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Tántalo

Tántalo

El tántalo es la respuesta más adecuada cuando se necesita una alta resistencia a la corrosión. En realidad el tántalo no es un metal noble, pero la resistencia química de este material es similar a la de los metales nobles. Además, el tántalo es muy fácil de conformar hasta temperaturas muy inferiores a la temperatura ambiente, y todo eso pese a su estructura de cristal cúbica centrada en el cuerpo. Se trata de algo muy práctico en muchas aplicaciones químicas. Con este material “inflexible” elaboramos, entre otros productos, intercambiadores de calor para la construcción de aparatos, bastidores para la construcción del horno, implantes para tecnología médica y piezas de condensadores para la industria electrónica.

Número atómico 73
Número CAS 7440-25-7
Masa atómica 180,95 [g/mol]
Punto de fusión 2996 °C
Punto de ebullición 5458 °C
Densidad a 20 °C 16,65 [g/cm3]
Estructura de cristal Cúbica centrada en el cuerpo
Coeficiente de expansión térmica lineal a 20 °C
6,4 × 10-6 [m/(mK)]
Conductividad térmica a 20 °C
57,5 [W/(mK)]
Calor específico a 20 °C 0,14 [J/(gK)]
Conductividad eléctrica a 20 °C 8 × 106 [S/m]
Resistencia eléctrica específica a 20 °C 0,125 [(Ωmm2)/m]
Gama de materiales

¿Tántalo puro o mejor una aleación?

Puede confiar plenamente en nuestra calidad. Producimos nuestros productos de tántalo desde el polvo de metal hasta el producto final. Utilizamos solo el polvo de tántalo más puro como materia prima. De ese modo garantizamos siempre la máxima pureza del material.

En el caso de nuestro tántalo de calidad sinterizada, garantizamos una pureza del 99,95 % (pureza metálica sin Nb). Según un análisis químico, la parte restante se compone de los siguientes elementos:

Elemento Valor máx. habitual
[μg/g]
Valor máx. garantizado
[μg/g]
Fe
17
50
Mo
10
50
Nb
10
100
Ni
5 50
Si
10
50
Ti
1 10
W 20
50
C 11
50
H 2
15
N 5 50
O 81
150
Cd 5
10
Hg* -
1
Pb 5
10

*Erstwert

Die Anwesenheit von Cr (VI) und organischen Verunreinigungen kann durch den Produktionsprozess ausgeschlossen werden (mehrfache Wärmebehandlung bei Temperaturen über 1.000 °C im Hochvakuum).

En el caso de nuestro tántalo de calidad de fundición, garantizamos una pureza del 99,95 % (pureza metálica sin Nb). Según un análisis químico, la parte restante se compone de los siguientes elementos:

Elemento Valor máx. habitual
[μg/g]
Valor máx. garantizado
[μg/g]
Fe
5
100
Mo
10
100
Nb
19
400
Ni
5 50
Si
10
50
Ti
1 50
W 20
100
C 10
30
H 4
15
N 5 50
O 13
100
Cd -
10
Hg* -
1
Pb -
10

*Erstwert

Die Anwesenheit von Cr (VI) und organischen Verunreinigungen kann durch den Produktionsprozess ausgeschlossen werden (mehrfache Wärmebehandlung bei Temperaturen über 1.000 °C im Hochvakuum).

Denominación del material Composición química
(porcentaje de peso)
Calidad sinterizada
S
Tántalo de calidad sinterizada (TaS)
Tántalo de calidad para condensadores (TaK)
Tántalo de grano estabilizado (TaKS)
Ta2,5W
Ta10W
> 99,95
> 99,95
> 99,90
2,5 % W
10 % W
Calidad de fundición M Tántalo de calidad de fundición > 99,95

Preparamos nuestro tántalo de forma óptima para cada uso. Definimos las siguientes propiedades mediante varios aditivos de aleación:

  • Propiedades físicas (punto de fusión, presión del vapor, densidad, conductividad eléctrica, conductividad térmica, expansión térmica, capacidad de calor)
  • Propiedades mecánicas (estabilidad, comportamiento de rotura, ductilidad)
  • Propiedades químicas (resistencia a la corrosión y comportamiento de grabado)
  • Mecanizado (mecanizado por arranque de virutas, comportamiento de deformación, aptitud para soldadura)
  • Estructura y comportamiento de recristalización (temperatura de recristalización, tendencia a la fragilización, efectos del envejecimiento, tamaño de grano)

Pero eso no es todo: también aplicamos procesos de fabricación a medida para modificar las propiedades del tántalo en otros ámbitos. El resultado: aleaciones de tántalo con distintos perfiles de propiedades que se adaptan de forma exacta a la aplicación correspondiente.

