钽铌材料及其性能
钽
1.钽金属(tantalum)
钽是稀有高熔点金属。熔点2996℃，密度16.68g/cm3，晶格类型：体心立方。导热系数（25℃）54W/M?K。线膨胀系数（0~100℃）6.5×10-6。钽主要用做制作钽电解电容器，钽合金如Ta—2.5W、Ta —10W、Ta—40Nb等，比任何别的材料更能经受高温和矿物酸的腐蚀，可作为飞机、导弹、火箭的耐热高强度材料以及控制、调节装置的零部件等。钽在高温真空炉中，可作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽制舟皿可用于真空蒸度装置，钽与人体组织还具有优良的生物相容性和稳定性，对人体组织不起反应，可作为接骨板螺丝、缝合针等外科手术材料。
2.钽的化合物(tantalum compound)
2.1钽的氧化物(tantalum oxide)
钽的氧化物最有应用价值的是Ta2O5。Ta2O5为白色粉末，无味无臭，比重8.71g/cm3，熔点1870℃。具有明显的酸性，不溶于水，也不溶于大多数的酸和碱，但在热的氢氟酸和过氧酸中能缓慢地溶解，与碱共熔时，生成钽酸盐。
Ta2O5具有α、β两种变体，其转变温度为1320℃，不同变体的氧化物，晶体结构不同，故其晶格常数，密度和其它性质都有明显的区别。
钽的其它低价氧化物，其性能不稳定。钽的主要低价氧化物TaO2是一种褐色粉末，不溶于酸，在空气中加热时转变成Ta2O5，具有导电性。
2.2钽的卤化物(tantalum halide)
TaCl5为黄色粉末，熔点220℃，沸点223℃－239℃，比重3.68g/cm3，易挥发，吸湿性强，非常容易水解析出白色的氢氧化物沉淀。除高价的TaCl5外，钽的低价氯化物有TaCl4、TaCl3、TaCl2，均是易挥发物。
TaF5为白色结晶，熔点91.5℃，沸点229.2℃－233.3℃，比重4.74g/cm3，具有很强的吸湿性，在弱酸溶液中(当HF浓度低于7%)
溶解而不水解。
2.3钽的碳化物(tantalum carbide)
钽的碳化物主要有Ta2C和TaC两种，而Ta2C又有α－Ta2C和β－Ta2C两种同素异构体。TaC为深棕色粉末，熔点3880℃，沸点5500℃，密度14.4g/cm3，具有较好的化学稳定性，仅能溶于硝酸和氢氟酸混合溶液中。钽的碳化物在低于1000～1100℃时，在空气中不易氧化。在氮或氨的作用下，易生成氮化物。
2.4钽的氢化物(tantalum hydride)
在常温的空气中，钽的氢化物非常稳定。在高真空下加热至1000～1200℃时，分解放出氢。
在350℃以下，钽与氢几乎不发生作用，随着温度的升高，反应速度加快。氢在钽中的溶解度，随温度增高而降低。在一定温度和压力下，氢化钽中最大氢含量相当于H/Ta为0.02～0.08(即TaH 0.2～TaH 0.8)。
2.5钽的氮化物(tantalum nitride)
钽的氮化物有TaN、Ta2N、Ta3N5三种。TaN为带蓝色的灰色粉末，熔点2980～3090℃，密度14.4g/cm3，不溶于硝酸、氢氟酸和硫酸中，但溶于热的碱性溶液并释放出氨或氮气。钽的氮化物在空气中加热时生成氧化物，放出氮气。
2.6钽的硼化物(tantalum boride)
钽的硼化物有一硼化物TaB和二硼化物TaB2。TaB的密度14.0g/cm3，比电阻100.0μΩ.cm；TaB2的熔点3200℃，密度11.7g/cm3，比电阻86.5μΩ.cm，不被盐酸和王水所侵蚀，但能被热的硫酸和氢氟酸缓慢地分解。
2.7钽的硒化物(tantalum selenate)
钽的硒化物为TaSe2，比电阻2.23×10-3Ω.cm，在室温空气中的相对磨擦系数0.08，在空气中的氧化温度600℃，在真空中的分解温度900℃。
2.8钽的硅化物(tantalum silicone)
钽的主要硅化物是TaSi2，也存在一些其它化合物如Ta2Si、Ta5Si3。TaSi2熔点2200℃，密度8.83g/cm3，比电阻8.5Ω.cm，不被矿物酸侵
蚀，但能被氢氟酸分解，在熔融的Na2CO3和NaOH中能完全被分解。
2.9钽酸盐(tantalate)
钽酸盐最重要的是钾盐和钠盐。
钾的钽酸盐有K2O:Ta2O5从3:7至10:3的，最常见的稳定钽酸盐有偏钽酸钾(K2O.Ta2O5)；六钽酸钾(4K2O.3Ta2O5)。钾的钽酸正盐易溶于水，但偏盐溶解度较小，KTaO3在25℃时的溶解度为 4.87×10-5mol/L。
钽酸钠有Na2O:Ta2O5为4:3、7:5、1:1、1:3和2:7的，如NaTaO3、Na5TaO5、4Na2O.3Ta2O5.25H2O等。钠盐在水和苛性钠溶液中的溶解度很小，25℃时NaTaO3盐的溶解度为5.5×10-5mol/L。
2.10钽的有机络合物(tantalum organic complex compound)
钽有机络合物最主要的是单宁酸的化合物，其颜色为柠檬黄色，煮沸后从弱酸性溶液(pH＝3～4)中析出。
2.11钽的醇盐(tantalum alkoxide)
五价的钽醇盐是高挥发性的，这些醇盐可以在6.67～1333Pa压力下蒸馏而不发生分解。钽醇盐的沸点受链长的影响。
3.钽酸锂晶体(lithium tantalate crystal)
钽酸锂（LiTaO3，简称LT）是一种典型的人工提拉法生长的晶体，属三方晶系，3m点群，它具有良好的压电、铁电、光电、热释电效应，应用领域广泛，涉及工业、民用、军事等各方面。
其压电性能优越，温度漂移小，人们利用这些特性，制作大量的声表面器件，利用其光电效应，制作光电调制器、滤波器；利用热释电效应，制作红外探测器。随着对其研究的不断深入，人们利用它制成了超晶格结构，使其在非线性领域的应用引起广泛的关注，大大拓宽了其应用范围。
4.电容器级钽粉(capacitor grade tantalum powder)
4.1高压低比容钽粉（high voltage-low capacity tantalum powder）
高压低比容钽粉一般是指应用到35V以上的固体电解电容器并具有4,000μFV/g以下的比容的钽粉。这种粉一般是采用钽锭氢化制粉工艺和片状化制粉工艺。
4.2高（低）压高（低）比容钽粉（high/ low voltage-low/ high capacity tantalum powder）
高（低）压高（低）比容是指钽粉所制造的电容器应用在某一电压范围里和具有某一比容范围，实际上这没有明确的界限，特别是对于比容高低的概念，根据时间和地域变化很大，如在上世纪70年代，国内把3,000μFV/g比容的钽粉称为高比容钽粉，80年代初把10,000μFV/g比容的钽粉称为高比容钽粉，而80年代末则把20,000μFV/g 以上的钽粉称为高比容钽粉，现在国内外一般都是把30,000μFV/g 以上的钽粉称为高比容钽粉。国外对于钽粉的使用范围较广，例如钠还原粉可以从低压使用到50V，个别甚至更高的电压。
4.3中压高比容钽粉（medial voltage-high capacity tantalum powder）
中压高比容钽粉一般是指应用到25~50V的固体电解电容器具有5,000~30,000μFV/g比容的钽粉。这种粉一般为片状钽粉和钠还原钽粉。
4.4低压高比容钽粉（low voltage- high capacity tantalum powder）
低压高比容钽粉一般是指应用到25V以下的固体电解电容器具有30,000μFV/g以上比容的钽粉。这种粉一般为钠还原钽粉。近年来正在新开发的氧化钽还原的钽粉。有人宣称这种粉的最高比容达到了200,000μFV/g甚至更高。
5.电容器级钽丝(capacitor grade tantalum wire)
电容器级钽丝是用于制作钽电解电容器阳极引线的钽丝。其优点是氧化膜介电常数大，可靠性高。与冶金级钽丝相比，电容器级钽丝化学纯度高，表面光洁度好，抗氧脆性好。电容器级钽丝是以钽粉为原料利用粉末冶金方法烧结成钽条后，再经过轧制、拉拔等金属塑性加工手段制成的，表面应光滑、清洁，无沟槽、毛刺等缺陷。电容器级钽丝的重要性能指标包括抗拉强度、直线度、化学成分和漏电流等。电容器级钽丝的直径一般在Φ0.15mm～Φ1.0mm之间，抗拉强度一般在400Mpa~1700 Mpa之间。
6.钽靶材(tantalum target)
