Тантал

Тантал — это разумный выбор для всех сфер применения, где требуется высокая коррозионная стойкость. Хотя тантал и не относится к благородным металлам, он сравним с ними по своей химической устойчивости. Кроме того, тантал легко поддается формовке даже при температуре ниже комнатной благодаря своей объемноцентрированной кубической кристаллической структуре. Высокая коррозионная стойкость тантала делает его ценным материалом для использования в самых различных химических средах. Мы используемый наш «неподатливый» материал, например, для теплообменников для сектора приборостроения, загрузочных поддонов для строительства печей, имплантатов для медицинской техники и компонентов конденсаторов для электронной промышленности.

Танталовые листы
Танталовые листы
Танталовая проволока
Танталовая проволока
Свойства тантала
Атомное число73
CAS 7440-25-7
Атомная масса 180,95
Температура плавления 2996 °C
Температура кипения5458 °C
Атомный объем 0,0180 [нм3]
Плотность при 20 °C 16,65 [г/см3]
Кристаллическая структура объемноцентрированная кубическая
Постоянная кристаллической решетки 330 [пм]
Наличие в земной коре 2,0 [г/т]
Сферы применения
Сферы применения
Тантал, сплавы
Сплавы
Тантал, свойства
Свойства
Распространенность в природе и подготовка
Распространенность
Порошковая металлургия
Порошковая
металлургия

Гарантированная чистота

Вы можете быть уверенными в качестве нашей продукции. Мы изготавливаем наши продукты из тантала сами — от металлического порошка до готового продукта. В качестве исходного материала мы используем только чистейший танталовый порошок. Так мы гарантируем вам чрезвычайно высокую чистоту материала.

Мы гарантируем качество чистоты спеченного тантала99,95 % (чистота металла без ниобия). Согласно химическим анализам, остаточное содержание состоит из следующих элементов:

Элемент Стандартное макс. значение [мкг/г] Гарантированное макс. значение
[мкг/г]
Fe1750
Mo1050
Nb10100
Ni550
Si1050
Ti110
W2050
C1150
H215
N550
O81150
Cd510
Hg*--1
Pb510

Присутствие Сr(VI) и органических примесей исключено производственным процессом (многократная термообработка при температуре выше 1000 °C в атмосфере высокого вакуума). * Исходная величина.

Мы гарантируем качество чистоты тантала полученного путем плавки — 99,95 % (чистота металла без ниобия) Согласно химическим анализам, остаточное содержание состоит из следующих элементов:

Элемент Типичное значение макс. [мкг/г] Гарантированное значение [мкг/г]
Fe5100
Mo10100
Nb19400
Ni550
Si1050
Ti150
W20100
C1030
H415
N550
O13100
Cd--10
Hg*--1
Pb--10

Присутствие Сr(VI) и органических примесей исключено производственным процессом (многократная термообработка при температуре выше 1000 °C в атмосфере высокого вакуума). * Исходная величина.

Материал с особыми талантами

Насколько уникальны свойства нашего тантала, настолько же специфичны и сферы его применения в промышленности. Ниже мы кратко представим вам две из них:

Индивидуально подобранные химические и электрические свойства.

Благодаря чрезвычайно мелкой микроструктуре тантал является идеальным материалом для производства ультратонкой проволоки с безупречной, исключительно чистой поверхностью для использования в танталовых конденсаторах. Мы можем с высокой степенью точности определять химические, электрические и механические свойства такой проволоки. Так, мы обеспечиваем нашим клиентам индивидуально подобранные и стабильные свойства компонентов, которые мы постоянно развиваем и улучшаем.

Превосходная стойкость и высокая пластичность в холодном состоянии

Превосходная стойкость в сочетании с отличной формуемостью и свариваемостью делают тантал идеальным материалом для теплообменников. Наши танталовые теплообменники исключительно стабильны и устойчивы в целом ряду агрессивных сред. Обладая многолетним опытом обработки тантала, мы также можем изготовлять продукты сложной геометрии, точно отвечающие вашим требованиям.