  • Tántalo de calidad sinterizada (TaS)

    El tántalo puro de calidad sinterizada y el tántalo puro de calidad de fundición presentan las siguientes propiedades en común:

    • Elevado punto de fusión de 2996 °C
    • Buena ductilidad en frío
    • Recristalización entre 900 °C y 1450 °C (según el grado de transformación y la pureza)
    • Resistencia excepcional contra soluciones acuosas y metales fundidos
    • Superconductividad
    • Buena biocompatibilidad

    Recurrimos a nuestro tántalo de calidad sinterizada para aplicaciones especialmente difíciles: la producción pulvimetalúrgica hace que el tántalo de calidad sinterizada (TaS) presente un grano especialmente fino y sea particularmente puro. Así, el material resulta fácil de conformar y convence por su excelente calidad de superficie, además de por sus buenas propiedades mecánicas.

  • Tántalo sinterizado de calidad para condensadores (TaK)

    Recomendamos nuestro tántalo con calidad de superficie especialmente elevada (TaK), sobre todo, para su uso en condensadores. Este tántalo se usa en forma de alambres en los condensadores de tántalo. Solo es posible garantizar capacidades elevadas, corrientes de fuga bajas y resistencias reducidas con alambres sin defectos en la superficie y sin contaminación.

  • Tántalo de calidad de fundición (TaM)

    No siempre hay que acudir a lo más caro. El tántalo de calidad de fundición (TaM) ofrece una producción más económica que el tántalo de calidad sinterizada y suele ser más que suficiente en muchos casos. Sin embargo, en comparación con el tántalo de calidad sinterizada, se trata de un material que no es tan fino ni homogéneo. Consúltenos. Estaremos encantados de asesorarle.

  • Tántalo de grano estabilizado (TaKS)

    Dopamos nuestro tántalo sinterizado y de grano estabilizado con silicio, que impide el crecimiento del grano incluso a altas temperaturas. Así, el tántalo queda preparado incluso para temperaturas operativas muy elevadas. La microestructura de grano fino se mantiene estable incluso tras recocidos a temperaturas de hasta 2000 °C. Con ello se conservan sus excelentes propiedades mecánicas, como la ductilidad y la estabilidad. El tántalo de grano estabilizado en forma de alambre o de chapa resulta idóneo para sinterizar ánodos de tántalo y para aplicaciones en la construcción del horno.

  • Tántalo-tungsteno (TaW)

    El tántalo-tungsteno (TaW) convence, sobre todo, por sus excelentes propiedades mecánicas y por su magnífica resistencia a la corrosión. Añadimos entre un 2,5 y un 10 de porcentaje de peso de tungsteno al tántalo puro. De ese modo, en comparación con el tántalo puro, la aleación es hasta 1,4 veces más resistente, a la vez que mantiene su facilidad de conformación, incluso con temperaturas de hasta 1600 °C. Por lo tanto, nuestro TaW resulta especialmente adecuado para intercambiadores de calor y piezas térmicas en la construcción de equipos químicos.

Propiedades

Bueno y versátil: propiedades materiales del tántalo

El tántalo se cuenta entre los metales de alta fusión (también denominados “metales refractarios”). Los metales refractarios presentan un punto de fusión más elevado que el del platino (1772 °C). La energía de enlace entre los átomos concretos es especialmente elevada. Los metales refractarios cuentan con un punto de fusión elevado y, al mismo tiempo, con una presión del vapor baja. También son característicos de los metales refractarios una densidad elevada y un coeficiente de expansión térmico reducido.