熔点2996℃,密度16.68g/cm3,导热系数(25℃):54(W/M.K),钽靶通常用熔炼钽锭加工或粉末冶金加工法制备。钽靶的纯度＞99.95%，
表面光滑，晶粒直径＜100μm，晶粒织构主要是［111］型织构。由于钽具有高导电性、高热稳定性和对外来原子的阻挡作用，故用贱射镀膜法在集成电路上镀上钽膜，可防止铜向基体硅中扩散的阻挡层。因而作为电极材料和表面工程材料（BM），钽靶材已经被广泛应用于液晶显示器（LCD）以及耐热耐腐蚀高导电等镀膜工业中。
7.钽陶瓷(tantalum ceramics)
钽陶瓷是由陶瓷相与金属钽粉或Ta2O5粉末组成的复合材料。陶瓷相是具有高熔点、高硬度、高强度的氧化物或难熔化合物，加入金属钽粉或Ta2O5粉末后可提高其塑性和导热性，缓冲应力。钽陶瓷可用作宇航材料和硬质合金的添加物。
8.钽基合金(tantalum base alloy)
为了改善金属性能，在金属钽中添加一些难熔金属，以形成钽基合金。用于改善其耐腐蚀性和在高温下保持其高强度和优良的加工性能。包括Ta-W系列、Ta40Nb、Ta-8W-2Hf、Ta-111、Ta-222、钽铬合金、钽钨铪合金。钽铪合金用于火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强度材料，钽拾钨合金熔点30800C，密度16.6g/cm3,且具有高温韧性，耐冲击，可在高温25000C下使用。
铌
1.铌金属(niobium)
铌是稀有高熔点金属。熔点2467℃，密度8.6g/cm3，晶格类型：体心立方。导热系数（25℃）52W/M?K。线膨胀系数（0~100℃）7.1×10-6。在钢中加入极少量铌，能大大提高钢的强度，改善钢的机械和焊接性能，提高抗腐蚀性能。铌可用做电容器、铌基高温合金，FS—85合金是航天飞机上轨道操作系统发动机的结构材料，C—103合金可作为火箭喷嘴材料，其它铌合金如Nb—Zr、Nb—Ti、Nb—Ti —Ta等可作为超导材料，广泛应用于核磁共振医用人体图象仪、高能加速器、超导储能器、磁悬浮列车等。铌基化合物和络合物，可作为催化剂，起清除污染、选择氧化、氢化处理等作用。
2.铌的化合物(niobium compound)
2.1铌的氧化物(niobium oxide)
铌的氧化物最有应用价值的是Nb2O5。Nb2O5为白色粉末，无味
无臭，比重4.55g/cm3，熔点1512℃。具有明显的酸性，不溶于水，也不溶于大多数的酸和碱，但在热的氢氟酸和过氧酸中能缓慢地溶解。与碱共熔时，生成铌酸盐。
Nb2O5具有α、β、γ三种变体，在800-900℃生成低温变体α－Nb2O5，在1000-1150℃生成中温变体β－Nb2O5，在1200-1250℃完全生成高温变体γ－Nb2O5。不同变体的氧化物其晶格常数、密度和其它性质都有明显的区别。
铌的低价氧化物有NbO2、NbO和Nb2O。Nb2O是一种黑色粉末，在冷状态下不溶于酸或氧化剂中。当加热时，Nb2O是一种强烈还原剂，如在210℃还原NO，在320℃还原SO2和在900℃还原CO2。2.2铌的卤化物(niobium halide)
NbCl5为黄色粉末，熔点209.5℃，沸点2540℃，比重2.77g/cm3，易挥发，吸湿性强，非常容易水解析出白色的氢氧化物沉淀。除高价的NbCl5外，铌的低价氯化物有NbCl4、NbCl3等，均是易挥发物。
NbF5为白色结晶，熔点78.9-80℃，沸点234.9℃，比重3.29g/cm3，具有很强的吸湿性，在弱酸溶液中(当HF浓度低于7%时)，NbF5溶解后发生水解生成NbOF3和H2NbOF5。
2.3铌的碳化物(niobium carbide)
铌的碳化物主要有Nb2C、NbC和Nb4C3，NbC为灰褐色粉末，熔点3500℃，沸点4300℃，密度7.82g/cm3，具有较好的化学稳定性，仅能溶于硝酸和氢氟酸混合溶液中。铌的碳化物在低于1000～1100℃时，在空气中不易氧化。在氮或氨的作用下，易生成氮化物。铌的碳化物属难熔的坚硬化合物，广泛应用于硬质合金中。
2.4铌的氢化物(niobium hydride)
在常温空气中，铌的氢化物非常稳定。在高真空下加热至1000～1200℃时，分解放出氢。
铌和氢的相互作用在250℃开始，到360℃时氢含量很快地增加，到560℃时减少。而从560℃到900℃，铌的氢含量又增加，这表明存在着两种铌的氢化物(NbH 0.11,NbH 0.7)，它们稳定的温度范围不同。
2.5铌的氮化物(niobium nitride)
铌的氮化物有NbN、Nb2N、Nb4N3三种。NbN为淡灰色粉末，具有黄色光泽，熔点2050～2320℃，密度8.4 g/cm3，不溶于硝酸、氢氟酸和硫酸中，但溶于热的碱性溶液并释放出氨或氮气。铌的氮化物在空气中加热时生成氧化物，放出氮气。
2.6铌的硼化物(niobium boride)
铌的硼化物有一硼化物NbB和二硼化物NbB2。NbB的熔点2000℃，密度6.9g/cm3，比电阻64.5μΩ.cm；NbB2的熔点3050℃，密度6.4g/cm3，比电阻65.5μΩ.cm，不被盐酸和王水所侵蚀，但能被热的硫酸和氢氟酸缓慢地分解。
2.7铌的硒化物(niobium selenate)
二硒化铌(NbSe2)是具有金属光泽的深灰色粉末，密度6.28g/cm3,比电阻5.35×10-4Ω.cm。在室温空气中的相对磨擦系数0.12，在空气中的氧化温度350℃，在真空中的分解温度900℃。它具有很高的化学稳定性，除浓硝酸外，对其他酸、碱和有机溶剂具有良好的稳定性，在空气中不吸潮，抗磨性好。
2.8铌的硅化物(niobium silicone)
铌的主要硅化物是NbSi2，也存在一些其它化合物如Nb4Si和Nb5Si3。NbSi2熔点1930-1950℃，密度5.29g/cm3，比电阻6.3Ω.cm，不被矿物酸侵蚀，但能被氢氟酸分解。在熔融的Na2CO3和NaOH中能完全被分解。
2.9铌酸盐(niobate)
铌酸盐最重要的是钾盐和钠盐。
钾的铌酸盐有K2O:Nb2O5从1:3至5:1的，最常见的稳定铌酸盐有K2O.Nb2O5－偏铌酸钾；4K2O.3Nb2O5－六铌酸钾。钾的铌酸盐易溶于水，25℃时K2O.Nb2O5.4H2O盐的溶解度为59.53克无水盐，7K2O.6Nb2O5.27H2O盐的溶解度为55.08%无机盐；4K2O.3Nb2O5.16H2O盐的溶解度为56%无水盐。但铌酸偏盐溶解度较小，KNbO3在25℃时的溶解度为4.87×10-5mol/L。
铌酸钠有Na2O:Nb2O5为5:1、3:1、3:2、6:5、8:7、1:1、7:8、3:4和2:3的，如NaNbO3、Na5NbO5、7Na2O.6Nb2O5.32H2O等。钠盐在水和苛性钠溶液中的溶解度很小，25℃时NbNbO3盐的溶解度为5.9
×10-4mol/L。
2.10铌的金属间化化合物(niobium intermetallic compound)
铌的金属间化合物大都为超导化合物，如二元化合物Nb3Sn、Nb3Al、Nb3Ga、Nb3Ge及三元化合物Nb3(Al、Ge)等。这些金属间化合物晶体结构均为β－W型，超导转变温度为：Nb3Sn 18.3K、Nb3Al 18.9K、Nb3Ga 20.3K、Nb3Ge 23.2K、Nb3(Al、Ge) 20.5K。
2.11铌的有机络合物(niobium organic complex compound)
铌的有机络合物主要有草酸铌和单宁酸络合物。草酸铌为白色晶体，有刺激性气味，易溶于水，常用作催化剂和化学试剂。单宁酸络合物为橙色，从中性或非常弱的酸溶液中(有过量单宁酸存在)析出。
2.12铌的有机醇盐(niobium organic alkoxide)
五价的铌醇盐是高挥发性的，这些醇盐可以在6.67～1333Pa压力下蒸馏而不发生分解。钽醇盐的沸点受链长的影响。正醇盐在沸苯中都是二聚的，这表明链长对聚合度影响很小。
3.铌酸锂晶体(lithium niobate crystal)
铌酸锂（LiNbO3，简称LN）是一种典型的人工提拉法生长的晶体，属三方晶系，3m点群，它具有良好的压电、铁电、光电、热释电和非线性光学效应，应用领域广泛，涉及工业、民用、军事等各方面。人们利用其压电性能，制作声表面器件、振荡器、滤波器、压力传感器；利用其光电效应及非线形效应制作光电调制器、光学滤波器、倍频、参量振荡等器件。在最近二三十年中，人们对它的研究一直没有中断，通过掺入不同的元素，来改变其特有的性质，以及在铁电超晶格方面作了大量的工作，在提高其性能的同时，大大拓展了其应用领域。因为此材料生长容易，价格低廉，综合性能优异，被人们称为未来的“光学硅”。
4.电容器级铌粉(30000-100000μFV/g)(capacitor grade niobium
powder)
高比容电容器级铌粉一般是指应用到25V以下的铌固体电解电容器并具有30,000μFV/g以上的比电容的铌粉。这种粉一般以氧化铌做原料，用金属镁或镁合金还原而得的铌粉。近年来新开发的电容器级铌粉其比电容已达100,000μFV/g甚至更高。
5.电容器级铌丝(capacitor grade niobium wire)
电容器级铌丝是用于制作铌电解电容器阳极引线的铌丝。其优点是氧化膜介电常数大，可靠性高。与冶金级铌丝相比，电容器级铌丝化学纯度高，表面光洁度好，抗氧脆性好。电容器级铌丝是以铌粉为原料利用粉末冶金烧结成铌条或电子束熔炼成铌锭后，再经过轧制、拉拔等塑性加工手段制成的，表面应光滑、清洁，无沟槽、毛刺等缺陷。电容器级铌丝的重要性能指标包括抗拉强度、直线度、化学成分和漏电流等。电容器级铌丝的直径一般在Φ0.1mm~Φ0.24mm之间，抗拉强度一般在250Mpa~700 Mpa之间。
6.铌靶材(niobium target)
熔点1532℃,密度4.55g/cm3,导热系数(25℃):54(W/M.K), 铌靶通常用熔炼铌锭加工或粉末冶金加工法制备。铌靶的纯度＞99.95%，表面光滑，晶粒直径＜100μm，晶粒织构主要是［111］型织构。由于铌具有高导电性、高热稳定性和对外来原子的阻挡作用，故用贱射镀膜法在工件和集成电路表面上镀上铌镀层，可防止腐蚀及防止铜向基体硅中扩散的阻挡层。因而作为电极材料和表面工程材料（BM），铌靶材已经被广泛应用于船舶、化工、液晶显示器（LCD）以及耐热耐腐蚀高导电等镀膜工业中。
7.铌陶瓷(niobium ceramics)
7.1一般含铌陶瓷(common niobium bearing ceramics)
由陶瓷相与金属铌粉或Nb2O5粉末组成的复合材料。陶瓷相是具有高熔点、高硬度、高强度的氧化物或难熔化合物，加入金属铌粉或Nb2O5粉末可以提高其塑性和导热性，缓冲应力。
7.2电子陶瓷(electron ceramics)
用于制造电子器件和电子系统结构零部件的含铌功能陶瓷称为电子陶瓷。主要包括：电光陶瓷、半导体陶瓷、铁电陶瓷、压电陶瓷、磁性陶瓷和机敏陶瓷等。由于陶瓷薄膜和透明陶瓷制备技术的发展，电子陶瓷的应用已向微电子和光电子技术领域延伸。铌电子陶瓷除了光学性能优良、环境稳定性好、耐高温等特点外，在电、磁、声、光、热等方面有不同的特殊使用功能。
8.铌特种玻璃(niobium bearing special glass)
8.1光学用玻璃(optical glass)
铌光学用玻璃是一种通过吸收改变光的强度或光谱分布的无机非晶态含铌光学介质材料，具有高度的透明性和光学均匀性。主要用于制作透镜、棱镜、反射镜等光学元件。
8.2电学用玻璃(electric glass)
铌电学用玻璃是一种非铁电体，具有压电性能，主要用作敏感光电转换材料。
9.铌超导材料(niobium superconductor material)
铌是超导转变温度最高的金属，做为超导材料的是纯铌、合金和金属化合物三种，目前工业应用的主要是铌钛合金和铌三锡金属间化合物，如：Nb-2.5Zr，临界温度10.8K，临界磁场9.1，Nb-60Ti临界温度9.3K，临界磁场12，Nb-30Ta临界温度6.9K,临界磁场0.95，主要应用在超导磁体、超导发电、超导电机、超导输电、超导磁浮列车。
10.铌催化剂(niobium catalyst)
在某些反应中加入铌的一些化合物，可以加速化学反应达到平衡的速度，而化合物本身无显著变化的物质称作铌催化剂。现主要有：草酸铌、铌酸、氧化铌等，用于石油化工、农药、香料等的生产中。
11.高压钠灯材料(high-voltage sodium lamp material)
高压钠灯材料主要是指用于高压钠灯制造的稀有金属铌及铌锆合金材料。铌及铌锆合金材料通常为管材或丝材，在高压钠灯中起到排气和导电电极的作用。由于高压钠灯电弧发光管中部温度约为1200℃，两端封接处温度约为700℃，因此高压钠灯材料要求具有很好的高温强度和塑性、抗钠蒸气腐蚀性和焊接性，同时由于要与氧化铝陶瓷端帽进行封接，所以要求高压钠灯材料要具有在加热或冷却过程中与氧化铝陶瓷相近的热膨胀系数。铌及铌锆合金与氧化铝陶瓷在0～800℃之间的线膨胀系数几乎相同，在800～1450℃之间非常接近，铌及铌锆合金还具有很高的高温强度，很好的塑性和抗钠蒸气腐蚀性和焊接性，因此成为高压钠灯制作的首选材料。铌中加入1％的锆元素，由于在铌、钠、锆中，锆与氧的亲和力最强，铌中的氧将与锆形成稳定的ZrO2，钠蒸汽中的钠原子将无法取代铌中的氧，因而避免
了铌的晶界和某些结晶方向被钠腐蚀的可能；铌中加入锆的另一个好处是可以细化铌基体的晶粒，改善铌基体的性能，延长高压钠灯的使用寿命。
12.环保材料(environmental protection material)
对大气、水、生物、地质和土壤等无污染、无辐射，不会产生废气、废水、废渣、粉尘、恶臭气体、放射性物质以及噪声、振动、电磁波辐射等的新型安全材料，称为环保材料。
13.铌基合金(niobium base alloy)
以铌为基材所生产的铌系列合金具有良好的高温强度和低温塑性，以及优良的加工性和焊接性能。Nb-Ni、Nb-Al、NbTi 、C103等，根据使用目的不同，基本分为：高强度合金、中等强度和韧性好的合金、低强度高韧性合金、高强度抗氧化性高的合金、韧性好抗氧化性好的合金，主要应用在宇航和原子能工业。
陶瓷电容失效分析： 多层片状陶介电容器由陶瓷介质、端电极、金属电极三种材料构成，失效形式为金属电极和陶介之间层错，电气表现为受外力（如轻轻弯曲板子或用烙铁头碰一下）和温度冲击（如烙铁焊接）时电容时好时坏。 多层片状陶介电容器具体不良可分为: 1、热击失效 2、扭曲破裂失效 3、原材失效三个大类 （１）热击失效模式： 热击失效的原理是：在制造多层陶瓷电容时，使用各种兼容材料会导致内部出现张力的不同热膨胀系数及导热率。当温度转变率过大时就容易出现因热击而破裂的现象，这种破裂往往从结构最弱及机械结构最集中时发生，一般是在接近外露端接和中央陶瓷端接的界面处、产生最大机械张力的地方（一般在晶体最坚硬的四角），而热击则可能造成多种现象： 第一种是显而易见的形如指甲狀或U-形的裂縫 第二种是隐藏在内的微小裂缝
第二种裂缝也会由裸露在外的中央部份，或陶瓷/端接界面的下部开始，并随温度的转变，或于组装进行时，顺着扭曲而蔓延开来（见图4）。 第一种形如指甲狀或U-形的裂縫和第二种隐藏在内的微小裂缝，两者的 区别只是后者所受的张力较小，而引致的裂缝也较轻微。第一种引起的破裂 明显，一般可以在金相中测出，第二种只有在发展到一定程度后金相才可测。 （２）扭曲破裂失效 此种不良的可能性很多：按大类及表现可以分为两种： 第一种情况、SMT阶段导致的破裂失效 当进行零件的取放尤其是SMT阶段零件取放时，取放的定中爪因为磨损、对位不准确，倾斜等造成的。由定中爪集中起来的压力，会造成很大的压力 或切断率，继而形成破裂点。
这些破裂现象一般为可见的表面裂缝，或2至3个电极间的内部破裂；表面破裂一般会沿着最强的压力线及陶瓷位移的方向。 真空检拾头导致的损坏或破裂﹐一般会在芯片的表面形成一个圆形或半月形的压痕面积﹐并带有不圆滑的边缘。此外﹐这个半月形或圆形的裂缝直经也和吸头相吻合。 另一个由吸头所造成的损环﹐因拉力而造成的破裂﹐裂缝会由组件中央的一边伸展到另一边﹐这些裂缝可能会蔓延至组件的另一面﹐并且其粗糙的裂痕可能会令电容器的底部破损。 第二种、SMT之后生产阶段导致的破裂失效 电路板切割﹑测试﹑背面组件和连接器安装﹑及最后组装时，若焊锡组件受到扭曲或在焊锡过程后把电路板拉直，都有可能造成‘扭曲破裂’这类的损坏。 在机械力作用下板材弯曲变形时，陶瓷的活动范围受端位及焊点限制，破裂就会在陶瓷的端接界面处形成，这种破裂会从形成的位置开始，从45°角向端接蔓延开来。
