鈍化過程實際上是受控的氧化反應(yīng)。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、燒結(jié)形成的多孔體的表面鈍化。包括專利文獻US6927967B2, US 6432161B1、US 6238456B1、CN 1919508A、 CN101404213A、US 6992881B2、US 7485256B2 和 CN 1899728A 在內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)披露了鉭粉
的鈍化，但是這些現(xiàn)有技術(shù)是把室溫下的含氧氣體通入到裝有經(jīng)過熱處理并被冷卻到室溫或更高溫度的真空爐內(nèi)并滯留于反應(yīng)室里，含氧氣體與鉭粉反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量也滯留于其中；這樣的鈍化處理時間長，并且往往引起鉭粉激烈氧化。公開號為CN101348891A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后鈍化?，F(xiàn)有技術(shù)中對熱處理后的鉭粉鈍化都是把含氧氣體充入反應(yīng)器里，靜止不動，由于鈍化產(chǎn)生的熱量使鉭粉溫度升高，高溫加速氧化，出現(xiàn)惡性循環(huán)，難以控制氧化速度。這樣有鈍化時間長，生產(chǎn)率低下的問題。由于現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，因此本領(lǐng)域仍希望有一種在鉭金屬表面鈍化過程中能夠避免出現(xiàn)激烈氧化從而得到含氧量低的鉭粉和多孔鉭粉燒結(jié)體的裝置。
發(fā)明內(nèi)容[0006]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種能夠避免發(fā)生激 烈氧化且快捷的鉭金屬表面鈍化裝置?！N具有制冷裝置的鉭金屬表面鈍化裝置，其包括熱處理爐，所述熱處理爐包括 反應(yīng)室、組成所述反應(yīng)室的帶水冷夾套的爐殼、抽空管道、設(shè)置于所述反應(yīng)室里的加熱器及 置于加熱器內(nèi)容納鉭金屬的熱處理坩堝，其特征在于該鉭金屬表面鈍化裝置還包括一使反 應(yīng)器內(nèi)氣體冷卻循環(huán)系統(tǒng)，所述氣體冷卻循環(huán)系統(tǒng)主要包括氣體冷卻管道、氣體緩沖室、 制冷室和氣體循環(huán)泵，其中-氣體冷卻管道，該氣體冷卻管道的進氣ロ與反應(yīng)室上部出口相連，其出口與制冷 室進ロ相連，被冷卻的含氧氣體進入制冷室進ー步冷卻；-氣體緩沖室，該氣體緩沖室設(shè)有惰性氣體入口和含氧氣體入ロ，并與制冷室連 通，氣體通過緩沖室進入制冷室被制冷；-制冷室，該制冷室里設(shè)有與冷凍機相連的制冷介質(zhì)管，且其出口與保溫管道連 接，氣體經(jīng)過冷卻管道冷卻后氣體進入制冷室被制冷后從出口出來，經(jīng)過保溫管道，用循環(huán) 泵從氣體入口送入反應(yīng)室下部；-氣體循環(huán)泵，該氣體循環(huán)泵設(shè)在保溫管道上，并通過管道連通到反應(yīng)室氣體入口 被冷卻的氣體從反應(yīng)室氣體入口送入反應(yīng)室下部，同時將反應(yīng)室內(nèi)溫度較高的氣體從反應(yīng) 室上部抽出；所述的循環(huán)泵的毎分鐘抽、排氣速率是熱處理反應(yīng)室容積的1/10 4/1 ；所述的氣體冷卻管道具有與冷卻劑接觸的長度至少3米。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(chǎn)效率高，不會發(fā)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冷卻循環(huán)裝置的鉭金屬表面鈍化裝置示意圖； 其中01.