En el sistema periódico, el tántalo se sitúa en el mismo periodo que el tungsteno. Al igual que el tungsteno, el tántalo presenta una densidad muy elevada de 16,6 g/cm³. Sin embargo, a diferencia del tungsteno, el tántalo se vuelve quebradizo en caso de producción en atmósferas con hidrógeno. Por lo tanto, este material se produce en alto vacío.

El tántalo es, con mucho, el metal refractario más resistente, y soporta prácticamente todos los ácidos y bases.

  • Propiedades físicas

    Son característicos de los metales refractarios el coeficiente de expansión térmica reducido y la densidad relativamente elevada. Lo mismo sucede con el tántalo. Mientras que la conductividad térmica del tántalo es más reducida en comparación con el tungsteno y el molibdeno, el tántalo presenta un coeficiente de expansión térmico superior al de muchos otros metales. Las propiedades termofísicas del tántalo cambian con la temperatura. Los siguientes diagramas muestran las curvas de los valores característicos más importantes:

    • Coeficiente de expansión térmica lineal del tántalo y el niobio
    • Capacidad de calor específica del tántalo y el niobio
    • Conductividad térmica del tántalo y el niobio
  • Propiedades mecánicas

    Los elementos disueltos intersticialmente, como el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno y el carbono, pueden alterar las propiedades mecánicas del tántalo incluso en bajas concentraciones. Además, la pureza del polvo de metal, el proceso de fabricación (calidad sinterizada o fundida), el grado de transformación y el tratamiento térmico también influyen en sus propiedades mecánicas.

    La estructura de cristal del tántalo, al igual que la del tungsteno y del molibdeno, es cúbica centrada en el cuerpo. La temperatura de transición frágil-dúctil de -200 °C es muy inferior a la temperatura ambiente. Por esta razón, el metal es muy maleable. Al aumentar la deformación, la resistencia a la tracción y la dureza también incrementan, mientras que el alargamiento de rotura disminuye. El material pierde ductilidad pero no se vuelve frágil.

    La estabilidad térmica es inferior a la del tungsteno, pero está en el rango del molibdeno puro. Para aumentar la estabilidad térmica, añadimos metales refractarios como el tungsteno.

    El módulo de elasticidad del tántalo es inferior al del tungsteno y al del molibdeno, es decir, al del hierro puro. El módulo de elasticidad disminuye al aumentar la temperatura.

    • Módulo de elasticidad del tántalo en comparación con el del tungsteno, el molibdeno y el niobio.

    Gracias a su alta ductilidad, el tántalo es especialmente adecuado para procesos de conformado sin virutas como el doblado, la estampación, el prensado o la embutición profunda. El mecanizado del tántalo es muy difícil: la viruta no se rompe correctamente. Por este motivo, recomendamos utilizar guías de arranque de viruta. El tántalo es muy soldable en comparación con el tungsteno y el molibdeno.

    ¿Tiene preguntas sobre el mecanizado de los metales refractarios? Estaremos encantados de ayudarle y asesorarle en base a nuestra amplia experiencia.

  • Comportamiento químico

    Como el tántalo es resistente a todo tipo de sustancias químicas, este material suele compararse con los metales nobles. Sin embargo, desde el punto de vista termodinámico, el tántalo es un metal base que puede formar compuestos estables con una gran variedad de elementos. El tántalo forma una capa de óxido muy densa (Ta2O5) en el aire, que impide el ataque químico al material de base. Esta capa de óxido hace que el tántalo sea muy resistente a la corrosión.

    Únicamente, el tántalo no es resistente a las siguientes sustancias inorgánicas a temperatura ambiente: ácido sulfúrico concentrado, flúor, fluoruro de hidrógeno, ácido fluorhídrico y soluciones ácidas que contengan iones fluoruro. Las soluciones alcalinas y el hidróxido sódico fundido, así como el hidróxido potásico, también atacan al tántalo. Sin embargo, este material es resistente a las soluciones acuosas de amoníaco. Si el tántalo se ve atacado, absorbe el hidrógeno en su entramado metálico y se vuelve frágil. Con el aumento de la temperatura, la resistencia a la corrosión del tántalo disminuye lentamente.

