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Tantale

Tantale

Le tantale intervient lorsqu’une résistance élevée à la corrosion est requise. Bien que le tantale ne soit pas un métal noble, ce matériau est comparable aux métaux précieux en termes de résistance chimique. Le tantale est également très malléable en des températures bien en dessous de la température ambiante, malgré sa structure cristalline cubique centrée. Cela constitue une très bonne configuration dans de nombreux milieux chimiques. À partir de notre matériau « inflexible », nous fabriquons, entre autres, des échangeurs de chaleur pour la fabrication d’appareils, des supports de charge pour la construction de fours, des implants pour les technologies médicales et des pièces de condensateurs pour l’industrie électronique.

Numéro atomique 73
Numéro CAS 7440-25-7
Masse atomique 180,95 [g/mol]
Point de fusion 2 996 °C
Point d'ébullition 5 458 °C
Densité à 20 °C 16,65 [g/cm3]
structure cristalline cubique centrée
Coefficient de dilatation thermique linéaire à 20 °C
6,4 × 10-6 [m/(mK)]
Conductibilité thermique à 20 °C
57,5 [W/(mK)]
Chaleur spécifique à 20 °C 0,14 [J/(gK)]
Conductivité électrique à 20 °C 8 × 106 [S/m]
Résistance électrique spécifique à 20 °C 0,125 [(Ωmm2)/m]
Gamme de matériaux

Du tantale pur ou plutôt un alliage ?

Vous pouvez compter sur notre qualité. Nous produisons nous-mêmes nos produits à base de tantale, de la poudre métallique au produit fini. Nous n’utilisons une poudre e tantale la plus pure comme matériau de départ. Nous garantissons ainsi une très grande pureté du matériau.

Nous garantissons une pureté de 99,95 % (pureté métallique sans Nb) de notre tantale en qualité frittée. D’après une analyse chimique, la partie restante est composée des éléments suivants :

Élément Valeur max. typique
[μg/g]
Valeur max. garantie
[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).

Nous garantissons une pureté de 99,95 % (pureté métallique sans Nb) de notre tantale en qualité fondue. D’après une analyse chimique, la partie restante est composée des éléments suivants :

Élément Valeur max. typique
[μg/g]
Valeur max. garantie
[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).

Nom du matériau Composition chimique
(pour cent en poids)
Qualité frittée
S
Tantale de qualité frittée (TaS)
Tantale de qualité condensateur(TaK)
Tantale à grains stabilisés (TaKS)
Ta2,5W
Ta10W
> 99,95
> 99,95
> 99,90
2,5 % W
10 % W
Qualité fondue M Tantale de qualité fondue > 99,95

Nous préparons notre tantale de manière optimale pour chaque application. Nous pouvons maîtriser les propriétés suivantes grâce à l’addition d’alliages divers :

  • propriétés physiques (comme le point de fusion, la pression de vapeur, la densité, la conductivité électrique, la conductibilité thermique, la dilatation thermique, la capacité de chaleur)
  • propriétés mécaniques (comme la résistance, le comportement à la rupture, la ductilité)
  • propriétés chimiques (comme la résistance à la corrosion, la résistance aux attaques)
  • usinabilité (procédés de coupe, comportement de mise en forme, de soudabilité)
  • microstructure et comportement de recristallisation (comme la température de recristallisation, la tendance à la fragilisation, les effets du vieillissement, la taille des grains).

Et ce n’est pas tout : en utilisant nos propres procédés de fabrication sur mesure, nous pouvons adapter différentes propriétés supplémentaires du tantale parmi une large plage de valeurs. Le résultat : des alliages de tantale avec différentes profils de propriétés, précisément conçus pour répondre à chaque application spécifique.