钽电容器设计指南 发布 前 言 本指南规定了电源类产品在设计生产中选择及使用钽电解电容时的基本原则、技术要求及注意事项。 本指南起草单位：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 本指南主要起草人： 本指南主要审查人： 本指南批准人：
目 录 1范围 4 2规范性引用文件 4 3概述 4 3.1.钽电容器的简要说明 4 3.2.符号说明 5 4术语定义 5 4.1.容量 5 4.2.电压 6 4.3.损耗因子和损耗角正切(tgδ) 7 4.4.阻抗(Z)和等效串联电阻(ESR) 7 4.5. D.C.漏电流 7 5选择时应注意的基本要求 8 5.1.固体电解质钽电容应考虑的主要因素 8 5.2.非固体电解质钽电容器应考虑的主要因素 9 5.3.不同电路类型对钽电容器类型的选择使用要求 10 5.4.对使用容量的选择要求 10 6使用时应注意的基本要求 11 6.1.固体电解质钽电容（主要以片式钽电容为例） 11 6.2.非固体电解质钽电容器 17 7钽电容器使用方式不同时电容器参数变化规律说明 20 8钽电容器的故障率计算 21 9保护电路与可靠性设计 21 10关于钽电容器的一些问题及解决方案 22 10.1.液体钽电容器的漏液问题 22 10.2.液体钽电容器的耐反向电压问题 22 10.3.固钽“不断击穿”又“不断自愈”的问题 22 10.4.固钽有“热致失效”问题 23 10.5.固钽有“场致失效”问题 23 10.6.解决方案 23 10.7.ESR和波纹电流之间的关系以及波纹电流对电路设计者的重要性 23 10.8.钽电容器的保存限期 24 11钽电容选用及使用总结 24 11.1.电压及纹波特性 24 11.2.使用环境温度 24 11.3.频率特性 25 11.4.可靠性 25 12供应商 25
钽铌化学分析方法 第部分：钽中铌含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法和色层分离重量法 编制说明 （征求意见稿） 宁夏东方钽业股份有限公司
钽铌化学分析方法 第部分：钽中铌含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法和色层分离重量法 编制说明 一、工作简况 项目来源 根据国家标准化管理委员会《国家标准委关于下达年第三批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[]号）的文件精神，由宁夏东方钽业股份有限公司负责《钽铌化学分析方法第部分：钽中铌含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法和色层分离重量法》国家标准的起草任务,计划编号为，项目完成年限为年月。 项目所涉及的方法简况 钽具有耐腐蚀性、化学稳定性高、冷加工性能好和表面氧化膜介电常数大等优点，有许多重要用途。钽主要用做制作钽电解电容器，具有电容量大、漏电流小、等效串联电阻低、稳定性好、可靠性高、耐压性能好、寿命长、体积小等突出特点，是一种用途极其广泛的功能材料。钽钨、钽钨铪、钽铪合金，比任何别的材料更能经受高温和矿物酸的腐蚀，可作为飞机、导弹、火箭的耐热高强度材料以及控制、调节装置的零部件等。铌具有细化钢中晶粒的能力，在钢中加入极少量铌，能大大提高钢的强度，改善钢的机械和焊接性能，提高抗腐蚀性能。铌可用做电容器、铌基高温合金、超导材料等。铌和钽还用作骨科和外科手术材料。碳化钽用于制作超硬工具的添加剂。氧化钽可以用于制造高级光学玻璃和催化剂等。 该标准是采用电感耦合等离子体原子发射光谱法和色层分离重量法进行检测，钽中铌含量检测范围～。标准中包含测试原理、所用试剂、样品处理、分析和结果计算方法。 起草单位情况 宁夏东方钽业股份有限公司是集科研、生产与技术开发为一体的国有大型稀有金属企业，是国内最大的钽、铌产品生产基地，科技先导型钽、铌研究中心；是国家重点高新技术企业、国家首批创新型企业、国家成果产业化基地、全国专利工作试点企业和国家级企业技术中心；是国际钽铌研究中心（）执委单位；是世界钽工业三强之一。 公司在钽、铌及其合金技术领域具有雄厚的研究开发实力，在国内同行业中处于技术领先地位。其综合实力代表了我国钽、铌工业的整体水平，是我国国防、核能、宇航、电子、冶金和化工工业等高新技术领域里的一个极为重要的稀有金属材料研究、开发、成果转化为一体的综合基地。几十年来承担了我国钽铌特种金属材料领域绝大部分国家级科研和产业化项目，多项成果获国家级、省部级科技进步奖。公司拥有用于科研开发的价值达亿元以上的仪器设备，仪器的自动化与精度已经达到了国际先进或国内领先的水平。 宁夏东方钽业股份有限公司分析检测中心成立于年，检测能力涵盖钽铌钛产品和原辅材料的化学成分分析、气体成分分析和电性能检测，并在实验室内部建立了标准化的检测方法和作业指导书。年以来，负责起草了《钽铌化学分析方法第部分：铌中钽含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：钼含量和钨含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：碳含量和硫含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：钽中铁、铬、镍、锰、钛、铝、铜、锡、铅和锆含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：钽中磷含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：氮含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：氧含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：氢含量的测定》、《钽铌化学分析方法第部分：钠含量和钾含量的测定》、－《钽粉电性能试验方法》，并先后参与了国家军用标准《铍化学分析方法铬量、锰量和镁量的测定》、《铍化学分析方法钐量、铕量、钆量和镝量的测定》、行业标准《海绵钛、钛及钛合金化学分析方法多元素含量的测定》、《铪化学分析方法杂质元素的测定》等国家标准和行业标准的制修订工作。 主要工作过程 （）根据年月～月，在接到标准制定任务后，成立了《钽铌化学分析方法第部分：钽中铌含量的
钽电容器使用指导 基础特征 1.电容量以标称电容量C n表示，单位为uF,为避免电源频率的影响，使用100Hz或120Hz 并采用串联等效电路测量，标准测量电压为U_= 2.20-1.0V（有效值）或更低，测量温度为25℃，允许15℃~35℃范围内变动。 2.电容量允许偏差 表示与标称电容量值的允许差异 用符号表示为：K：±10%，M：±20%Q：-10%~+30% 3.损耗角正切值tgδ 由于电容器的结构存在电阻，在春联等效电路是可以用电器对频率的响应Xc=1/2πfc和等效串联电阻ESR来表示损耗，即tgδ=ESR/Xc 损耗角正切值是在0.5VAC120Hz下测试算成百分比 4.额定电压 表示为可连续施加在电容器上的最大DC电压。用V R或V R表示，单位：伏（V）。 5.漏电流 漏电流测量须连接1KΩ电阻，施加额定电压5min读数，标准漏电流是不大于容量乘以额定电压再乘以一个常数。 6.等效串联电阻 串联等效电阻是电容器在串联等效回路中所测得的电阻，测量频率为100KHz。 7.使用温度范围 使用温度范围-55℃~125℃，额定电压下最大使用温度为+85℃，大于85℃时最大允许施加电压是类别电压，在各型号说明书另有规定。类别电压约为额定电压的0.65倍。 使用说明 1.使用电压 电容器的故障受使用电压和额定电压的比率影响很大，设计实际电路时，请考虑到所有要求的可靠性，适当降低电压。 使用低阻抗电路时（尤其开关电源中的滤波电容器），请将使用电压设定在额定电压的1/3以下，使用其他电路时，请将使用电压设立在额定电压的2/3以下。