    El tántalo es inerte a muchas soluciones. Sin embargo, si el tántalo entra en contacto con mezclas de soluciones, la resistencia a la corrosión puede deteriorarse, aunque el tántalo sea resistente a los componentes individuales. ¿Tiene alguna pregunta sobre cuestiones complejas relacionadas con la corrosión? Estaremos encantados de ayudarle y asesorarle en base a nuestra experiencia y a nuestro propio laboratorio de corrosión.

    MEDIO RESISTENTE (+), NO RESISTENTE (-) NOTA
    Agua    
    Agua caliente < 150 °C +  
    Ácidos    
    Ácido fluorhídrico, HF -  
    Ácido clorhídrico, HCI + < 30 %, < 190 °C
    Ácido fosfórico, H3PO4 + < 85 %, < 150 °C
    Ácido sulfúrico, H2SO4 + < 98 %, < 190 °C
    Ácido nítrico, HNO3 + < 65 %, < 190 °C
    Ácidos orgánicos  
    Soluciones alcalinas    
    Solución de amoníaco, NH4OH + < 17 %, < 50 °C
    Hidróxido potásico, KOH + < 5 %, < 100 °C
    Carbonato de sodio, Na₂CO₃ + < 20 %, < 100 °C
    Sosa cáustica, NaOH + < 5 %, < 100 °C
    Halógenos    
    Flúor, F2 -  
    Cloro, Cl2 + < 150 °C
    Bromo, Br2 + < 150 °C
    Yodo, I2 + < 150 °C
    Elementos no metálicos    
    Boro, B + < 1000 °C
    Fósforo, P + < 150 °C
    Azufre, S + < 150 °C
    Gases    
    El tántalo no reacciona con los gases nobles. Por ello, se pueden utilizar gases nobles con un alto grado de pureza como gas protector. Sin embargo, al aumentar la temperatura, el tántalo reacciona muy intensamente con el oxígeno o con el aire y puede absorber grandes cantidades de hidrógeno y nitrógeno. Como resultado, el material se vuelve frágil. El recocido del tántalo en alto vacío permite eliminar estas contaminaciones. El hidrógeno desaparece a partir de los 800 °C y el nitrógeno a partir de los 1700 °C.
    Amoníaco, NH3 + < 700 °C
    Monóxido de carbono, CO + < 1100 °C
    Dióxido de carbono, CO2 + < 500 °C
    Hidrocarburos + < 800 °C
    Aire y oxígeno, O2 + < 300 °C
    Gases nobles (He, Ar, N2) +  
    Hidrógeno, H2 + < 340 °C
    Vapor de agua + < 200 °C
    Fundición    
    Si un material base como el tántalo entra en contacto con un material noble como el platino, se producen reacciones químicas muy rápidamente. Por lo tanto, hay que tener en cuenta el comportamiento del tántalo en relación con los demás materiales de construcción, especialmente si la temperatura operativa es alta.
    Aluminio, Al -  
    Berilio, Be -  
    Plomo, Pb + < 1000 °C
    Cesio, Cs + < 980 °C
    Cobre, Cu + < 1300 °C
    Galio, Ga + < 450 °C
    Hierro, Fe -  
    Litio, Li + < 1000 °C
    Magnesio, Mg + < 1150 °C
    Mercurio, Hg + < 600 °C
    Níquel, Ni -  
    Potasio, K + < 1000 °C
    Plata, Ag + < 1200 °C
    Sodio, Na + < 1000 °C
    Estaño, Sn + < 260 °C
    Zinc, Zn + < 500 °C
    Materiales de construcción de hornos    
    En los hornos de alta temperatura, el tántalo puede reaccionar con las piezas estructurales de óxidos refractarios o grafito. Incluso los óxidos muy estables, como el aluminio, el magnesio o el óxido de circonio, pueden reducirse en contacto con el tántalo a altas temperaturas. El contacto con el grafito puede dar lugar a la formación de carburo de tántalo y, por lo tanto, hacer que tántalo se vuelva más frágil. La combinación con otros metales refractarios, como el molibdeno o el tungsteno, no suele dar problemas, pero pueden producirse reacciones con el nitruro de boro hexagonal y el nitruro de silicio. Las temperaturas límite indicadas a continuación se aplican en vacío. Si se utiliza gas protector, estas temperaturas son entre 100 y 200 °C más bajas.
    Óxido de aluminio, Al2O3 + < 1900 °C
    Óxido de berilio, BeO + < 1600 °C
    Nitruro de boro hexagonal, BN + < 700 °C
    Grafito, C + < 1000 °C
    Óxido de magnesio, MgO + < 1800 °C
    Molibdeno, Mo +  
    Nitruro de silicio, Si3N4 + < 700 °C
    Óxido de torio, ThO2 + < 1900 °C
    Tungsteno, W +  
    Dióxido de circonio, ZrO2 + < 1600 °C