  • Tantale en qualité frittée (TaS)

    Le tantale pur de qualité frittée et le tantale pur de qualité fondue partagent les propriétés suivantes :

    • Point de fusion élevé à 2 996 °C
    • Bonne ductilité à froid
    • Recristallisation entre 900 °C et 1 450 °C (selon les niveaux de déformation et de pureté)
    • Résistance exceptionnelle aux solutions aqueuses et aux métaux en fusion
    • Supraconductivité
    • Bonne biocompatibilité

    Notre tantale en qualité frittée est utilisé pour les applications particulièrement délicates : Grâce à la production par métallurgie des poudres, le tantale en qualité frittée (TaS) est particulièrement pur et à grain fin. Ce matériau est donc très facile à travailler et se distingue par son excellente qualité de surface et ses bonnes propriétés mécaniques.

  • Tantale en qualité de condensateur (TaK)

    Pour une utilisation dans les condensateurs, nous recommandons notre tantale présentant une qualité de surface est particulièrement élevée (TaK). Ce tantale est utilisé sous forme de fil dans les condensateurs à base de tantale. Une capacité élevée, des courants de fuite et des résistances faibles ne peuvent être garantis qu’en utilisant des fils dépourvus de défauts de surface et d’impuretés.

  • Tantale en qualité fondue (TaM)

    Il n’est pas toujours nécessaire de choisir le plus cher. Le tantale de qualité fondue (TaM) est généralement moins cher à produire que le tantale de qualité frittée et est suffisant dans de nombreux cas. Mais, comparé au tantale de qualité frittée, ce matériau n’est pas aussi fin et homogène. Contactez-nous. Nous nous ferons un plaisir de vous conseiller.

  • Tantale à grains stabilisés (TaKS)

    Nous dopons notre tantale fritté à grains stabilisés avec du silicium, ce qui empêche la croissance de grain même à haute température. Ce tantale est donc parfait pour une utilisation à des températures très élevées. La microstructure à grains fins reste stable même après avoir été recuit à des températures pouvant atteindre environ 2 000 °C. Le maintien des excellentes propriétés mécaniques du matériau, comme sa ductilité et sa résistance, est donc garanti. Le tantale à grains stabilisés, sous forme de fils ou de tôles, est idéal pour le frittage sur des anodes de tantale ou pour des applications dans le domaine de la construction de fours.

  • Tantale-tungstène (TaW)

    Le tantale-tungstène (TaW) est caractérisé par de bonnes propriétés mécaniques et une excellente résistance à la corrosion. Nous ajoutons 2,5 à 10 pour cent en poids de tungstène au tantale pur. Cet alliage est donc jusqu’à 1,4 fois plus résistant que le tantale pur, tout en restant très malléable, et ce à des températures allant jusqu’à 1 600 °C. Notre TaW est donc particulièrement adapté aux échangeurs de chaleur et aux zones thermiques utilisées dans la construction d’équipements chimiques.

Propriétés

Un bon métal polyvalent : propriétés matérielles du tantale

Le tantale fait partie des métaux réfractaires. Les métaux réfractaires ont un point de fusion plus élevé que celui du platine (1772 °C). L’énergie de liaison des atomes est particulièrement élevée. Les métaux réfractaires ont un point de fusion élevé et une faible pression de vapeur. Les métaux réfractaires sont également caractérisés par une densité élevée et un coefficient de dilatation thermique faible.

Le tantale se trouve dans la même période du tableau périodique que le tungstène. Comme le tungstène, le tantale a une densité très élevée de 16,6 g/cm³. Contrairement au tungstène, le tantale devient cassant lors de sa production dans une atmosphère contenant de l’hydrogène. Le matériau est donc produit sous vide poussé.

Le tantale est de loin le plus résistant des métaux réfractaires. Il résiste à tous les acides et à toutes les bases.

