钽具有良好的抗腐蚀性,堪称是应付腐蚀问题的明智之选。虽然钽并不是贵金属,但它在耐化学性方面却能和贵金属相媲美。此外,虽然钽具有体心立方晶体结构,但在显著低于室温的条件下却易于加工。 凭借良好的具有抗腐蚀性,钽在诸多化学应用中起到了十分重要的作用。我们使用这种“顽强耐用”的材料来制造设备制造业的热交换器、高温炉制造业中的电荷载子、医疗技术领域的移植物以及电子产业领域的电容器组件。

钽薄板
钽薄板
钽丝
钽丝
钽特性
原子序数73
CAS编号 7440-25-7
原子质量 180.95
熔点 2 996 °C
沸点 6 100 °C
原子体积 0,0180 [nm3]
20 ℃时密度 16.60 [g/cm3]
晶体结构 体心立方
晶格常数 0.3303 [nm]
地球的地壳丰度 2.0 [g/t]
应用
应用
钽合金
合金
钽特性
特性
天然状态和制备
状态
粉末冶金术
粉末-
冶金

纯度品质保证

您可以完全信赖攀时的产品质量。从金属粉末到成品,攀时自主生产钽制产品。我们仅使用纯度最高的钽粉作为原料。确保您能从极高的材料纯度中受益。

我们保证攀时的烧结质量钽的材料纯度达到99.5%(无Nb金属纯度)。根据化学分析剩余成分由下面元素组成:

元素 典型最大值
[μg/g]
保证最大值
[μg/g]
Fe1750
Mo1050
Nb10100
Ni550
Si1050
Ti110
W2050
C1150
H215
N550
O81150
Cd510
Hg*--1
Pb510

通过生产工艺的特点(超过1000℃,高真空气氛,多种热处理),Cr(VI)及有机杂质的存在可完全被排除。*初始数值

我们保证攀时的熔化质量钽的材料纯度达到99.5%(无Nb金属纯度)。根据化学分析剩余成分由下面元素组成:

元素 典型最大值 [µg/g] 典型最大值 [µg/g]
Fe5100
Mo10100
Nb19400
Ni550
Si1050
Ti150
W20100
C1030
H415
N550
O13100
Cd--10
Hg*--1
Pb--10

通过生产工艺的特点(超过1000℃,高真空气氛,多种热处理),Cr(VI)及有机杂质的存在可完全被排除。*初始数值

具有特殊性能的材料

在多种工业应用中,钽均有着广泛用途,这些应用亦反映出钽的特性。我们简要介绍其中两种特性:

定制化学和电气特性。

由于其超精细的微观结构,钽是拉拔制备超细导线的完美材料,拉拔制成的导线的表面十分完美,纯度极高;这种导线可用在钽电容器中。我们可对这些导线的化学、电气和机械特性进行控制,使它们达到较高的精度等级。因此,通过我们的钽导线产品,客户能对部件特性进行定制,并使其始终处于稳定状态。此外,我们仍会对这些特性进行持续开发和完善。

优异的耐受性和冷锻性。

优异的耐受性以及出色的成型性能和焊接性,这些都使钽成为制造热交换器的理想材料。我们的钽热交换器的稳定性尤为突出,对多种侵入物具有卓越的耐受性。此外,凭借在钽金属加工领域内的多年经验,我们还能制造出尺寸复杂的产品,从而精确满足您的要求。

纯钽或钽合金?

在所有相关应用中,我们制备的钽均拥有完美的性能表现。通过添加各种合金,我们可控制以下各种特性:

  • 物理特性(如熔点、蒸汽压、密度、导电率、热导率、热膨胀性和热容)
  • 机械特性(如强度、断裂性和延展性)
  • 化学特性(如耐腐蚀性和浸蚀性)
  • 可加工性(如机加工性、成型性能和焊接性)
  • 结构和再结晶特性(如再结晶温度、脆化倾向性、老化效应和粒度)

其它特性:通过我们自身的定制制造工艺,我们可将钽的其它特性调整为多个数值。结果:具有不同特性的两种不同的钽制变体和合金,能够精确满足预期应用的要求。

材料名称 化学成份(重量占比)
烧结质量 S烧结质量级钽 (TaS) 电容质量级钽 (TaK) 微粒稳定级钽 (TaKS) Ta2.5W 2.5 % W Ta10W>99.95
>99.95
>99.90
2.5 % W
10 % W
熔化质量 M熔化质量级钽 > 99,95