在低阻抗电路中电容器并联使用时，将增加直流浪涌电流失效的危险，同时请注意并联电容器中储存的电荷，通过其他电容器放电。 钽电容器在电路中，应控制瞬间大电流对电容器的冲击，建议串联电阻以缓解这种冲击。请将3Ω/V以上的保护电阻器串联在电容器上，以限制电流在300mA以下。无法插入保护电阻时，请使用1/3额定电压以下作为工作电压。 2.反向电压 固体钽电容器为极性电容器，一般不允许加反向电压，不得已的情况下，允许在短时间内施加小量的反向电压，其值为2.5℃时不大于10%U R或1V（取小者）。 如果长期在有反向电压请先用双极性电容器。CA30型、CA35型等非固体钽电容器不能承受反向电压，在测量过程中如不慎使用钽电容器承受了不应有的反向电压，则该电容器报废处理，即使各参数当时测试仍然合格。禁止使用万用表电阻档对钽电容器或其本身进行不分极性的电阻测试。 3.失效率的影响因素 实际所加钽电容两端的电压越低于额定电压，钽电容器的失效也越低。钽电容器的失效率在85℃额定电压下最大允许负载条件下评定的，在实际电路中，往往存在电压或电流的峰值冲击及纹波电流，为了使钽电容器使用具有高可靠性，推荐使用电压为额定电压的1/2.对于大于85℃环境条件下，要以类别电压为基准，进行降压设计，类别电压约为额定电压的0.65倍。影响失效的另一因素是接在电容器上的串联电阻，在电路中通电容器串联的电阻越大，失效率也就越低。 失效率等级：2.0%/1000h表示为L；1.0%/1000h表示为M；0.1%/1000h表示为P；0.01%/1000h 表示为R；0.001%/1000h表示为S 4.纹波电流 直流偏压与交流分压峰值之和不得超过电容器的额定电压。交流负峰值与直流偏压之和不得超过电容器所允许的反向电压值。纹波电流流经电容器产生有功率损耗，导致产品自身温度增加致使热击穿概率增大，有必要在电路中对纹波电流或电容器允许功率损耗进行限制。各种非固体钽电容器按壳号允许最大纹波电流的有效值（+85℃40KHz0.66U R)见表1，在不同的使用电压，频率下纹波电流系数参见表2。
钽铌材料及其性能 钽 1.钽金属(tantalum) 钽是稀有高熔点金属。熔点2996℃，密度16.68g/cm3，晶格类型：体心立方。导热系数（25℃）54W/M?K。线膨胀系数（0~100℃）6.5×10-6。钽主要用做制作钽电解电容器，钽合金如Ta—2.5W、Ta —10W、Ta—40Nb等，比任何别的材料更能经受高温和矿物酸的腐蚀，可作为飞机、导弹、火箭的耐热高强度材料以及控制、调节装置的零部件等。钽在高温真空炉中，可作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。钽制舟皿可用于真空蒸度装置，钽与人体组织还具有优良的生物相容性和稳定性，对人体组织不起反应，可作为接骨板螺丝、缝合针等外科手术材料。 2.钽的化合物(tantalum compound) 2.1钽的氧化物(tantalum oxide) 钽的氧化物最有应用价值的是Ta2O5。Ta2O5为白色粉末，无味无臭，比重8.71g/cm3，熔点1870℃。具有明显的酸性，不溶于水，也不溶于大多数的酸和碱，但在热的氢氟酸和过氧酸中能缓慢地溶解，与碱共熔时，生成钽酸盐。 Ta2O5具有α、β两种变体，其转变温度为1320℃，不同变体的氧化物，晶体结构不同，故其晶格常数，密度和其它性质都有明显的区别。 钽的其它低价氧化物，其性能不稳定。钽的主要低价氧化物TaO2是一种褐色粉末，不溶于酸，在空气中加热时转变成Ta2O5，具有导电性。 2.2钽的卤化物(tantalum halide) TaCl5为黄色粉末，熔点220℃，沸点223℃－239℃，比重3.68g/cm3，易挥发，吸湿性强，非常容易水解析出白色的氢氧化物沉淀。除高价的TaCl5外，钽的低价氯化物有TaCl4、TaCl3、TaCl2，均是易挥发物。 TaF5为白色结晶，熔点91.5℃，沸点229.2℃－233.3℃，比重4.74g/cm3，具有很强的吸湿性，在弱酸溶液中(当HF浓度低于7%)
CAK36 型高能复合钽电容器性能特点和使用注意事项 CAK36 型复合钽电容器是一种能量密度高，阻抗低，全密封的高性能新型全密封全钽电容器。由于其阴极采用固体和液体混合结构，因此，其温度特性与传统的液体钽电容器相比，变化率更低。在采用了创新型的多阳极并联结构后，电容器的自有阻抗大幅度降低，在 进行高功率密度的充放电时，发热量更小，可靠性更高。另外，还可以用于存在一定交流分 量的放电和滤波兼用的电路作为滤波和功率补偿使用。 为了在使用时具有高可靠性，请在使用时注意一下事项： 1. 测试 1.1由于该电容器使极性元件，因此，在使用和测试时绝对不能把极性接反。如果偶然把极性接反的时间超过1秒，电压达到电容器额定值的1/4以上，电容器的可靠性将受到不可恢复的破坏，不能再继续使用。 1.2容量和损耗测试请使用 2.2V直流偏压，1V交流信号，100Hz下进行。 1.3等效串联电阻ESR的测试，请使用 2.2V直流偏压，1V交流信号，1000Hz下进行。 1.4漏电流测试：施加电压：额定电压；充电时间：5分钟。漏电流合格标准见厂家提供 的规格书及相应规范。 1.5测试仪器及测试夹具必须使用专业仪器和设备。不能使用万用表对该电容器进行任何参数的测试。更不能使用万用表对该产品进行不分极性的测试。 1.6由于该电容器容量较大，可以储存很高的电能量，因此，在进行漏电流测试后，必须使用标准的漏电流测试仪进行彻底放电后才能使用。放电电阻为1000欧姆。放电时间不能短于5分钟。放电后残留电压不能大于1V。 1.7对电性能的测试必须按照如下顺序进行，不能违反。 容量和损耗测试一ESR测试一漏电流测试一放电 2. 不同电路使用时的注意事项 2.1 延时保护电路：使用在此类电路中的电容器，主要作用是偶然出现的断电保护，要求在主电源突然断电后该电容器能够自动接入，在保证一定电压和功率密度要求下维持一定的供电时间。在此类电路的设计时，请注意电容器后续回来总阻抗与需要的电压和电容器容量及功率需要之间的数学关系。另外，设计时，在电容器容量选择上留有至少50%的余量，
钽电容器失效分析概述 1、前言 要对电容器进行严谨的失效分析，有必要全面了解电容器的结构。电容器因其使用的材料及其结构不同分为不同的类型：钽电容器、陶瓷电容器、铝电容器等（见表1）。每种电容器因其提供独有的特性而具有特殊的应用。如同三明治一样，简单的电容器是把一个绝缘体材料夹在两个导体之间，通过导体施加偏置电压。电容器容量（C）由如下等式给出，其中e,A和t分别表示介电常数，表面积以及厚度。 C = e A/t (等式1) 表1 不同类型的电容器 方式是增加等式1中的“A”表面积。不同类型电容器获得的方式是不同的。比如钽电容器，可通过使用多孔钽阳极来获得（高比表面积），通常阳极块是由钽粉连同钽丝一起压制并烧结后制成的。然后用电化学的方式在高比表面积多孔钽阳极块上生成无定形Ta2O5电介质。 一般Ta2O5电介质层只有几十个纳米厚。然后使用阴极材料浸渍多孔阳极块（MnO2 或是导电层），在小的容积中生成高容量（见图1）。一般固体钽电容器使用在100V以下，其中多数情况下是使用在50V以下。湿式钽电容器（阴极是液体）工作电压可以高一些，可以达到几百伏。 图1 (a)钽电容器结构示意图 (b)所示的是钽阳极块内部的钽/电介质/MnO2阴极 (c)所示的是阳极块内部的钽/电介质/导电聚合物阴极
对于陶瓷和薄膜电容器来说，其电介质层和电极材料是分别交互堆积的，这种交互堆积的电极可以避免极性相对的电极接触。图2所示的是陶瓷电容器的典型结构。几十到上百（陶瓷电容器中）甚至上千（薄膜电容器）电极层堆积起来，已获得需要的容量。 图2 陶瓷电容器的典型结构 因为不同类型电容器的材料和结构有明显的差异（见表1，图1和图2），所以引起电容器失效的原因也有所不同。因此，每一种条件都需有特定的失效分析方法。需要注意的是失效电容器的失效分析是一种全面的因果分析，包括对电路和应用条件的分析。本文所论述的是片式钽电容器的失效分析概述。 钽电容器的电失效模式可以分成三种类型：高漏电流/短路、高等效串联电阻以及开路/低容量，多数的失效集中在高漏电流/短路上。每一种失效模式都有其自身可能的原因，因此失效分析方法要由失效类型来确定，这在下面会讨论。在讨论破坏性分析之前，有必要在不进一步损坏破坏电容器的条件下尽可能多的获取有关钽电容器的物理和电性能的数据。接触到与电容器有关的背景信息和使用条件，例如电路板的贴装、贮存、使用参数、环境条件、无故障工作时间等等，要尽可能多的收集数据并进行分析，因为单一数据是不能确定出电容器失效的根本原因。图3所列的是片式钽电容器最常见的失效原因（分为使用过程和生产过程两部分），这将有助于对钽电容器进行失效分析。值得注意的是，由使用条件或是生产异常所引起的电容器失效是非常相似的。 图3 引起钽电容器失效的常见原因 （a）高漏电流/短路（b）高ESR 2、非破坏性分析 由于对失效定义的解释是变化的，因此失效分析人员了解电容器失效的类型就变得很重要。在所有的情况中，电容器的验货检验是可以和其产品规范相比较的。此外，无损检验技术的结果