  • Propriétés physiques

    Le faible coefficient de dilatation thermique et une densité relativement élevée sont typiques des métaux réfractaires. Il en est de même pour le tantale. Bien que la conductivité thermique du tantale soit inférieure à celle du tungstène et du molybdène, le tantale a un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de nombreux autres métaux. Les propriétés thermophysiques du tantale changent avec la température. Les diagrammes suivants montrent l’évolution des valeurs caractéristiques les plus importantes :

    • Coefficient de dilatation thermique linéaire du tantale et du niobium
    • Capacité de chaleur spécifique du tantale et du niobium
    • Conductibilité thermique du tantale et du niobium
  • Propriétés mécaniques

    Les éléments dissous dans les interstices, tels que l’oxygène, l’azote, l’hydrogène et le carbone, peuvent modifier les propriétés mécaniques du tantale, même à dans de faibles concentrations. De plus, la pureté de la poudre métallique, le procédé de fabrication (qualité frittée ou fondue), le niveau de déformation et le traitement thermique influencent ses propriétés mécaniques.

    Tout comme le tungstène et le molybdène, le tantale a une structure cristalline cubique centrée. La température de transition fragile-ductile de -200 °C est bien inférieure à la température ambiante. Le métal est alors très facile à travailler. Alors que la résistance à la traction et sa dureté augmentent avec le travail à froid, l’allongement à la rupture du matériau diminue. Le matériau perd en ductilité mais il ne devient pas pour autant fragile.

    La stabilité thermique du matériau est inférieure à celle du tungstène mais est proche de celle du molybdène pur. Pour accroître sa stabilité thermique, nous ajoutons des métaux réfractaires comme le tungstène à notre tantale.

    Le module d’élasticité du tantale est inférieur à celui du tungstène et à celui du molybdène et se rapproche de celui du fer pur. Le module d’élasticité diminue à mesure qu’a température augmente.

    • Module d’élasticité du tantale comparé à celui du tungstène, du molybdène et du niobium.

    Pour les procédés de mise en forme tels que le pliage, l’estampage, le pressage ou l’emboutissage, le tantale est fortement conseillé en raison de sa forte ductilité. L’usinage par enlèvement de copeaux du tantale est très difficile. Le copeau se casse mal. Nous recommandons donc l’utilisation de brise-copeaux. Le tantale présente une soudabilité optimale par rapport au tungstène et au molybdène.

    Vous avez des questions relatives au traitement mécanique des métaux réfractaires ? Nous nous ferons un plaisir de mettre notre expérience à votre disposition.

  • Comportement chimique

    Comme le tantale est résistant à tous les types de substances chimiques, ce matériau est souvent comparé aux métaux nobles. Cependant, en terme thermodynamique, le tantale est un métal de base qui peut néanmoins former des composés stables avec des éléments très divers. Exposé à l’air, le tantale forme une couche d’oxyde très dense (Ta2O5) qui protège le matériau de base des agressions. Cette couche d’oxyde rend donc le tantale résistant à la corrosion.

    À température ambiante, les seules substances inorganiques auxquelles le tantale ne résiste pas sont : l’acide sulfurique concentré, le fluor, le fluorure d’hydrogène, le fluorure d’hydrogène et les solutions acides contenant des ions fluorure. Les solutions alcalines, l’hydroxyde de sodium fondu et l’hydroxyde de potassium attaquent également le tantale. Par contre, le matériau résiste aux solutions aqueuses d’ammoniac. Si le tantale est exposé à une agression chimique, l’hydrogène pénètre son réseau métallique et le matériau devient fragile. La résistance à la corrosion du tantale chute progressivement lorsque la température augmente.

    Le tantale est inerte au contact d’un grand nombre de solutions. Cependant, si le tantale est exposé à des solutions mixtes, sa résistance à la corrosion peut être affectée même s’il est résistant aux différents composants pris séparément. Vous avez des questions sur des problèmes complexes de corrosion ? Nous nous ferons un plaisir de mettre notre expérience et notre laboratoire interne de corrosion à votre disposition.