烧结质量钽材(TaS)

纯烧结质量级钽和纯熔化质量级钽具有以下相同特性:

  • 较高熔点,2,996℃
  • 优异的冷锻性
  • 再结晶温度在 900℃ 和 1 450℃ 之间
  • 对水溶液和金属熔体具有优异的耐受性
  • 超导电性
  • 良好的生物适应性

需要进行特别棘手的工作时,我们的烧结质量级钽产品能为您解决难题:由于采用了粉末冶金生产工艺,烧结质量级钽(TaS)产品的粒度和纯度均特别优异。因此,钽材料非常易于加工,且凭借其优异的表面质量和稳固的机械特性而优于其他材料。

电容器中使用时,建议采用表面质量(TaK)特别高的钽变体。在钽电容器中,这种类型的钽以导线形式进行使用。仅当使用不存在表面缺陷和杂质的导线时,较高的电容、较低的漏电流和耐受性才能得到保证。

熔化质量级钽 (TaM)。

有时并不需要采用最高质量等级。与烧结质量级钽相比,熔化质量级钽 (TaM) 的制造通常更加经济,并仍能为很多应用提供足够的质量。然而,与烧结质量级钽相比,这种材料在细粒度和同质性方面都略逊一筹。请与我们联系,我们很高兴为您提供咨询服务。

粒度稳定级钽 (TaKS)。

我们向烧结质量级和粒度稳定级钽中加入硅。硅的作用在于,即使在高温条件下,仍能防止粒度增加。如此一来,即使在最高操作温度条件下,我们的钽产品仍具有适用性。即使在最高温度达到约2000℃的情况下进行退火,其所具有的细粒微观结构仍可保持稳定性。该工艺可确保材料具有优异的机械特性,例如其延展性和强度仍可保持完整无损。由粒度稳定级钽制成的导线或板材不仅能完美地烧结到钽质正极上,还能完美地适用于高温炉制造领域的各种应用。

钽-钨(TaW)具有良好的机械特性和优异的耐腐蚀性,因此优于其他材料。我们向纯钽中添加了2.5%至10%(质量百分比)的钨。虽然与纯钽相比,由此制成的合金的强度高达前者的1.4倍,但其在高达 1600℃ 的条件下仍易于加工。因此,在化工设备制造领域,我们的钽-钨(TaW)产品特别适用于制造热交换器和加热元件。

全能冠军。钽的材料特性。

钽属于耐高温金属族。与铂的熔点(1,772℃)相比,耐高温金属的熔点更高。将单原子约束在一起的能量特别高。耐高温金属的高熔点与低蒸汽压相互联系在一起。此外,耐高温金属还具有高密度和低热膨胀系数的特征。

在元素周期表中,钽与钨位于同一周期内。与钨相似,钽也是一种高密度金属,其密度高达16.6g/cm3。然而与钨有所不同,在氢气环境下进行加工时,钽在加工过程中会出现脆化现象。因此,我们在高度真空环境下生产这种材料。

钽在耐高温金属中最具耐受性,这一点毋庸质疑。其对所有的酸碱均具有耐受性,并具有一系列非常特殊的属性:

特性
原子序数73
原子质量 180.95
熔点 3 017 °C / 3290 K
沸点 5 505 °C / 5778 K
原子体积 1,80 · 10-29[m3]
蒸汽压1,800℃时 2,200℃时 5 · 10-8 [Pa]
7 · 10-5 [Pa]
20 ℃ (293 K)时密度 16.60 [g/cm3]
晶体结构 体心立方
晶格常数 3.303 · 10-10[m]
20 ℃ (293 K)时硬度 变形硬度
再结晶硬度
120 - 220 [HV10]
80 - 125 [HV10]
20 ℃ (293 K)时弹性模量 186 [GPa]
泊松数 0.35
20 ℃ (293 K)时线性膨胀系数 6.4 · 106[m/(m·K)]
20 ℃ (293 K)时导热性 54 [W/(m·K)]
20 ℃ (293 K)时比热 0.14 [J/(g·K)]
20 ℃ (293 K)时导电性 8 · 10-6[1/(Ω·m)]
20 ℃ (293 K)时电阻 0.13 [(Ω·mm2)/m]
20 ℃ (293 K)时声音传播速度 纵波
横波
4 100 [m/s]
2 900 [m/s]
电子溢出功 4.3 [eV]
热中子俘获截面 2.13 · 10-27[m2]
再结晶温度(退火时间:1小时) 900 - 1 450 °C
超导性(转移温度) < -268.65 °C / < 4.5 K