Чистый тантал или все же сплав?

Мы оптимальным образом подготавливаем наш тантал к любым применениям. При помощи различных легирующих элементов мы можем изменять следующие свойства вольфрама:

  • физические свойства (например, температура плавления, давление пара, плотность, электропроводность, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость)
  • механические свойства (например, прочность, механизм разрушения, пластичность)
  • химические свойства (например, коррозионная стойкость, травимость)
  • обрабатываемость (например, машинная обработка, формуемость, свариваемость)
  • структура и характеристики рекристаллизации (например, температура рекристаллизации, склонность к появлению хрупкости, эффект старения, размер зерен)

И это еще не все: используя наши специальные технологии производства, мы можем изменять различные другие свойства тантала в широком диапазоне. Результат: две различные технологии производства тантала и сплавы, обладающие различными свойствами, точно отвечающие требованиям конкретного применения.

Название материала Химический состав (массовая доля)
Тантал, полученный спеканием SТантал, полученный спеканием (TaS)
Тантал для конденсаторов (TaK)
Стабилизированный тантал (TaKS)
Ta2.5W
Ta10W
>99,95
>99,95
>99,90
2,5 масс. %
10 масс. %
Тантал, полученный плавкой МТантал, полученный плавкой > 99,95

Тантал, полученный спеканием (TaS).

Чистый тантал, полученный спеканием, и чистый тантал, полученный плавкой, обладают следующими общими характеристиками:

  • высокая температура плавления, составляющая 2996 °C
  • превосходная пластичность в холодном состоянии
  • рекристаллизация при температуре от 900 до 1450 °C (в зависимости от степени деформации и чистоты)
  • превосходная стойкость в водных растворах и расплавах металлов
  • сверхпроводимость
  • высокий уровень биологической совместимости

Когда предстоит чрезвычайно тяжелая работа, поможет наш тантал, полученный спеканием: благодаря используемому нами методу порошковой металлургии тантал, полученный спеканием, (TaS) обладает чрезвычайно мелкозернистой структурой и высокой чистотой. В связи с этим материал крайне легко поддается формовке и отличается высочайшим качеством поверхности и хорошими механическими свойствами.

Для использования в конденсаторах мы рекомендуем одну из разновидностей нашего тантала с чрезвычайно высоким качеством поверхности (TaK). Такой тантал используется в виде проволоки в танталовых конденсаторах. Высокую емкость, низкий ток утечки и низкое сопротивление можно гарантировать только тогда, когда используется проволока, не имеющая дефектов и примесей.

Тантал, полученный плавкой (TaM)

Не всегда требуется лучшее из лучшего. Тантал, полученный плавкой, (TaM), как правило, более экономичен в производстве, чем тантал, полученный спеканием, а его качества достаточно для многих сфер применения. Однако этот материал не такой мелкозернистый и однородный, как тантал, полученный спеканием. Просто свяжитесь с нами. Мы будем рады проконсультировать вас.

Стабилизированный тантал (TaKS)

Мы легируем наш спеченный стабилизированный тантал кремнием, что позволяет предотвратить рост зерен даже при высокой температуре. Это делает наш тантал пригодным для использования даже при крайне высокой температуре. Мелкозернистая микроструктура остается стабильной даже после отжига при температуре до 2000 °C. Этот процесс позволяет сохранить превосходные механические свойства материала, такие как его пластичность и прочность. Стабилизированный тантал в виде проволоки или листов идеально подходит для производства танталовых анодов методом спекания или для использования в секторе строительства печей.

Тантал-вольфрам (TaW) отличается хорошими механическими свойствами и превосходной коррозионной стойкостью. Мы добавляем от 2,5 до 10 процентов по весу вольфрама в чистый тантал. Хотя полученный сплав в 1,4 раза прочнее чистого тантала, его легко обрабатывать при температурах до 1600 °C. Поэтому наш сплав TaW особенно хорошо подходит для теплообменников и нагревательных элементов, используемых в химической промышленности.

Хорош во всех отношениях. Характеристики тантала.