    MOYEN RÉSISTANT (+), NON RÉSISTANT (-) REMARQUE
    Eau    
    Eau chaude < 150 °C +  
    Acides    
    Acide fluorhydrique, HF -  
    Acide chlorhydrique, HCI + < 30 %, < 190 °C
    Acide phosphorique, H3PO4 + < 85 %, < 150 °C
    Acide sulfurique, H2SO4 + < 98 %, < 190 °C
    Acide nitrique, HNO3 + < 65 %, < 190 °C
    Acides organiques  
    Solutions caustiques    
    Solution d'ammoniac, NH4OH + < 17 %, < 50 °C
    Hydroxyde de potassium, KOH + < 5 %, < 100 °C
    Carbonate de sodium, Na₂CO₃ + < 20 %, < 100 °C
    Hydroxyde de sodium, NaOH + < 5 %, < 100 °C
    Halogènes    
    Fluor, F2 -  
    Chlore, Cl2 + < 150 °C
    Brome, Br2 + < 150 °C
    Iode, I2 + < 150 °C
    Non-métal    
    Bore, B + < 1 000 °C
    Phosphore, P + < 150 °C
    Soufre, S + < 150 °C
    Gaz    
    Le tantale ne réagit pas avec les gaz nobles. De ce fait, les gaz nobles très purs peuvent être utilisés comme gaz protecteurs. Cependant, lorsque la température augmente, le tantale réagit très fortement avec l’oxygène ou l’air et peut absorber de grandes quantités d’hydrogène et d’azote. Cela rend le matériau fragile. Le recuit du tantale sous vide poussé permet de se débarrasser de ces impuretés. L’hydrogène est éliminé à 800 °C et l’azote à 1 700 °C.
    Ammoniac, NH3 + < 700 °C
    Monoxyde de carbone, CO + < 1 100 °C
    Dioxyde de carbone, CO2 + < 500 °C
    Hydrocarbures + < 800 °C
    Air et oxygène, O2 + < 300 °C
    Gaz nobles (He, Ar, N2) +  
    Hydrogène, H2 + < 340 °C
    Vapeur d'eau + < 200 °C
    Matériaux en fusion    
    Si un matériau non noble comme le tantale entre en contact avec un matériau noble comme le platine, des réactions chimiques se produisent très rapidement. Par conséquent, et en particulier à des températures de service élevées, il convient de prendre en compte le comportement du tantale en fonction des autres matériaux de construction.
    Aluminium, Al -  
    Beryllium, Be -  
    Plomb, Pb + < 1 000 °C
    Césium, Cs + < 980 °C
    Cuivre, Cu + < 1 300 °C
    Gallium, Ga + < 450 °C
    Fer, Fe -  
    Lithium, Li + < 1 000 °C
    Magnésium, Mg + < 1 150 °C
    Mercure, Hg + < 600 °C
    Nickel, Ni -  
    Potassium, K + < 1 000 °C
    Argent, Ag + < 1 200 °C
    Sodium, Na + < 1 000 °C
    Étain, Sn + < 260 °C
    Zinc, Zn + < 500 °C
    Matériaux de fabrication de fours    
    Dans les fours haute-température, le tantale peut réagir avec les pièces de construction en oxydes réfractaires et en graphite. Même les oxydes très stables tels que l’aluminium, le magnésium ou l’oxyde de zirconium peuvent être diminués à haute température lorsqu’ils sont en contact avec du tantale. Le contact avec le graphite peut provoquer la formation du carbure de tantale et fragiliser le tantale. Bien qu’il se combine généralement facilement avec d’autres métaux réfractaires comme le molybdène et le tungstène, le tantale peut réagir avec le nitrure de bore hexagonal et le nitrure de silicium. Les températures limites répertoriées sont valables sous vide. En cas d’utilisation d’un gaz protecteur, ces températures sont inférieures d’environ 100 °C à 200 °C.
    Alumine, Al2O3 + < 1 900 °C
    Oxyde de béryllium, BeO + < 1 600 °C
    Nitrure de bore hex., BN + < 700 °C
    Graphite, C + < 1 000 °C
    Oxyde de magnésium, MgO + < 1 800 °C
    Molybdène, Mo +  
    Nitrure de silicium, Si3N4 + < 700 °C
    Oxyde de thorium, ThO2 + < 1 900 °C
    Tungstène, W +  
    Zircone, ZrO2 + < 1 600 °C