热物理特性

耐高温金属通常具有热膨胀系数较低密度却相对较高的特征。钽亦如此。虽然与钨和钼相比,钽的热导率更低,但与其他很多金属相比,这种材料的热膨胀系数更高。

钽的热金属特性随温度变化。下图显示的是最重要变量的曲线图:

钽和铌的线性热膨胀系数
钽和铌的线性热膨胀系数
钽和铌的比热容
钽和铌的比热容
钽和铌的导热性
钽和铌的导热性

机械特性

即使有少量的氧气、氮气、氢气及碳等成分溶解在钽的缝隙中,其仍能导致钽的机械性能发生改变。此外,采用的金属粉末的纯度、生产工艺(烧结或熔解质量级)、冷加工程度和热处理类型亦可对机械特性造成影响。

钽具有与钨和钼相似的体心立方晶体结构。在-200℃条件下,其“脆性-延展性”的转移温度远低于室温。因此,该重金属非常易于加工。虽然其抗拉强度和硬度在冷加工情况下发生增长,但同时又导致其断裂伸长率下降。尽管这种材料失去了延展性,但是并未脆化。

与钨相比,这种材料的电阻更低,但与纯钼的电阻值相仿。为了提高其耐热性,我们将钽与耐高温金属(如钨)混合制成合金。

与钨和钼相比,钽的弹性模量更低,与纯铁相仿。随着温度的不断升高,弹性模量不断降低。

钽与钨、钼和铌的弹性模量对比
钽与钨、钼和铌的弹性模量对比

机械特性

由于具有较高的延展性,钽非常适用于成型工艺,如弯曲、冲压或深度拉拔。钽很难用于机加工工艺。其碎屑无法完全破碎。因此建议使用卷屑器。与钨和钼相比,钽具有优异的焊接性

您有关于难熔金属机械特性的相关问题吗?我们很高兴用我们的多年经验为您提供帮助。

化学特性

由于钽对所有类型的化学物质均具有耐受性,因此这种材料常可与贵金属相媲美。然而,从热力学角度考察,钽是一种碱金属,无法与多种元素形成稳定的化合物。暴露在空气中时,钽可形成非常致密的氧化层 (Ta2O5),防止碱性物质侵入。因此,该氧化层使钽具有耐腐蚀性

在室温条件下,仅有以下这些无机物可使钽丧失耐受性:浓硫酸、氟气、氟化氢、氢氟酸和含有氟离子的酸性溶液。此外,碱性溶液、熔化的氢氧化钠和氢氧化钾亦可对钽造成腐蚀。但与此相反,这种材料对氨水溶液具有耐受性。如果钽受到化学侵入,氢便会进入其金属晶格中,导致这种材料出现脆化现象。随着温度逐渐升高,钽的耐腐蚀性就会逐渐下降。

与很多溶液接触时,钽均表现出惰性。然而,如果将钽浸入混合溶液中,其耐腐蚀性就会减弱,虽然单个组分脱离出来独立存在时,钽对其仍具有耐腐蚀性。对于有关腐蚀性的复杂论题,您是否存在疑问?在这一方面,我们拥有丰富经验和室内腐蚀性实验室,非常乐意为您提供帮助。

对水、水溶液和非金属的抗腐蚀性
< 150 ℃ 的热水 耐腐蚀
无机酸 盐酸,含量 < 30%,最高温度为 190℃ 硫酸,含量 < 98%,最高温度为 190℃ 硝酸,含量 < 65%,最高温度为 190℃ 氢氟酸,含量 < 60% 磷酸,含量 < 85%,最高温度为 150℃ 耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
不耐腐蚀
耐腐蚀
有机酸 醋酸,含量 < 100%,最高温度为 150℃ 草酸,含量 < 10%,最高温度为 100℃ 乳酸,含量 < 85%,最高温度为 150℃ 酒石酸,含量 < 20%,最高温度为 150℃ 有耐腐蚀性有耐腐蚀性有耐腐蚀性有耐腐蚀性
碱液 氢氧化钠,含量 < 5%,最高温度为 100℃ 氢氧化钾,含量 < 5%,最高温度为 100℃ 氨溶液,含量 < 17%,最高温度为 50℃ 碳酸钠,含量 < 20%,最高温度为 100℃ 有耐腐蚀性有耐腐蚀性有耐腐蚀性有耐腐蚀性
盐溶液 < 150℃的氯化铵
< 150℃的氯化钙
< 150℃的氯化铁
< 150℃的氯酸钾
< 150℃的体液
< 150℃的硫酸镁
< 150℃的硝酸钠
< 150℃的氯化锡
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
非金属 氟 氯,温度 < 150℃ 溴,温度 < 150℃ 碘,温度 < 150℃ 硫,温度 < 150℃ 磷,温度 < 150℃ 硼,温度 < 1000℃ 不耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀

对于一系列金属熔体(如 Ag、Bi、Cd、Cs、Cu、Ga、Hg、K、Li、Mg、Na 和 Pb)而言,只要它们的含氧量较低,钽对它们均具有耐受性。然而,这种材料可受 Al、Fe、Be、Ni 和 Co 影响。

对金属熔体的抗腐蚀性
不耐腐蚀 < 1 000 ℃时耐腐蚀
不耐腐蚀 有耐腐蚀性,温度 < 1,150℃
< 1 000 ℃时耐腐蚀 < 1 000 ℃时耐腐蚀
< 500 ℃时耐腐蚀 不耐腐蚀
< 980℃ 时耐腐蚀 < 600 ℃时耐腐蚀
不耐腐蚀 < 1 200 ℃时耐腐蚀
有耐腐蚀性,温度 < 450℃ < 900 ℃时耐腐蚀
< 1 000 ℃时耐腐蚀 < 500 ℃时耐腐蚀
< 1 300 ℃时耐腐蚀 有耐腐蚀性,温度 < 260℃
不耐腐蚀

碱性材料(如钽)接触贵金属材料(如铂)时,很快便可引起化学反应。因此,在钽与系统内存在的其他材料接触的情况下,应对其性能慎重考虑,特别是在高温条件下进行加工时。

钽与惰性气体不发生反应。因此,高纯度的惰性气体可用作保护性气体。但随着温度的不断升高,钽与氧气或空气发生剧烈反应,并可吸收大量氢气和氮气。从而导致这种材料出现脆化现象。在高度真空的环境中,对钽进行退火,便可排除这些杂质。在 800℃ 条件下,便可排除氢气;在1,700℃ 条件下,便可排除氮气。

对气体的抗腐蚀性
氧气和空气 < 300 ℃时耐腐蚀 水蒸汽 具有耐腐蚀性,温度 < 200℃
氢气 具有耐腐蚀性,温度 < 340℃ 一氧化碳 < 1 100 ℃时耐腐蚀
氮气 < 700 ℃时耐腐蚀 二氧化碳 < 500 ℃时耐腐蚀
< 800℃时耐腐蚀 惰性气体 耐腐蚀
氨气 < 700 ℃时耐腐蚀

在高温炉中,钽可与由耐高温氧化物或石墨制成的构件发生反应。在高温条件下,即使是非常稳定的氧化物,如铝、镁、氧化,锆,与钽接触之后也会减量。钽与石墨接触之后,可形成碳化钽,导致钽出现脆化现象。虽然钽常可顺利地与其他耐高温金属(如钼或钨)进行化合,其还可与六方氮化硼和氮化硅进行反应。

下表显示的是这种材料对耐热高温炉结构材料的耐腐蚀性。其中列明的极限温度适用于真空环境。如果使用保护性气体,这些温度降低约100 至 200 ℃。

钽对耐热高温炉结构材料的耐腐蚀性
氧化铝 < 1 900 ℃时耐腐蚀 耐腐蚀
氧化铍 < 1 600 ℃时耐腐蚀 氮化硅 < 700 ℃时耐腐蚀
六方氮化硼 < 700 ℃时耐腐蚀 氧化钍 < 1 900 ℃时耐腐蚀
石墨 < 1 000 ℃时耐腐蚀 耐腐蚀
氧化镁 具有耐腐蚀性,温度 < 1,800℃ 氧化锆 < 1 600 ℃时耐腐蚀
氢脆化
硫酸,含量 98%,温度为250℃ > 25℃时的氢原子
盐酸,含量 30%,温度为 190℃ 氢气,温度为 350℃
氢氟酸 阴极极化,使用惰性不太强的溶解性材料