    Korrosionsverhalten von Tantal gegenüber ausgewählten Stoffen

    Fragilidad por hidrógeno
    Ácido sulfúrico 98 % a 250 °C Hidrógeno atómico > 25 °C
    Ácido clorhídrico 30 % a 190 °C Hidrógeno a 350 °C
    Hidrógeno a 350 °C Polarización catódica con materiales
    de disolución de bases

    Las medidas contra la fragilidad por hidrógeno son:

    • Aislamiento eléctrico de los metales
    • Polarización positiva de los metales (aprox. + 15 V)
    • Adición de agentes oxidantes a las soluciones
    • Uso de superficies metálicas conformadas
    • Contacto eléctrico con un metal más noble (por ejemplo, Pt, Au, Pd, Rh, Ru)

    La regeneración del tántalo frágil es posible mediante el recocido en alto vacío a 800 °C.

Características y aplicaciones

Características de calidad

Las propiedades de nuestro tántalo son tan únicas como versátiles sus aplicaciones industriales. Nos gustaría abordar brevemente dos de ellas:

  • Propiedades químicas y eléctricas a medida

    Gracias a su microestructura especialmente fina, el tántalo resulta especialmente adecuado para producir alambres muy finos con una superficie sin defectos de alta pureza para condensadores de tántalo. Definimos las propiedades químicas, eléctricas y mecánicas de nuestros alambres con gran precisión. Así, con nuestros productos contribuimos a obtener propiedades a medida y constantes de los componentes de construcción, además de a desarrollarlos de forma continua.

  • Resistencia excepcional y buena ductilidad en frío

    La excepcional resistencia, junto con las excelentes facilidad de conformación y soldabilidad, hacen del tántalo el material perfecto para intercambiadores de calor. Nuestros intercambiadores de calor de tántalo son especialmente estables y resistentes. Nuestra dilatada experiencia en el procesamiento del tántalo nos permite producir formas complejas siguiendo exactamente sus requisitos.

Yacimientos

Yacimientos naturales y preparación

El químico sueco Anders Gustav Ekeberg logró separar por primera vez en 1802 el pentóxido de tántalo  (Ta2O5) del mineral de columbita. El óxido recibe su nombre de Tántalo, personaje de la mitología griega: Tantalus (lat.) no podía saciar su sed, ya que el agua se alejaba siempre de su boca. Del mismo modo, el óxido de tántalo no puede reaccionar con ningún ácido. Jöns Jakob Berzelius propuso el símbolo químico Ta en el año 1814 y también fue la primera persona en producir tántalo elemental. No obstante, Heinrich Rose admitió que el tántalo producido solo constaba de tántalo en un 50 %. En el año 1844, Rose logró demostrar que el tántalo y el niobio eran elementos diferentes. No fue hasta 100 años más tarde cuando Werner von Bolton consiguió obtener tántalo puro mediante la reducción de heptafluorotantalato de potasio con sodio.

El tántalo se encuentra en la naturaleza, sobre todo, en forma de tantalita, con la fórmula (Fe, Mn) [(Nb,Ta)O3]2. Cuando predomina el componente de tántalo, el mineral se denomina tantalita, mientras que, si predominan el niobio, se llama columbina o niobita. Los principales yacimientos de tántalo se encuentran en Australia, Brasil y en algunos países africanos.