制冷室01-1.流水ロ02.制冷室氣體入口03.制冷機04.制冷介質(zhì)管05.制冷室氣體出口06.保溫管07.反應(yīng)室氣體出口08.氣體冷卻管道08-1.冷卻水進ロ 08-2.冷卻水出口09.氣體循環(huán)泵10.反應(yīng)室11.帶水冷夾套的爐殼 11-1.冷卻水入口，11-2.冷卻水出口 12.壓カ計20.氣體緩沖室21.惰性氣體入口 22.含氧氣體入口30.保溫屏40.反應(yīng)室氣體入口 41.抽空管道50.加熱器60.反應(yīng)室入口處熱電偶 61.反應(yīng)室下部熱電偶 62.反應(yīng)室中部熱電 偶63.反應(yīng)室上部熱電偶 70.鉭金屬 80.坩堝 100A.循環(huán)冷卻系統(tǒng)。圖1示出了本實用新型帶有氣體冷卻管道和制冷室的熱處理后鉭金屬表面鈍化 裝置，該裝置主要包括反應(yīng)室10、設(shè)置于反應(yīng)室10里的保溫屏30、設(shè)置在所述的保溫屏 30里面的加熱器50、組成所述反應(yīng)室10的帶水冷夾套的爐殼11，其中11-1是冷卻水進水管，11-2是冷卻水出水管；和所述反應(yīng)室10相通的真空壓力計12 ；所述的熱處理后鉭金屬表面鈍化裝置還包括氣體冷卻管道08、制冷室01、氣體緩沖室20和氣體循環(huán)泵09 ；其中氣體循環(huán)泵每分鐘的抽氣量是反應(yīng)室容積的1/3 ；其中，惰性氣體從入口 21進入緩沖室20，含氧氣體從入口 22進入緩沖室20 ；進入制冷室01的氣體和冷凍機03相連的制冷介質(zhì)管04 熱交換而被制冷，被制冷的氣體從制冷室的出口 05出來，用氣體循環(huán)泵09將溫度較低的氣體通過保溫的連接管道06從反應(yīng)室的氣體入口 40送進反應(yīng)室10的下部，含氧氣體中的氧與鉭金屬反應(yīng)，在鉭金屬表面形成氧化膜，并且使鉭金屬和反應(yīng)室里的氣體溫度升高，反應(yīng)室里溫度較高的氣體從反應(yīng)室上部的排出口 07抽出，經(jīng)過氣體冷卻管道08進行冷卻，其中冷卻水從進水管08-1進入，從排水管08-2排出，冷卻管道與冷卻劑接觸長度為6米；經(jīng)過冷卻管道的含氧氣體接著從制冷室入口 02進入制冷室01與和冷凍機03相連的冷卻劑管道04發(fā)生熱交換而被制冷，被制冷的含氧氣體從制冷室的出口 05出來，由氣體循環(huán)泵09 將含氧氣體通過有保溫層的管道06從反應(yīng)室氣體入口 40送入反應(yīng)室的下部，構(gòu)成氣路循環(huán)。本實用新型這一裝置，也可以用來對熱處理后鉭粉進行循環(huán)冷卻，即把含氧氣體進氣口 22閥門關(guān)閉，從21通入惰性氣體，純惰性氣體經(jīng)過制冷室01與冷卻介質(zhì)管04進行熱交換而被制冷，循環(huán)泵09將被制冷的純惰性氣體，從反應(yīng)室氣體入口 40送入反應(yīng)室下部，從反應(yīng)室上部07將溫度較高的惰性氣體抽出，構(gòu)成氣體循環(huán)冷卻。每次在進行熱處理后，將閥門01-1打開，用熱風將熱交換器及管道清洗干凈，然后將閥門01-1關(guān)閉。實施例1用比表面積為1. 79m2/g，松裝密度為0. 50g/cm3,孔隙率為97. 0%的氧含量為 6200ppm的鈉還原氟鉭酸鉀制備的原粉，摻入按鉭粉重量計120ppm的磷，進行球化造粒，得到松裝密度為1.01 g/cm3具有93. 9%的孔隙率的球形顆粒。將上述球化造粒鉭粉倒入鉭坩堝孔隙率為原粉孔隙率的96. 8%，將造粒鉭粉倒入鉭坩堝80里，將坩堝裝入如圖1所示的鉭粉熱處理鈍化裝置中，使鉭粉在鉭坩堝里的厚度約為45mm，在同一個水平面的多個鉭坩堝中，鉭坩堝之間留有約Icm的空隙，這樣裝入真空熱處理爐里，在壓力為1. 