片式钽电容使用方法 一、钽电容介绍 钽电容是由稀有金属钽加工而成，先把钽磨成微细粉，再与其它的介质一起经烧结而 成。目前的工艺有干粉成型法和湿粉成型法两种。钽电容由于金属钽的固有本性，具有 稳定好、不随环境的变化而改变、能做到容值很大等特点，在某些方面具有陶瓷电容不 可比较的一些特性，因此在很多无法使用陶瓷电容的电路上钽电容被广泛采用。 目前全球主要有以下几个品牌的钽电容：AVX、KEMET、VISHAY、NEC，其中AVX 和VISHAY 的产量最大，而且质量最好。 二、选择考虑因素 1、温度 温度影响： A）电容量 介电常数的变化引起 导体面积或间距变化引起 B）漏电流:通过阻抗变化影响 C）高温击穿电压和频率对发热的影响 D）额定电流，当发热产生影响时 E）电解液从密封处泄漏 2、湿度 湿度影响：A）漏电流 B） 击穿电压 C） 对功率因数或品质因数的影响 3、低气压 低气压影响：A） 击穿电压 B）电解液从密封处泄漏 4、外加电压 外加电压影响：A）漏电流 B） 发热及伴随的影响 C）介质击穿：频率影响 D）电晕 E） 对外壳或底座的绝缘 5、振动 振动影响：A）机械振动引起的电容量变化 B)电容器芯子、引出端或外壳发生机械变形 6、电流 电流影响：A）对电容器的内部升温和寿命的影响 B）导体某发热点的载流能力 7、寿命 所有环境和电路条件对其都有影响。 8 稳定性 所有环境和电路条件对其都有影响。 9 恢复性能 电容量变化后，能否恢复到初始条件。 10 尺寸、体积和安装方法 在机械应力下，当产品安装固定不当时，容易导致引线承受较大应力或共振，严重时会产生引线断裂待现象。 三、在选择和使用电容器时应考虑下列内容： A）电路设计者为了设计出能在要求的时间内满意工作的电路，所使用的电容量允许偏差必须考虑： 符合规范规定的允许偏差： 电容量 --温度特性变化；恢复特性； 电容量 --频率特性； 介质吸收； 电容量与压力、振动和冲击的关系； 电容量在电路中的老化和贮存条件。 B） 需考虑电容器引出端和外壳之间的电容量，如果此电容量会产生杂散电容和漏电流。 C） 可以用多种电容器组合获得要求的电容量，从而补偿电容量--温度特性等。 D）施加于电容器的峰值电压不能超过相应规范规定的额定值。通常，相同的峰值电压可能由于以下条件而降低：
铌和钽的性质及用途文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
铌和钽的性质及用途 一 铌、钽金属性质 铌与钽性质相似，均属高熔点、高沸点稀有金属，钢灰色泽，富延展性和抗腐蚀性。铌的熔点为2468 ℃，沸点为4742 ℃，密度为8.57g ／cm3；钽的熔点为2996℃，沸点为5425℃±100℃，密度为16.65g/cm3。 二 资源分布情况 中国是世界上铌、钽、锂、铍等稀有金属矿产资源比较丰富的国家之一。 铌（Nb 2O 5）总保有储量为388万吨(至2007/12/31止)，仅次于巴西，居世界第2位。我国铌矿巳探明储量的矿区有99处，分布于内蒙古、湖北等16个省(区)，以内蒙古最多，占全国储量的72%；湖北次之，占24%。 钽（Ta 2O 5）总保有储量为8.4万吨，居世界首位，钽分布于13个省(区)的92个矿区，江西钽矿最丰富，内蒙古、广东次之，三省合计占全国储量72.5%，以江西宜春铌钽矿、内蒙古白云鄂博铌钽矿。 我国所规定的钽铌矿床储量计算的最低工业品位指标为：（Nb 、Ta ）2O 5：0.016—0.028%，我国大部分钽铌矿床品位都接近或略高于最低工业品位指标。Ta 2O 5品位超过0.02%的几乎没有，而Nb 2O 5品位超过0.1%
的也只有几个碳酸岩类型的矿床，其他类型矿床Nb 2O 5品位均在0.02%左右。 三 我国铌钽的生产现状 我国主要钽铌矿山概况表 我国主要铌钽冶炼厂有：宁夏有色金属冶炼厂(东方有色)、西北稀有金属材料研究院、株洲硬质合金厂、九江有色金属冶炼厂、广西栗木有色金属公司、广东从化钽铌冶炼厂。 钽铌冶炼、加工工艺不断创新，如：湿法冶炼--矿浆萃取；火法分解--低酸萃取；离线分析--在线分析及微机监控；氟钽酸钾冷结晶；连续喷射沉淀生产低氟Ta 2O 5、Nb 2O 5的工艺；过氧化沉淀生产高纯Ta 2O 5、Nb 2O 5等。
钽电容爆炸|烧毁原因分析 经常碰到很多客户讨论钽电容爆炸问题，特别在开关电源、LED电源等行业，钽电容烧毁或爆炸是令研发技术人员最头痛的，让他们百思不得其解。正因为钽电容失效模式的危险性，让很多研发技术人员都不敢再使用钽电容了，其实如果我们能够全面的了解钽电容的特性，找到钽电容失效（表现形式为烧毁或爆炸）的原因，钽电容并没有那么可怕。毕竟钽电容的好处是显而易见的。钽电容失效的原因总的来说可以分为钽电容本身的质量问题和电路设计问题两大类： 电路设计和产品选型 要求钽电容的产品性能参数可以满足电路信号特点，但是,往往我们不能保证上述两项工作都做的很到位,因此,在使用过程中就必然会出现这样那样的失效问题;现简单总结如下; 1. 低阻抗电路使用电压过高导致的失效; 对于钽电容器使用的电路,只有两种;有电阻保护的电路和没有电阻保护的低阻抗电路. 对于有电阻保护的电路,由于电阻会起到降压和抑制大电流通过的效果,因此,使用电压可以达到 钽电容器额定电压的60%. 没有电阻保护的电路有两种; 一;前级输入已经经过整流和滤波,输出稳定的充放电电路.在此类电路,电容器被当作放电电源来使用,由于输入参数稳定没有 浪涌,因此,尽管是低阻抗电路,可安全使用的电压仍然可以达到额定电压的50%都可以保证相当高的可靠性. 二;电子整机的电源部分; 电容器并联使用在此类电路, 除了要求对输入 的信号进行滤波外,往往同时还兼有按照一定频率和功率进行放电的要求. 因为是电源电路,因此,此类电路的回路阻抗非常低,以保证电源的输出功率密度足够. 在此类开关电源电路中[也叫DC-DC电路], 在每次开机和关机的瞬间,电路中会产生一个持续时间小于1微秒的高强度尖峰脉冲,其脉冲电压值至少可以达到稳定的输入值的3倍以上,电流可以达到稳态值的
钽电解电容器主要内容： 一、概况 二、结构 三、主要参数和测试方法 四、主要特点 五、主要失效分析步骤 六、失效模式和失效机理 七、案例 ?钽电解电容器分类 按阳极结构： 钽粉烧结型、钽丝型、箔式卷绕型按使用的电解质： 固体、液体?固体钽电解电容器 1956年美国贝尔实验室首先研制成功 工作介质是在钽金属表面生成的一层极薄的五氧化二钽膜
?烧结型固体电解质片状钽电容器?烧结型固体电解质柱状树脂包封钽电容器?烧结型固体电解质金属壳钽电容器?烧结型固体电解质端帽式钽电容器
?结构特征?烧结型液体钽电解电容器的结构示意图 ?主要参数 1）电容量(0.1～220uF) 2）损耗 3）漏电流： I LC ＝KCU（μA） 式中：C为标称电容量（μF）； U为额定工作电压（V）； K为漏电流常数，一般为0.001 4）等效串联电阻 5）额定电压(6.3～50V) ?测试条件 1）电容量：f＝120Hz，Vrms=0.5V； 2）损耗:f＝120Hz，Vrms=0.5V； 3）漏电流：额定电压下，几分钟后读数；4）等效串联电阻：f＝100kHz，Vrms=0.5V；
?特点1：“自愈” MnO 2 Mn 2 O 3 (MnO) 420℃～450℃ ?特点2：具有极性 “？”极性 ?特点3：氧化膜颜色 光程差干涉色 膜厚度的函数 ！不同的颜色代表不同的耐压值 ?特点4：工作场强高
四、主要特点 ?特点5：额定电压不高（150V） 形成电压与额定电压比例系数比较大?特点6：容易导致漏电流“雪崩现象” ！GJB/Z 35 （元器件降额准则）规定：在电路设计中应有不小于每伏3Ω的等效串联阻抗。 ?特点7：钽芯为多孔状?液体和固体钽电解电容器的比较： ?最高额定电压不同： 液体：500V；固体：125V ?温度特性： 液体：不够好；固体：比较好 ?漏电流： 液体最小，单位体积的比率电容量最大； ?液体密封难，承受反向电压的能力最差。