Тантал относится к группе тугоплавких металлов. Тугоплавкие металлы имеют температуру плавления выше температуры плавления платины (1772 °C). Энергия, связывающая отдельные атомы, чрезвычайно высока. Высокая температура плавления тугоплавких металлов сочетается с низким давлением пара. Тугоплавкие металлы также отличаются высокой плотностью и низким коэффициентом теплового расширения.

В периодической таблице тантал находится в том же периоде, что и вольфрам. Как и вольфрам, тантал имеет очень высокую плотность — 16,6 г/см3. Однако, в отличие от вольфрама, тантал становится хрупким во время производственных операций с участием водородной атмосферы. Поэтому материал производится в высоком вакууме.

Тантал, несомненно, является наиболее устойчивым из тугоплавких металлов. Он устойчив во всех кислотах и основаниях и обладает крайне специфическими свойствами:

Свойства
Атомное число73
Атомная масса 180,95
Температура плавления 2996 °C/3269 °K
Температура кипения5458 °C/5731 °K
Атомный объем 1,80 · 10-293]
Давление парапри 1800 °C
при 2200 °C
5 · 10-8 [Па]
7 · 10-5 [Па]
Плотность при 20 °C (293 °K) 16,65 [г/см3]
Кристаллическая структура объемноцентрированная кубическая
Постоянная кристаллической решетки 330 [пм]
Твердость при 20 °C (293 °K) деформированный
рекристаллизованный
120–220 [HV10]
80–125 [HV10]
Модуль упругости при 20 °C (293 °K) 186 [ГПa]
Коэффициент Пуассона 0,35
Коэффициент линейного теплового расширения при 20 °C (293 °K) 6,4 · 10-6 [м/(м·K)]
Теплопроводность при 20 °C (293 °K) 57,5 [Вт/(м•K)]
Удельная теплоемкость при 20 °C (293 °K) 0,14 [Дж/(г·K)]
Электропроводность при 20 °C (293 °K) 8 · 106[1/Ом•м)]
Удельное электрическое сопротивление при 20 °C (293 °K) 0,125 [(Ом·мм2)/м]
Скорость звука при 20 °C (293 °K) Продольная волна
Поперечная волна
4100 [м/с]
2900 [м/с]
Работа выхода электрона 4,3 [эВ]
Сечение захвата тепловых нейтронов 2,13 · 10-272]
Температура рекристаллизации (продолжительность отжига: 1 час) 900–1450 °C
Сверхпроводящий (температура перехода) < -268,65 °C / < 4,5 °K

Термофизические свойства

Тугоплавкие металлы, как правило, имеют низкий коэффициент теплового расширения и относительно высокую плотность. Это касается и тантала. Хотя теплопроводность тантала ниже, чем у вольфрама и молибдена, материал имеет более высокий коэффициент теплового расширения, чем многие другие металлы.

Теплофизические свойства тантала изменяются при изменении температуры. На графиках ниже показаны кривые изменения наиболее важных переменных:

Коэффициент линейного теплового расширения тантала и ниобия
Коэффициент линейного теплового расширения тантала и ниобия
Удельная теплоемкость тантала и ниобия
Удельная теплоемкость тантала и ниобия
Теплопроводность тантала и ниобия
Теплопроводность тантала и ниобия

Механические свойства

Даже малые количества таких элементов, образующих твердый раствор внедрения, как кислород, азот, водород и углерод, могут изменить механические свойства тантала. Кроме того, для изменения его механических свойств используются такие факторы, как чистота металлического порошка, технология производства (спекание или плавка), степень холодной обработки и тип термической обработки.

Как и вольфрам и молибден, тантал имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку. Температура хрупко-вязкого перехода тантала составляет -200 °C, что значительно ниже комнатной температуры. Благодаря этому металл крайне легко поддается формовке. В процессе холодной обработки повышается предел прочности и твердость металла, но одновременно снижается удлинение при разрыве. Хотя материал теряет пластичность, он не становится хрупким.

