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Tantale: Propriétés et utilisation

Poudre de 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 en fait un métal précieux pour une variété d’applications industrielles. Notre matériau fabrique composants pour construction de fours, implants pour technologie médicale, composants pour implantation ionique et semi-produits.

Informations utiles sur le tantale

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 8,0 × 106 [S/m]
Résistance électrique spécifique à 20 °C 0,125 [(Ωmm2)/m]
Caractéristiques et domaines d’application

Avantages et caractéristiques de qualité du tantale

Les applications industrielles de notre tantale sont aussi variées que ses propriétés sont uniques. L’excellente résistance associée à une mise en forme et une soudabilité rend le tantale idéal pour les composants et pièces stables dans diverses industries. Grâce à nos nombreuses années d’expérience dans l’usinage du tantale, nous fabriquons des produits aux formes complexes correspondant exactement à vos exigences. Jetez un œil à nos produits en tantale :

Nos produits à base de tantale

Tôles

Semi-produits, notamment tôles

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Propriétés

Tantale : Propriétés

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. Avec une densité de 16,65 g/cm³, le tantale a une densité similaire à celle du tungstène. Contrairement au tungstène, le tantale se fragilise dans une atmosphère contenant de l'hydrogène et est donc fritté sous un vide poussé.

Le tantale est de loin le métal réfractaire le plus durable et, à l'exception de l'acide fluorhydrique, il résiste également aux acides. 

  • Quelles sont les caractéristiques physiques du tantale ?

    Le faible coefficient de dilatation thermique et une densité relativement élevée sont typiques des métaux réfractaires. Il en est de même pour le tantale. Cependant, la conductivité thermique du tantale est inférieure à celle du tungstène et du molybdène. 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
  • Quelles sont les caractéristiques mécaniques du tantale ?

    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, le processus de fabrication, 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. Cependant, le matériau ne se fragilise pas.

    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.

  • Quel est le comportement chimique du tantale ?

    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 : 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

    Résistance du tantale à la corrosion par des substances sélectionnées

    Fragilisation par l’hydrogène
    Acide sulfurique 98 % à 250 °C Hydrogène atomique > 25 °C
    Acide chlorhydrique 30 % à 190 °C Hydrogène à 350 °C
    Acide fluorhydrique 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.

Gamme de matériaux

Du tantale pur ou plutôt un alliage ? Nous nous ferons un plaisir de vous conseiller !

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. Vous trouverez plus d’informations sur notre processus de production de la métallurgie des poudres dans la section ci-dessous.

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

La présence de Cr (VI) et des impuretés organiques peuvent être exclues définitivement en raison du procédé de production (multiple traitements thermique au dessus de 1000 °C sous vide) 

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

La présence de Cr (VI) et des impuretés organiques peuvent être exclues définitivement en raison du procédé de production (multiple traitements thermique au dessus de 1000 °C sous vide) 

Nom du matériau Composition chimique
(pour cent en poids)
Qualité frittée
S
Tantale de qualité frittée
(TaS)
> 99,95
TaW2,5 2,5 % W
TaW10 10 % W
Qualité fondue M Tantale de qualité fondue (TaM) > 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 densité, la conductivité électrique, la conductibilité thermique, la dilatation thermique)
  • propriétés mécaniques (comme la résistance, 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 taille de grain)

Et ce n’est pas tout : en utilisant nos procédés de fabrication sur mesure, nous pouvons adapter différentes propriétés du tantale parmi une large plage de valeurs. Le résultat : Alliages de tantale avec différents profils de propriétés adaptés avec précision à l’application concernée.

 

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

  • Point de fusion élevé de 2 996 °C
  • Bonne ductilité à froid
  • Recristallisation entre 800 °C et 1 200 °C (en fonction du niveau de déformation et de la pureté)
  • Résistance exceptionnelle aux solutions aqueuses et aux métaux en fusion
  • Supraconductivité
  • Bonne biocompatibilité
  • Tantale en qualité frittée (TaS)

    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 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-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. Nos alliages TaW sont donc particulièrement adaptés aux échangeurs de chaleur et aux zones thermiques utilisées dans la construction d’équipements chimiques ainsi que les composants des industries aéronautique et aérospatiale. 

Contact

Vous cherchez un matériau adapté à votre application ? N'hésitez pas à nous contacter directement.

État et approvisionnement

État du tantale et approvisionnement durable

  • Où trouve-t-on du tantale à l’état naturel ?

    En 1802, le chimiste suédois Anders Gustav Ekeberg a séparé pour la toute première fois le pentoxyde de tantale (Ta2O5) d’un minéral de 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. Si 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.

Approvisionnement de tantale conforme au RMAP

Le tantale est parfois extrait dans des régions considérées comme des zones de conflit à haut risque, et a donc été classé comme « minéral de conflit ». En tant qu’entreprise responsable, nous sommes particulièrement regardants sur l’origine de nos matières premières.

Les mesures comme le certificat de reconnaissance RMAP nous évitent d’acheter des matières premières douteuses sur le plan social, éthique ou écologique.

Par cet engagement volontaire, nous démontrons l’origine irréprochable de notre tantale, certifié par la Responsible Minerals Initative (RMI). Le comité d'audit de la Responsible Business Alliance (RBA) a confirmé que notre approvisionnement en tantale est conforme au RMAP. Pour les clients Plansee, le certificat est également une preuve indépendante que nous respectons le Responsible Minerals Assurance Process (RMAP).

En savoir plus sur le sujet de la durabilité
Procédé de production

Production de tantale par 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.

De la poudre de tantale au produit
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.

    Oxyde
    Réduction
    Mélanges d’alliages
    Pressage
    Frittage
    Mise en forme
    Traitement thermique
    Traitement mécan.
    Assurance qualité
    Recyclage
OxydeMolymet (Chili) est le plus grand transformateur au monde de concentrés de minerai de molybdène et notre principal fournisseur de trioxyde de molybdène. Le groupe Plansee détient 21,15 % des actions de Molymet. Global Tungsten & Powders (USA) est une division du groupe Plansee et notre principal fournisseur de poudre métallique de tungstène.
Gamme de produits

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

 

Matériau Tôles
[épaisseur]
Rubans
[épaisseur]
Barres
[diamètre]
Tubes
         
TaS Sur demande Sur demande Sur demande Sur demande
TaM 0,10 – 40 mm Sur demande 3,0 – 120 mm Sur demande

 

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

Produits en tantale dans la boutique en ligne de Plansee

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Téléchargements

Fiche technique du tantale

Vous voulez en savoir plus sur le tantale et ses alliages ? Consultez ici nos fiches techniques de produits.

Fiche technique de produit : Tantale
FAQ

Questions fréquemment posées sur le matériau tantale

  • À quoi sert le tantale ?

    Grâce à ses propriétés, le tantale est le matériau parfait pour les échangeurs de chaleur destinés à la construction d’appareils. Par ailleurs, nous fabriquons des racks en tantale pour la construction des fours, des implants pour la technologie médicale et des pièces de condensateurs pour l’industrie électronique.

  • D’où vient le nom Tantale ?

    En 1802, le chimiste suédois Anders Gustav Ekeberg a séparé pour la toute première fois le pentoxyde de tantale (Ta2O5) d’un minéral de 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.

  • Où le tantale est-il extrait ?

    L’état naturel le plus répandu du tantale est le minéral tantalite dont la formule est (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2.  Les plus grands gisements de tantale au monde se trouvent en Australie, au Brésil et dans certains pays d’Afrique.

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