钽铌化学分析方法 第10部分：铌中铁、镍、铬、钛、锆、铝和锰含量的测定 直流电弧原子发射光谱法 编制说明 （征求意见稿） 宁夏东方钽业股份有限公司 2018-3-30
钽铌化学分析方法 第10部分:铌中铁、镍、铬、钛、锆、铝和锰含量的测定 直流电弧原子发射光谱法 编制说明 一、工作简况 1.1项目来源 根据国家标准化管理委员会《国家标准委关于下达2016年第三批国家标准制修订计划的通知》（国标委综合[2016]76号）的文件精神，由宁夏东方钽业股份有限公司负责《钽铌化学分析方法第10部分：铌中铁、镍、铬、钛、锆、铝和锰含量的测定直流电弧原子发射光谱法》国家标准的起草任务，计划编号为 20161650-T-610 ，项目完成年限为2019年10月。 1.2项目所涉及的方法简况 纯铌及铌制品是一种深灰色的不溶性固体，主要应用于制造合金、电容器及工业添加剂等方面。稀有金属铌是高熔点金属，化学性质极其稳定，是卓越的超导材料。纯铌在电子管中用于除去残留气体。铌具有细化钢中晶粒的能力，在钢中加入极少量铌，能大大提高钢的强度，改善钢的机械和焊接性能，提高抗腐蚀性能。铌可用做电容器、铌基高温合金、超导材料等。铌还用作骨科和外科手术材料。碳化铌用于制作超硬工具的添加剂。氧化铌可以用于制造高级光学玻璃和催化剂等。 铌及铌合金的痕量元素分析需要克服分析前样品的消解处理技术。消解过程通常复杂且费时，而且增加了样品制备过程中的污染的风险。Prodigy直流电弧光谱仪为铌及铌制品分析提供了最佳解决方案。无须消解和稀释，可直接对粉末状、线状和屑状样品进行分析。解决了样品消解的麻烦和缺点。 该标准是采用直流电弧原子发射光谱法进行铌中铁、镍、铬、钛、锆、铝和锰含量的检测，测定范围：铁（Fe）0.0003%～0.030%，镍（Ni）0.0003%～0.030%，铬（Cr）0.0003%～0.030%，锆（Zr）0.0001%～0.030%，钛（Ti）0.0001%～0.030%，锰（Mn）0.0001%～0.030%，铝（Al）0.0002%～0.030%。标准中包含测试原理、所用试剂、样品处理、分析和结果计算方法，补充了精密度和试验报告条款。 1.3起草单位情况 宁夏东方钽业股份有限公司是集科研、生产与技术开发为一体的国有大型稀有金属企业，是国内最大的钽、铌产品生产基地，科技先导型钽、铌研究中心；是国家重点高新技术企业、国家首批创新型企业、国家863成果产业化基地、全国专利工作试点企业和国家级企业技术中心；是国际钽铌研究中心（TIC）执委单位；是世界钽工业三强之一。 公司在钽、铌及其合金技术领域具有雄厚的研究开发实力，在国内同行业中处于技术领先地位。其综合实力代表了我国钽、铌工业的整体水平，是我国国防、核能、宇航、电子、冶金和化工工业等高新技术领域里的一个极为重要的稀有金属材料研究、开发、成果转化为一体的综合基地。几十年来承担了我国钽铌特种金属材料领域绝大部分国家级科研和产业化项目，60多项成果获国家级、省部级科技进步奖。公司拥有用于科研开发的价值达1.2亿元以上的仪器设备，仪器的自动化与精度已经达到了国际先进或国内领先的水平。 宁夏东方钽业股份有限公司分析检测中心成立于1966年，检测能力涵盖钽铌钛产品和原辅材料的化学成分分析、气体成分分析和电性能检测，并在实验室内部建立了标准化的检测方法和作业指导书。2006年以来，负责起草了GB/T 15076.1《钽铌化学分析方法第1部分：铌中钽含量的测定》、GB/T 15076.5《钽铌化学分析方法第5部分：钼含量和钨含量的测定》、GB/T 15076.8《钽铌化学分析方法第8部分：碳含量和硫含量的测定》、GB/T 15076.9《钽铌化学分析方法第9部分：钽中铁、铬、镍、锰、钛、铝、铜、锡、铅和锆含量的测定》、GB/T 15076.12《钽铌化学分析方法第12部分：钽中磷含量的测定》、GB/T 15076.13《钽铌化学分析方法第13部分：氮含量的测定》、GB/T 15076.14《钽铌化学分析方法第14部分：氧含量的测定》、GB/T 15076.15《钽铌化学分析方法第15部分：
钽电容爆炸、烧毁原因分析 经常碰到很多客户讨论钽电容爆炸问题，特别在开关电源、LED电源等行业，钽电容烧毁或爆炸是令研发技术人员最头痛的，让他们百思不得其解。正因为钽电容失效模式的危险性，让很多研发技术人员都不敢再使用钽电容了，其实如果我们能够全面的了解钽电容的特性，找到钽电容失效（表现形式为烧毁或爆炸）的原因，钽电容并没有那么可怕。毕竟钽电容的好处是显而易见的。钽电容失效的原因总的来说可以分为钽电容本身的质量问题和电路设计问题两大类： 电路设计和产品选型 要求钽电容的产品性能参数可以满足电路信号特点，但是,往往我们不能保证上述两项工作都做的很到位,因此,在使用过程中就必然会出现这样那样的失效问题,现简单总结如下: 1. 低阻抗电路使用电压过高导致的失效 对于钽电容器使用的电路,只有两种;有电阻保护的电路和没有电阻保护的低阻抗电路. 对于有电阻保护的电路,由于电阻会起到降压和抑制大电流通过的效果,因此,使用电压可以达到钽电容器额定电压的60%. 没有电阻保护的电路有两种: a.前级输入已经经过整流和滤波,输出稳定的充放电电路.在此类电路,电容器被当作放电电源来使用,由于输入参数稳定没有浪涌,因此,尽管是低阻抗电路,可安全使用的电压仍然可以达到额定电压的50%都可以保证相当高的可靠性. b.电子整机的电源部分; 电容器并联使用在此类电路, 除了要求对输入的信号进行滤波外,往往同时还兼有按照一定频率和功率进行放电的要求. 因为是电源电路,因此,此类电路的回路阻抗非常低,以保证电源的输出功率密度足够. 在此类开关电源电路中[也叫DC-DC电路], 在每次开机和关机的瞬间,电路中会产生一个持续时间小于1微秒的高强度尖峰脉冲,其脉冲电压值至少可以达到稳定的输入值的3倍以上,电流可以达到稳态值的10倍以上,由于持续时间极短,因此,其单位时间内的能量密度非常高, 如果电容器的使用电压偏高,此时实际加在产品上的脉冲电压就会远远超过产品的额定值而被击穿. 因此,使用在此类电路中的钽电解电容器容许的使用电压不能超过额定值的1/3. 如果不分电路的回路阻抗类型,一概降额50%, 在回路阻抗最低的DC-DC电路,一开机就有可能瞬间出现击穿短路或爆炸现象.在此类电路中使用的电容器应该降额多少,一定要考虑到电路阻抗值的高低和输入输出功率的大小和电路中存在的交流纹波值的高低.因为电路阻抗高低可以决定开关瞬间浪涌幅度的大小。内阻越低的电路降额幅度就应该越多。对于降额幅度大小,切不可一概而论. 必须经过精确的可靠性计算来确定降额幅度. 2.电路峰值输出电流过大(使用电压合适) 钽电容器在工作时可以安全承受的最大直流电流冲击I,与产品自身等效串联电阻ESR及额定电压UR存在如下数学关系: I=UR/1+ESR
慎重使用钽电容 看到tengjingshu的电容爆炸了，我也想就一些问题给予一些补充，因为这玩意是很危险的，先上图一张。这是在网上收集到的恐怖的一幕，钽电容爆炸了，它会发明火，所以很多厂家都不用了。 钽电容的三大罪状： 1.固钽因“不断击穿”又“不断自愈”问题产生失效。在正常使用一段时间后常发生固钽密封口的焊锡融化，或见到炸开，焊锡乱飞到线路板上。分析原因是其工作时“击穿”又“自愈”，在反复进行，导致漏电流增加。这种短时间(ns～ms)的局部短路，又通过“自愈”后恢复工作。
关于“自愈”。理想的Ta2O5 介质氧化膜是连续性的和一致性的。加上电压或高温下工作时，由于TＡ＋离子疵点的存在，导致缺陷微区的漏电流增加，温度可达到500℃～1000℃以上。这样高的温度使MnO2还原成低价的Mn3O4。有人测试出Mn3O4的电阻率要比MnO2高4～5个数量级。与Ta2O5介质氧化膜相紧密接触的Mn3O4就起到电隔离作用，防止Ta2O5介质氧化膜进一步破坏，这就是固钽的局部“自愈了”。但是，很可能在紧接着的再一次“击穿”的电压会比前一次的“击穿”电压要低一些。在每次击穿之后，其漏电流将有所增加，而且这种击穿电源可能产生达到安培级的电流。同时电容器本身的储存的能量也很大，导致电容器永久失效。 2.固钽有“热致失效”问题 固钽的Ta2O5介质氧化膜有单向导电性能，当有充放大电流通过Ta2O5介质氧化膜，会引起发热失效。无充放大电流时，介质氧化薄相当稳定，微观其离子