33X ICT1Pa以下的真空中加熱到1200°C保溫30分鐘，然后停止加熱，降溫到120°C后，從21通入氬氣，氬氣進入到熱交換器室01里與制冷機相連的制冷介質(zhì)管04發(fā)生熱交換而被制冷，被制冷的氬氣從出口 05出來通過管道06，從熱處理反應(yīng)室的氣體入口 40送入熱處理反應(yīng)室反應(yīng)室下部；反應(yīng)室里的溫度較高的氬氣從反應(yīng)室出口 07出來，通過帶有溫度為20°C的水冷卻的管道08，用循環(huán)泵09使氬氣循環(huán)，進入到制冷室01被制冷；循環(huán)的氬氣使熱處理反應(yīng)室內(nèi)的坩堝及鉭粉冷卻，使反應(yīng)室內(nèi)溫度降低到約20°C，使鉭粉進行鈍化。鈍化過程是先把冷卻循環(huán)部分氣體入口 40關(guān)閉，把反應(yīng)室內(nèi)氣體從抽氣管道41抽空，真空度到約0. 092MPa, 然后打開閥門40，并把閥門22緩慢打開，讓空氣進入，控制氣體流量，并隨即啟動循環(huán)泵09 和冷凍機，空氣經(jīng)過制冷室01、管道06從反應(yīng)室氣體入口 40進入反應(yīng)室10的下部，與反應(yīng)室里剩余的氬氣混合，反應(yīng)室入口處溫度為-io°c ；反應(yīng)室里溫度較高的混合氣體從反應(yīng)室氣體出口 07抽出，經(jīng)過外邊有冷卻水流通的氣體冷卻管道08，又回到真空反應(yīng)室下部；大約在10分鐘將真空反應(yīng)室里的壓力充到約0. 098 0. 10 MPa，停止進氣，讓氣體循環(huán)15分鐘；如此進行共8次，最后的第八次將含氧氣體充入反應(yīng)室后停止循環(huán)，讓含氧氣體在反應(yīng)室里滯留50分鐘。第一次到第八次按照下表1進行抽空和充空氣。整個鈍化過程約4小時，溫度在18°C 26°C之間變化，經(jīng)過第八次充入空氣滯留15分鐘后溫度穩(wěn)定到22°C。出爐后將鉭粉取出，沒有激烈氧化現(xiàn)象。上述熱處理后的鉭粉經(jīng)過80目篩子過篩，得到S-Ih鉭粉，分析鉭粉的氧含量，結(jié)果列于表2中。比較例1用和實施例1相同的鉭粉，裝入真空爐里，和實施例1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，通氬氣滯留于反應(yīng)室進行冷卻，溫度降到32°C，開始進行鈍化，鈍化過程是把反應(yīng)室內(nèi)氬氣抽空到約200Pa，第一次分8個階段將31°C空氣充入熱處理反應(yīng)室，使反應(yīng)室內(nèi)壓力從200Pa到0. IMPa (200Pa 0. 005MPa) /120分鐘、 (0. 005 MPa 0.01 MPa)/60 分鐘、(0. 01 MPa 0. 02 MPa)/60 分鐘、(0. 02 MPa 0. 03 MPa)/60 分鐘、(0. 03 MPa 0. 045 MPa)/30 分鐘、(0. 045 MPa 0. 06 MPa)/30 分鐘、 (0.06 MPa 0. 08MPa)/30分鐘、(0. 08 MPa 0. 1 MPa)/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50°C當發(fā)現(xiàn)溫度突然上升，立即停止充氣，等溫度降低到約32°C再向反應(yīng)室內(nèi)充氣。第二次分8個階段將31°C空氣充入熱處理爐，使爐內(nèi)壓力從 200 帕到 0. IMPa :(200Pa 0. 005MPa) /60 分鐘、(0. 005 MPa 0. 01 MPa) /60 分鐘、(0.01 MPa 0.02 MPa)/60 分鐘、(0. 02 MPa 0. 03 MPa)/60 分鐘、(0. 03 MPa 0. 045 MPa) /30 分鐘、(0. 045 MPa 0. 06 MPa) /30 分鐘、(0. 06 MPa 0. 