    Korrosionsverhalten von Tantal gegenüber ausgewählten Stoffen

    Fragilisation par l’hydrogène
    Acide sulfurique 98 % à 250 °C Hydrogène atomique > 25 °C
    Acide chlorhydrique 30 % à 190 °C Hydrogène à 350 °C
    Hydrogène à 350 °C Polarisation cathodique avec matériaux dissolvants
    moins nobles

    Les mesures contre la fragilisation par l’hydrogène sont les suivantes :

    • Isolation électrique des métaux
    • Polarisation positive des métaux (env. + 15 V)
    • Ajout d’oxydants à la solution
    • Utilisation de surfaces métalliques mises en forme
    • Contact électrique avec un métal plus noble (ex. Pt, Au, Pd, Rh, Ru)

    Le tantale devenu fragile peut être régénéré par recuit sous vide poussé à 800 °C.

Caractéristiques et domaines d’application

Caractéristiques de qualité

Les applications industrielles de notre tantale sont aussi variées que ses propriétés sont uniques. Nous souhaitons vous en présenter deux d’entre elles :

  • Propriétés chimiques et électriques sur mesure

    En raison de sa microstructure particulièrement fine, le tantale est parfaitement adapté à l’étirage des fils les plus fins, avec une surface sans défaut et d’une grande pureté pour les condensateurs à base de tantale. Nous pouvons définir avec une grande précision les propriétés chimiques, électriques et mécaniques de nos fils. Nous contribuons ainsi, avec nos produits, à la personnalisation et à la stabilité des propriétés des composants, tout en les faisant évoluer en permanence.

  • Une résistance exceptionnelle et une bonne ductilité à froid

    La résistance exceptionnelle associée à une facilité de mise en forme et de soudage font du tantale le matériau idéal pour les échangeurs de chaleur. Nos échangeurs de chaleur en tantale sont particulièrement stables et résistants. Grâce à nos nombreuses années d’expérience dans l’usinage du tantale, nous fabriquons des produits aux formes complexes correspondant exactement à vos exigences.

Présence

Présence naturelle et préparation

En 1802, le chimiste suédois Anders Gustav Ekeberg a séparé pour la toute première fois le pentoxyde de tantale  (Ta2O5) d’un minerai, la columbite. Cet oxyde vient du nom d’un personnage de la mythologie grecque, Tantalus : Tantalus (Lat.) ne pouvait étancher sa soif car l’eau se retirait au moment de la mettre à la bouche. De la même manière, l’oxyde de tantale ne peut réagir avec aucun acide. Le symbole chimique Ta a été proposé par Jöns Jakob Berzelius en 1814. Il a été également le premier à produire du tantale élémentaire. Heinrich Rose a cependant reconnu que le tantale ainsi produit ne contenait que 50 % de tantale. En 1844, Rose a réussi à prouver que le tantale et le niobium étaient deux éléments différents bien distincts. Et ce n’est que 100 ans plus tard que Werner von Bolton a réussi à produire du tantale pur en réduisant de l’heptafluorotantalate de potassium avec du sodium.

L’état naturel le plus répandu du tantale est le minéral tantalite dont la formule est (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2. Lorsque ce minerai contient principalement du tantale, il est appelé tantalite ; s’il contient principalement du niobium, il est appelé columbite ou niobite. Les plus grands gisements de tantale au monde se trouvent en Australie, au Brésil et dans certains pays d’Afrique.

Les minerais sont affinés en plusieurs étapes pour obtenir des concentrés pouvant contenir jusqu’à 70 % de (Ta,Nb)2O5 . Le concentré obtenu est dissous à l’aide d’un mélange d’acide fluorhydrique et d’acide sulfurique. Le complexe de fluorure (TaF7) est ensuite converti dans une phase organique par extraction liquide. La phase organique est séparée de la phase aqueuse. Le tantale est ensuite séparé de la phase organique avec de l’hydrogénofluorure de potassium. Il en résulte de l’heptafluorotantalate de potassium (K2TaF7). Le composé de tantale ainsi obtenu est réduit avec du sodium après la réaction chimique ci-dessous pour donner du tantale métallique pur.