排列不规则、无序的，称作无定形结构。目测呈现的颜色是五彩干涉色。当无定形结构向定形结构逐步转化，逐步变为有序排列，称之微“晶化”，目测呈现的颜色不再是五彩干涉色，而是无光泽、较暗的颜色。Ta2O5介质氧化薄膜的“晶化”疏散的结构导致钽电容器性能恶化直至击穿失效。 3.固钽有“场致失效”问题（dV/dT）。 固钽加上高的电压，内部形成高的电场，易于局部击穿。 击穿事故发生率随时间减低到一个稳定值。当击穿电压被接近时，击穿发生率增加。随着电压的增长，装置因在某个疵点发生的热逃逸而发生故障的机率也增加。击穿电压依赖于脉冲的持续。在某些实验中，可以看到击穿电压随着脉冲长度的增加而降低。该过程不是十分确定的；击穿以不定时间间隔出现在不定位置。在反模式下，电击穿是由于焦耳热产生的热击穿的最终状态。
钽铌矿研究简报 能源开发部铌和钽——金属中的“孪生兄弟” 稀有金属铌和钽在元素周期表中属于同族元素，由于它们的物理和化学性质很相似，而且又共同生长在同一个矿体内，因而被人们称为金属中的“孪生兄弟”。 铌和钽是英国化学家查尔斯?哈切特与瑞典化学家艾克贝格在1801年和1802年先后发现的。铌钽铁矿是铌和钽的主要矿石，在钨矿和某些稀土矿中也有少量的铌和钽存在。铌的外表很象钢，而钽却呈银白色。铌和钽都是高熔点金属，它们的熔点分别为2468℃和2996 ℃。铌和钽的化学性质极其稳定，不仅不怕硝酸、盐酸，也不怕王水。钽富有延展性，可以拉制成比头发丝还要细的钽丝，或者碾成比纸还要薄的钽箔。铌和钽都具有抗压、耐磨损的特性，也都是卓越的超导材料。 由于铌和钽具有上述种种优异的性能，因而被广泛用于各个领域。 在冶金工业中，铌主要用于制造耐高温的合金钢和提高钢的强度。在冶炼碳素钢时，只需添加万分之几的铌，便可以使钢的强度提高三分之一以L。用铌和钽与钨、铝、镍、钴、钒等一系列金属合成的超级合金，是超音速喷气式飞机、火箭和导弹等的良好结构材料。 在机械工业中，用碳化铌、碳化钽等硬质合金制造的刀具，能经受近3000℃的高温，其硬度可以与世界上最坚硬的物质——金刚石相媲美。 在电子工业中，铌和钽可用于制造电子管、超短波发射装置等。由于铌和钽具有良好的超导性，在制造电线、电缆的材料中加人铌和钽，可以大大减少电能的损耗，从而节省电能。 在医学上，钽是理想的生物适应性材料。它与人体的骨骼、肌肉组织以及液体直接接触时，能够与生物细胞相适应，具有极好的亲和性，几乎不对人体产生刺激和副作用。钽不仅可用于制作治疗骨折用的接骨板、螺钉、夹杆等，而且可以直接用钽板、钽片修补骨头和用钽条来代替因外伤而折断的骨头。钽丝和钽箔可以缝合神经、肌健以及1．5毫米以上的血管，极细的钽丝可以代替肌腱甚至神经纤维。用钽丝织成的钽纱、钽网可以用来修补肌肉组织。 随着科学技术的不断发展，铌和钽的应用范围将会越来越广泛。
高分子片式钽电容器的应用问题分析 传统的片式钽电容器阴极为电子电导型的二氧化锰，由于二氧化锰是一种半导体，因此，此类片式钽电容器的阻抗较高。由于电容器阻抗ESR[也叫等效串联电阻]和电容器的容量CR及测试或使用频率有如下数学关系； ESR=Tgδ/2πfC R 式中；ESR 为等效串联电阻，单位为欧姆。 Tgδ为产品损耗。单位为% π为3.14159265 f为测试频率.单位是H Z C R为该只电容器的额定容量 因此,当该只电容器的本身ESR较大时,电容器可以工作的滤波频率范围就受到严格限制.因为该只电容器的谐振频率f0将较低.因此该电容器可以应用的频率范围就较低.见下式; 电容器的谐振频率与电容器各参数间的数学关系如下; f0=1/2πRC 式中; f0为该只阻抗和容量一定的电容器的谐振点.单位为H Z π为3.14159265 C为该只电容器的实际测试容量 R为等效串联电阻，单位为欧姆 任何一只电容器的各参数间都有上述的数学关系,因此,不同种类的电容器适合于不同滤波频率的电路.当电容器的参数与电路参数不匹配时,该电容器会失效或滤波效果不佳. 电子技术的进步来源于工作频率的不断增加,这样,任何一种电子产品的功能才能更强大,在一定的时间内能够处理的信号的速度才能更快.因此,整机技术的进步决定了电容器的可适用工作频率范围也必须扩大,特别是滤波电路里使用的
片式钽电容器和其它种类的电容器,其工作频率范围决定了其适应的电路类型甚至市场空间. 为了使片式钽电容器能够使用在更高频率的滤波电路里信号失真度更小,现在的片式钽电容器的阴极改为一种能够导电的高分子材料-聚噻吩. 聚噻吩是一种新型导电聚合物,其高温稳定性优良,电阻率接近普通金属,由于片式钽电容器的阻抗有很大一部分来自于阴极材料的自有阻抗,因此,使用高导电率聚噻吩作阴极的片式钽电容器的自有高频阻抗ESR可以大幅度地降低数倍甚至一个数量级.这样,使用高分子作阴极的片式钽电容器就可以使用在工作频率更高的滤波电路. 由于聚噻吩属于典型的导电有机物,因此,其具有的有机物物理特征又使片式钽电容器的基本性能发生了很多变化; 1.可以使用到工作频率更高的滤波电路. 2.由于高分子材料呈软态,因此,当电路中瞬间产生的电脉冲或电压及电流浪 涌时,压电效应导致的介质层晶体位移不会与阴极产生突然的挤压效应而 破裂,因此,使用在此类滤波电路中,高分子片式钽电容器不需要大幅度降额; 低压产品只需要降额10%,高压产品只需要降额20%就可以在此类电路中获得更高的可靠性. 3.在出现意外的击穿现象时,高分子产品不会象二氧化锰阴极的片式钽电容 器那样会迅速爆炸甚至燃烧,其安全性较佳. 但是,高分子产品短路时不爆炸燃烧的特性同时也会带来其它问题,当短路发生时,它不会像普通片式电容器一样迅速先短路马上又开路,而是一直处于短路状态,必须长时间存在更大的多的电流才能烧毁.因此,如果发生失效问题,必须迅速拆除该只产品才能使电路恢复正常,否则,只要电路处于有电状态,电路一直会处于短路状态而不能重新启动. 高分子片式钽电容器的开发主要是为了使其能够使用在工作频率更高的滤波电路,当使用到大功率的储能充放电电路里时,必须充分考虑到其一旦短路不能够迅速断开的固有缺陷.同时,必须考虑到不同电路类型对电容器基本性能的不同要求. 使用在大功率充放电电路里的电容器必须满足如下要求; 1. . 该电容器必须具有尽可能低的直流漏电流;
CAK36型高能复合钽电容器性能特点和使用注意事项 CAK36型复合钽电容器是一种能量密度高，阻抗低，全密封的高性能新型全密封全钽电容器。由于其阴极采用固体和液体混合结构，因此，其温度特性与传统的液体钽电容器相比，变化率更低。在采用了创新型的多阳极并联结构后，电容器的自有阻抗大幅度降低，在进行高功率密度的充放电时，发热量更小，可靠性更高。另外，还可以用于存在一定交流分量的放电和滤波兼用的电路作为滤波和功率补偿使用。 为了在使用时具有高可靠性，请在使用时注意一下事项： 1.测试 1.1由于该电容器使极性元件，因此，在使用和测试时绝对不能把极性接反。如果偶然把极性接反的时间超过1秒，电压达到电容器额定值的1/4以上，电容器的可靠性将受到不可恢复的破坏，不能再继续使用。 1.2容量和损耗测试请使用 2.2V直流偏压，1V交流信号，100Hz下进行。 1.3等效串联电阻ESR的测试，请使用 2.2V直流偏压，1V交流信号，1000Hz下进行。 1.4漏电流测试：施加电压：额定电压；充电时间：5分钟。漏电流合格标准见厂家提供的规格书及相应规范。 1.5测试仪器及测试夹具必须使用专业仪器和设备。不能使用万用表对该电容器进行任何参数的测试。更不能使用万用表对该产品进行不分极性的测试。 1.6由于该电容器容量较大，可以储存很高的电能量，因此，在进行漏电流测试后，必须使用标准的漏电流测试仪进行彻底放电后才能使用。放电电阻为1000欧姆。放电时间不能短于5分钟。放电后残留电压不能大于1V。 1.7对电性能的测试必须按照如下顺序进行，不能违反。 容量和损耗测试—ESR测试—漏电流测试—放电 2.不同电路使用时的注意事项 2.1 延时保护电路：使用在此类电路中的电容器，主要作用是偶然出现的断电保护，要求在主电源突然断电后该电容器能够自动接入，在保证一定电压和功率密度要求下维持一定的供电时间。在此类电路的设计时，请注意电容器后续回来总阻抗与需要的电压和电容器容量及功率需要之间的数学关系。另外，设计时，在电容器容量选择上留有至少50%的余量，以防止由于其他不确定因素导致的供电时间和功率密度不够的现象。具体的计算如下所示：