08MPa) /30 分鐘、(0.08 MPa 0.1 MPa)/30分鐘共計6小時。其中發(fā)生1次溫度突然上升到50°C。第三次和第三次相同方法將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 帕充到 0. IMPa :(200Pa 0. 01MPa)/30 分鐘、(0. 01 MPa 0. 03 MPa)/30 分鐘、 (0. 03 MPa 0. 06 MPa) /30 分鐘、(0. 06 MPa 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(fā)熱嚴重。上述熱處理后的鉭粉經(jīng)過80目篩子過篩， 得到E-Ih鉭粉，分析鉭粉的氧含量，結(jié)果列于表2中。按照本實用新型的實施例1比現(xiàn)有技術(shù)比較例的鉭粉鈍化方法節(jié)省很多時間，而且實施例1的鉭粉在熱處理后氧含量較低，經(jīng)過一次脫氧熱處理就能夠使鉭粉氧含量達到要求，而比較例熱處理后鈍化的鉭粉氧含量較高，要用作電容器，必須經(jīng)過兩次以上的鎂還原脫氧處理。
權(quán)利要求1.一種具有制冷裝置的鉭金屬表面鈍化裝置，其包括熱處理爐，所述熱處理爐包括 反應(yīng)室(10)、組成所述反應(yīng)室(10)的帶水冷夾套的爐殼(11)、抽空管道(41)、設(shè)置于所述反應(yīng)室里的加熱器(50)及置于加熱器(50)內(nèi)容納鉭金屬(70)的熱處理坩堝(80)，其特征在于該鉭金屬表面鈍化裝置還包括一使反應(yīng)器內(nèi)氣體冷卻循環(huán)系統(tǒng)(100A)，所述氣體冷卻循環(huán)系統(tǒng)(100A)主要包括-氣體冷卻管道(08)，該氣體冷卻管道的進氣口與反應(yīng)室上部出口(07)相連，其出口與制冷室進口(02)相連；-氣體緩沖室(20)，該氣體緩沖室(20)設(shè)有惰性氣體入口(21)和含氧氣體入口(22)， 并與制冷室(01)連通；-制冷室(01)，該制冷室里(01)設(shè)有與冷凍機(03)相連的制冷介質(zhì)管(04)，且其出口 (05)與保溫管道(06)連接;-氣體循環(huán)泵(09 )，該氣體循環(huán)泵(09 )設(shè)在保溫管道(06 )上，并通過管道連通到反應(yīng)室氣體入口(40)。
2.如權(quán)利要求1所述的具有制冷裝置的鉭金屬表面鈍化裝置，其特征在于所述的循環(huán)泵(09)的每分鐘抽、排氣速率是熱處理反應(yīng)室容積的1/10 4/1。
3.如權(quán)利要求1所述的具有制冷裝置的鉭金屬表面鈍化裝置，其特征在于所述的氣體冷卻管道具有與冷卻劑接觸的長度至少3米。
專利摘要本實用新型涉及一種具有制冷裝置的鉭金屬表面鈍化裝置，其包括熱處理爐，及一使反應(yīng)器內(nèi)氣體循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述氣體循環(huán)冷卻系統(tǒng)主要包括氣體冷卻管道、氣體緩沖室、制冷室和氣體循環(huán)泵；其中，氣體循環(huán)泵將氣體送入制冷室被制冷，并將制冷的氣體送入反應(yīng)室下部；將反應(yīng)室里溫度較高的氣體從反應(yīng)室上部抽出，經(jīng)過氣體冷卻管道而被冷卻后再送入制冷室被制冷，然后又被送入反應(yīng)室下部，如此循環(huán)。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(chǎn)效率高，不會發(fā)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。
文檔編號C23C8/10GK202063985SQ201120115130
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者潘倫桃 申請人:潘倫桃