El mineral se enriquece a través de distintos métodos para crear concentrados del 70 % (Ta, Nb)2O5 . El concentrado obtenido se disuelve en una mezcla de ácido fluorhídrico y ácido sulfúrico. El complejo de fluoruro resultante (TaF7) se lleva a una fase orgánica por medio de una extracción de líquido. La fase orgánica se separa de la fase acuosa. A continuación, el tántalo se separa de la fase orgánica con hidrogenodifluoruro de potasio. Se produce heptafluorotantalato de potasio (K2TaF7). El compuesto de tántalo obtenido de este modo se reduce con sodio a un tántalo puramente metálico tras la consiguiente reacción química.

Proceso de producción

¿Cómo lo conseguimos? ¡Con pulvimetalurgia!

¿Pero qué es la pulvimetalurgia realmente? En la actualidad, como es sabido, la mayoría de los metales y aleaciones industriales, como los aceros, el aluminio y el cobre, se fabrican mediante fundición y su vertido en un molde. Sin embargo, la pulvimetalurgia omite el proceso de fundición y crea los productos compactando polvos de metal y, después, sometiéndolos a un tratamiento térmico (sinterización) por debajo de la temperatura de fusión del material. Los tres factores más importantes para la pulvimetalurgia son el polvo de metal, la compactación y la sinterización, y nosotros podemos controlarlos y optimizarlos internamente.

¿Por qué recurrimos a la pulvimetalurgia? La pulvimetalurgia permite producir materiales con un punto de fusión muy superior a los 2000 °C. El procedimiento resulta especialmente rentable incluso con cantidades de producción más reducidas. Además, las mezclas de polvo personalizadas permiten producir numerosos materiales especialmente homogéneos con propiedades específicas.

El polvo de tántalo se mezcla con elementos de aleación y, después, se introduce en moldes. A continuación tiene lugar un proceso de prensado con una presión de hasta 2000 bar. La pieza prensada resultante (que también recibe el nombre de “comprimido no sinterizado”) se sinteriza después en hornos especiales a temperaturas de más de 2000 °C. De esta forma, el material se vuelve denso y desarrolla su microestructura. Las propiedades especiales de nuestros materiales, como sus elevadas estabilidad térmica y dureza o su comportamiento de flujo, se obtienen mediante el conformado correcto, por ejemplo, a través de forja, laminación o estirado. Solo cuando tales pasos se combinan a la perfección podemos satisfacer nuestros exigentes requisitos de calidad y elaborar productos con una pureza y una calidad máximas.

    Óxido
    Reducción
    Mezclas de aleaciones
    Prensado
    Sinterización
    Conformado
    Tratamiento térmico
    Proceso de mecanización
    Control de calidad
    Reciclaje
ÓxidoMolymet (Chile) es el mayor procesador mundial de concentrados de mineral de molibdeno y nuestro principal proveedor de trióxido de molibdeno. El Grupo Plansee posee el 21,15 % de las acciones de Molymet. Global Tungsten & Powders (USA) es una división del Grupo Plansee y nuestro principal proveedor de polvos de metal de tungsteno.
Gama de productos

Resumen de productos semielaborados del tántalo y las aleaciones de tántalo:

 

Material Chapas
[espesor]
Cintas
[espesor]
Barras
[diámetro]
Tubos
        OD
[diámetro]
Espesor de pared
TaS 0,025-2 mm Bajo pedido Bajo pedido 2-52 mm 0,25-4 mm
TaK     Bajo pedido    
TaKS     Bajo pedido    
TaM 0,10-40 mm 0,050-0,400 mm 3,0-120 mm 2-52 mm 0,25-4 mm

 

Se pueden obtener otras dimensiones, así como componentes con otras formas y procesados según las especificaciones del cliente, bajo pedido.

Tienda en línea

Solicite chapas, barras, bandas y alambres, así como otros productos con dimensiones configurables de manera rápida y sencilla en nuestra tienda en línea.

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Descargas

¿Le gustaría saber más sobre el tántalo y sus aleaciones? ¿Desea obtener más información sobre mecanizado, técnicas de ensamblaje y tratamientos de superficies? Si es así, consulte nuestro folleto de materiales o nuestra ficha de datos de seguridad.

Ficha de datos de seguridad: Tántalo
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