氢脆化的测量如下:

  • 对金属进行电气绝缘
  • 金属正极化(约 + 15 V)
  • 在溶液中添加氧化剂
  • 使用成型金属表面
  • 与惰性更强的金属(如 Pt、Au、Pd、Rh 和 Ru)进行电气接触

在温度达800℃的高度真空环境中,对钽进行退火处理,可使已脆化的钽再生。

天然状态和制备

To the table of contents1820年,瑞典化学家安德斯•古斯塔法•埃克博格(Anders Gustav Ekeberg)首次从铌铁矿中分离出五氧化二钽 (Ta2O5)。他使用希腊神话中的一个人物坦塔罗斯(Tantalos)来对这种氧化物进行命名。坦塔罗斯 (Tantalus)(拉丁文)始终无法解除口渴,因为当他想喝水时,周围的水总会退去。与此相仿,氧化钽无法与任何酸发生反应。钽的化学符号Ta由琼斯•雅可比•贝里采乌斯 (JönsJakob Berzelius)于1814年提议使用。此外,贝里采乌斯还是首位制出单体钽的人。然而,海因里希•罗斯 (Heinrich Rose)认为,按贝里采乌斯的方法制出的钽中的实际含钽量仅为50%。1844年,罗斯成功地证明钽和铌之间存在差异,它们是不同的元素。直至100年后,维尔纳•冯•博尔顿 (Werner von Bolton) 才使用钠还原七氟钽酸钾,最终制出纯钽。

天然的钽最常以钽铁矿石的形式存在,其中含有 (Fe,Mn)[(Nb,Ta)O3]2 成分。当钽含量处于主导地位时,这样的矿石便被称为钽铁矿。如果铌含量高于钽含量,则将其称为铌铁矿。世界上最大的钽矿床分布在澳大利亚、巴西和多个非洲国家。

人们使用多种方法来对这种矿石进行提炼,从而获得浓度约为70%的 (Ta,Nb)2O5。然后将所得的浓缩液溶解在氢氟酸和硫酸的混合溶液中,接着通过液体萃取工艺,将生成的复合氟化物 [TaF7]转化为有机相。再将有机相从水相中分离出来,之后使用氟化氢钾,将钽从有机相中分离出来。这一过程中会产生七氟钽酸钾 (K2TaF7)。最终针对通过这种方法生成的钽化合物,按如下化学反应,使用钠进行还原,从而制出纯金属钽。

我们是怎么做的呢?粉末冶金术!

什么是粉末冶金法?众所周知,目前的大多数工业金属和合金(如钢、铝和铜)均是在铸模中熔铸制成的。与此相反,粉末冶金法摒弃了熔化操作;将金属粉末压合在一起,然后在这种材料的熔化温度之下进行热处理(烧结),从而制成产品。在粉末冶金领域有三个最重要的因素:金属粉末本身、压合操作和烧结操作。我们能对这些因素进行内部控制和优化。

为什么要采用粉末冶金法呢?因为采用粉末冶金法,我们可以制造出熔点远高于2000℃ 的材料。即使仅需制造少量金属,这一工艺流程仍非常经济。此外,通过使用定制型的粉末混合物,我们能制出多种极具同质性的特性材料。

将钽粉与合金元素相混合,然后填入铸模中。接着在高达2000bar的压力下,将混合物压实 。再将生成的冲压制品(亦称为“生坯”)放在特制高温炉中,在 2000℃ 以上的温度条件下进行烧结。在此期间,冲压制品便获得了相应的密度和微观结构形制。材料的非常特殊的属性 — 如优异的热稳定性、硬度或流动特征 — 均取决于使用适当的成型方法,如锻造、辊轧或拉拔。仅当所有这些步骤完美切合之后,我们才能达到确切的质量要求,制出具有优异纯度和质量的产品。

氧化物
还原
混合
炼制合金
我们将金属粉末与粉末混合,在高达2吨/平方厘米压力(每平方厘米2吨)下压制成一个“生坯”。当需要生产特别苛刻的几何形状的成品时,我们会确保“生坯”在压制阶段形成适当的形状。
压制
压制
成形

处理
机械
处理
焊合
质量
保证
回收利用

您可以从这里下载我们的安全数据表: