НИТУ «МИСиС», Москва, Россия

В. Н. Аверкин, инженер каф. физической химии, эл. почта: averkin@misis.ru
М. В. Астахов, заведующий каф. физической химии, эл. почта: astahov@phch.misa.ac.ru
Ж. В. Еремеева, доцент каф. порошковой металлургии и функциональных покрытий, эл. почта: eremeeva-shanna@yandex.ru
К. А. Семушин, аспирант физической химии, эл. почта: kirill143@gmail.com

Рассмотрена технология получения высокопористых электродов из порошка тантала для достижения целей миниатюризации и увеличения удельной емкости компонентной базы электронных устройств, в частности танталовых электродов. Сравнены два типа порошков тантала, полученных разными методами: натриетермическим восстановлением из гептафторотанталата калия марки FTD-35 (Ningxia orient tantalum industry Cо, Китай) и путем восстановления пентаоксида тантала марки ТУ-1 (ООО «Метсинтез», Россия). Удельные поверхность и пористость порошков определяли методом низкотемпературной адсорбции азота (метод БЭТ). Кроме того, порошки были исследованы средствами растровой и просвечивающей электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа, также проводили гранулометрический анализ танталовых порошков. Показано, что полученный восстановлением из пентаоксида тантала порошок обладает большей удельной поверхностью и пористостью, что делает его более привлекательным для изготовления высокоемких танталовых электродов. Также предложен способ увеличения доли доступных пор и оптимизации пористой структуры танталового порошка при спекании за счет использования соли NH4Cl в качестве порообразователя. Показано, что использование порообразователя позволяет повысить остаточную пористость танталового порошка при спекании с 28 до 35 % для порошка ТУ-1 и с 20 до 28 % для порошка FTD-35, что сопровождается также соответствующим уменьшением плотности спеченных порошков. Более того, за счет использования соли-порообразователя методом спекания в вакууме при температуре 1000 оC предварительно опрессованных порошковых танталовых заготовок удалось получить танталовые электроды с увеличенной пористостью, обладающие удельной емкостью до 900 мкФ/г.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ по соглашению № 14.577.21.0123 о предоставлении субсидии от 20.10.2014 г. (уникальный идентификатор прикладного научного исследования RFMEFI57714X0123).

1. Кокатев А. Н., Гилев А. А., Орлов В. Н., Крыжанов М. В. Применение атомно-силовой микроскопии к изучению морфологии поверхности магниетермических танталовых порошков // Исследования и разработки в области химии и технологии 45 функциональных материалов : тр. междунар. науч.-техн. конф. — Апатиты : Изд-во КНЦ РАН, 2015. С. 372–375.
2. Rietveld H. M. A Profile Refinement Method for Nuclear and Magnetic Structures // J. Appl. Crystallogr. 1969. Vol. 2. P. 65–71.
3. Файрбротер Ф. Химия ниобия и тантала. — М. : Химия, 1972. — 280 с.
4. Vamsi Krishna Balla, Subhadip Bodhak, Susmita Bose, Amit Bandyopadhyay. Porous tantalum structures for bone implants: Fabrication, mechanical and in vitro biological properties // Acta Biomaterialia. 2010. Vol. 6, No. 8. P. 3349–3359.
5. Орлов В. М., Крыжанов М. В., Калинников В. Т. Магниетермические порошки тантала и ниобия с большой удельной поверхностью // Труды Кольского научного центра РАН. 2015. T. 31, № 5. С.182–185.
6. Горощенко Я. Г. Химия ниобия и тантала. — Киев : Наукова думка, 1965. — 484 с.
7. Efe M., Hyun Jun Kim, Chandrasekar S., Trumble K. P. The chemical state and control of oxygen in powder metallurgy tantalum // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 544. P. 1–9.
8. Jae Sik Yoon, Byung Il Kim. Characteristics and production of tantalum powders for solid-electrolyte capacitors // Journal of Power Sources. 2007. Vol. 164, No. 2. P. 959–963.
9. Youngmoo Kim, Eun-Pyo Kim, Joon-Woong Noh, Sung Ho Lee. Fabrication and mechanical properties of powder metallurgy tantalum prepared by hot isostatic pressing // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2015. Vol. 48. P. 211–216.
10. Nedal T. Nassar. Shifts and trends in the global anthropogenic stocks and flows of tantalum // Resources, Conservation and Recycling. 2017. Vol. 125. P. 233–250.
11. Aiqin Jiang, Anto Yohannan, Neme O Nnolim, Trevor A. Tyson, Lisa Axe, Sabrina L. Lee, Paul Cote. Investigation of the structure of -tantalum // Thin Solid Films. 2003. Vol. 437, No. 1–2. P. 116–122.
12. Dae-Hwan Kwon, Seong-Hyeon Hong, Byoung-Kee Kim. Fabrication of ultrafine TaC powders by mechano-chemical process // Materials Letters. 2004. Vol. 58, No. 30. P. 3863–3867.
13. ИСО 13320:2009. Гранулометрический анализ. Методы лазерной дифракции.
14. ГОСТ 19440–94. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. Часть 1. Метод с использованием воронки. Часть 2. Метод волюмометра Скотта. — Введ. 1997–01–01.