Термостойкость материала ниже, чем у вольфрама, но сравнима с термостойкостью чистого молибдена. Для повышения термостойкости мы добавляем в наш тантал тугоплавкие металлы, например, вольфрам.

Модуль упругости тантала ниже, чем у вольфрама и молибдена, и сравним с модулем упругости чистого железа. Модуль упругости снижается при повышении температуры.

Модуль упругости тантала в сравнении с вольфрамом, молибденом и ниобием.
Модуль упругости тантала в сравнении с вольфрамом, молибденом и ниобием.

Механические свойства

Благодаря высокой пластичности тантал оптимально подходит для формовочных процессов, таких как гибка, штамповка, прессование или глубокая вытяжка. Тантал с трудом поддается машинной обработке. Стружка плохо отделяется. По этой причине мы рекомендуем использовать стружкоотводные ступеньки. Тантал отличается превосходной свариваемостью в сравнении с вольфрамом и молибденом.

У вас есть вопросы о механической обработке тугоплавких металлов? Мы будем рады помочь вам, используя наш многолетний опыт.

Химические свойства

Поскольку тантал является стойким к любым типам химических веществ, этот материал часто сравнивают с драгоценными металлами. Однако в термодинамическом отношении тантал является основным металлом, который, тем не менее, может образовывать стабильные соединения с широким спектром элементов. При воздействии воздуха тантал образует очень плотный оксидный слой (Ta2O5), который защищает основной материал от агрессивного воздействия. Этот оксидный слой делает тантал устойчивым к коррозии.

При комнатной температуре тантал не является устойчивым только в следующих неорганических веществах: концентрированная серная кислота, фтор, фтороводород, фтористоводородная кислота и растворы кислот, содержащие ионы фтора. Щелочные растворы, расплавленный гидроксид натрия и гидроксид калия также оказывают химическое воздействие на тантал. В то же время материал устойчив в водном растворе аммиака. Если тантал подвергается химическому воздействию, водород проникает в его кристаллическую решетку, и материал становится хрупким. Коррозионная стойкость тантала постепенно снижается при повышении температуры.

Тантал является инертным по отношению ко многим растворам. Однако, если тантал подвергается воздействию смешанного раствора, то его коррозионная стойкость может снизиться, даже если он устойчив в отдельных компонентах такого раствора. У вас есть сложные вопросы по коррозии? Мы будем рады помочь вам, используя наш опыт и нашу собственную лабораторию по исследованию коррозии.

Коррозионная стойкость в воде, водных растворах и в среде неметаллов
Вода Горячая вода < 150 °C стойкий
Неорганические кислоты Соляная кислота < 30 % до 190 °C
Серная кислота < 98 % до 190 °C
Азотная кислота < 65 % до 190 °C
Фтористо-водородная кислота < 60 %
Фосфорная кислота < 85 % до 150 °C
стойкий
стойкий
стойкий
нестойкий
стойкий
Органические кислоты Уксусная кислота < 100 % до 150 °C
Щавелевая кислота < 10 % до 100 °C
Молочная кислота < 85 % до 150 °C
Винная кислота < 20 % до 150 °C
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
Щелочные растворы Гидроксид натрия < 5 % до 100 °C
Гидроксид калия < 5 % до 100 °C
Аммиачные растворы < 17 % до 50 °C
Карбонат натрия < 20 % до 100 °C
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
Соляные растворы Хлорид аммония < 150 °C
Хлорид кальция < 150 °C
Хлорид железа < 150 °C
Хлорат калия < 150 °C
Биологические жидкости < 150 °C
Сульфат магния < 150 °C
Нитрат натрия < 150 °C
Хлорид олова < 150 °C
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
Неметаллы Фтор
Хлор < 150 °C
Бром < 150 °C
Йод < 150 °C
Сера < 150 °C
Фосфор < 150 °C
Бор < 1000 °C
не стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий
стойкий

Тантал устойчив в некоторых расплавах металлов, таких как Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, °K, Li, Mg, Na и Pb, при условии что эти расплавы содержат малое количество кислорода. Однако этот материал подвержен воздействию Al, Fe, Be, Ni и Co.