Procédé de production

Comment faisons-nous tout cela ? Avec la métallurgie des poudres !

Qu’est-ce que la métallurgie des poudres exactement ? Aujourd’hui, comme chacun sait, la plupart des métaux et alliages industriels, tels que les aciers, l’aluminium et le cuivre, sont mis en forme par fusion et moulage. La métallurgie des poudres, par contre, permet de se dispenser de l’opération de fusion, et les produits sont fabriqués par compression de poudres métalliques qui sont ensuite soumis à un traitement thermique (frittage) à une température inférieure à la température de fusion du matériau. Les trois paramètres les plus importants dans le domaine de la métallurgie des poudres sont la poudre métallique elle-même ainsi que les opérations de compression et de frittage. Nous pouvons les gérer et les optimiser en interne.

Pourquoi utilisons-nous à la métallurgie des poudres ? La métallurgie des poudres nous permet de produire des matériaux dont le point de fusion peut atteindre et même dépasser les 2 000 °C. Ce procédé est particulièrement bon marché même lors de la production de quantités limitées. D’autre part, les mélanges de poudre sur mesure permettent d’obtenir divers matériaux particulièrement homogènes aux propriétés ciblées.

La poudre de tantale est mélangée avec des éléments d’alliages puis mise dans des moules. Ce processus est suivi du processus de pressage à une pression allant jusqu’à 2 000 bars. La pièce pressée obtenue est une préforme (« appelée également corps vert ») est frittée dans des fours spéciaux à des températures dépassant les 2 000 °C. Au cours de ce procédé, la pièce acquiert sa densité et sa microstructure se forme. Les propriétés très spécifiques de nos matériaux, comme leur excellente stabilité thermique, leur dureté ou leurs caractéristiques de flux, sont dues à l’utilisation de méthodes de mise en forme appropriées, par exemple le forgeage, le laminage ou l’emboutissage. C’est uniquement qu’après un enchaînement parfait de ces étapes que nous pouvons respecter nos exigences strictes de qualité et fabriquer des produits d’une pureté et d’une qualité incomparables.

    Oxid
    Reduktion
    Mischen Legieren
    Pressen
    Sintern
    Umformen
    Wärme- behandlung
    Mechan. Bearbeitung
    Qualitäts- sicherung
    Recycling
OxidMolymet (Chile) ist der weltweit größte Verarbeiter von Molybdän-Erzkonzentraten und unser Hauptlieferant für Molybdäntrioxid. Die Plansee Group hält 21,15 % Anteile an Molymet. Global Tungsten & Powders (USA) ist eine Division der Plansee Group und unser Hauptlieferant für Wolfram-Metallpulver.
Gamme de produits

Aperçu des produits semi-finis en tantale et alliages de tantale :

 

Matériau Tôles
[épaisseur]
Rubans
[épaisseur]
Barres
[diamètre]
Tubes
        OD
[diamètre]
Épaisseur de paroi
TaS 0,025 – 2 mm Sur demande Sur demande 2 – 52 mm 0,25 – 4 mm
TaK     Sur demande    
TaKS     Sur demande    
TaM 0,10 – 40 mm 0,050 – 0,400 mm 3,0 – 120 mm 2 – 52 mm 0,25 – 4 mm

 

D’autres dimensions ainsi que des pièces mises en forme et usinées ou des pièces finies selon les exigences du client sont disponibles sur demande.

Boutique en ligne

Commandez rapidement et facilement des tôles, des barres, des rubans et des fils ainsi que d’autres produits dans des dimensions configurables sur notre boutique en ligne.

Découvrez nos produits sur la boutique en ligne Plansee

Téléchargements

Vous voulez en savoir plus sur le tantale et ses alliages ? Vous souhaitez obtenir plus d’informations sur l’usinage, les technologies d’assemblage et le traitement de surface ? Lisez alors notre brochure sur les matériaux ou consultez notre fiche technique de sécurité.

Brochure "Tantalum. Material properties and alloys"
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