Коррозионная стойкость в расплавах металлов
Алюминий нестойкий Литий стойкий при
< 1000 °C
Бериллий нестойкий Магний стойкий при температуре < 1150 °C
Свинец стойкий при
< 1000 °C
Натрий стойкий при
< 1000 °C
Кадмий стойкий при
< 500 °C
Никель нестойкий
Цезий стойкий при температуре < 980 °C Ртуть стойкий при температуре < 600 °C
Железо нестойкий Серебро стойкий при
< 1200 °C
Галлий стойкий при температуре < 450 °C Висмут стойкий при температуре < 900 °C
Калий стойкий при
< 1000 °C
Цинк стойкий при
< 500 °C
Медь стойкий при температуре < 1300 °C Олово стойкий при температуре < 260 °C
Кобальт нестойкий

Когда неблагородный металл, например тантал, вступает в контакт с благородными металлами, например платиной, очень быстро возникает химическая реакция. В связи с этим необходимо учитывать реакцию тантала с другими материалами, присутствующими в системе, особенно при высокой температуре.

Тантал не вступает в реакцию с инертными газами. По этой причине инертные газы высокой чистоты могут использоваться в качестве защитных газов. Однако при повышении температуры тантал активно вступает в реакцию с кислородом или воздухом и может поглощать большое количество водорода и азота. Это делает материал хрупким. Устранить эти примеси позволяет отжиг тантала в высоком вакууме. Водород исчезает при температуре 800 °C, а азот — при 1700 °C.

Коррозионная стойкость в газовой среде
Кислород и воздух стойкий при температуре < 300 °C Водяной пар стойкий при температуре < 200 °C
Водород стойкий при температуре < 340 °C Угарный газ стойкий при температуре < 1100 °C
Азот стойкий при
< 700 °C
Углекислый газ стойкий при
< 500 °C
Углеводороды стойкий при температуре < 800 °C Инертные газы стойкий
Аммиак стойкий при
< 700 °C

В высокотемпературных печах тантал может вступать в реакцию с деталями конструкции, изготовленными из тугоплавких оксидов или графита. Даже очень устойчивые оксиды, такие как оксид алюминия, магния или циркония, могут подвергаться восстановлению при высокой температуре, если они вступают в контакт с танталом. При контакте с графитом может образовываться карбид тантала, что приводит к повышению хрупкости тантала. Хотя обычно тантал можно легко комбинировать с другими тугоплавкими металлами, например, молибденом или вольфрамом, он может вступать в реакцию с гексагональным нитридом бора и нитридом кремния.

В таблице ниже указана коррозионная стойкость материала по отношению к термостойким материалам, используемым при строительстве промышленных печей. Указанные предельные температуры действительны для вакуума. При использовании защитного газа эти температуры примерно на 100–200 °C ниже.

Коррозионная стойкость по отношению к термостойким материалам, используемым при строительстве промышленных печей
Оксид алюминия стойкий при температуре < 1900 °C Молибден стойкий
Оксид бериллия стойкий при температуре < 1600 °C Нитрид кремния стойкий при
< 700 °C
Гексагональный. нитрид бора стойкий при
< 700 °C
Оксид тория стойкий при температуре < 1900 °C
Графит стойкий при
< 1000 °C
Вольфрам стойкий
Оксид магния стойкий при температуре < 1800 °C Оксид циркония стойкий при температуре < 1600 °C
Водородная хрупкость
Серная кислота 98 % при 250 °C Атомарный водород > 25 °C
Соляная кислота 30 % при 190 °C Водород при 350 °C
Фтористоводородная кислота Катодная поляризация с менее благородными растворяющимися материалами

Ниже указаны меры против водородной хрупкости:

  • электрическая изоляция металлов
  • положительная поляризация металлов (прибл. + 15 В)
  • добавление окислителей в раствор
  • использование формованных металлических поверхностей
  • электрический контакт с более благородным металлом (например, Pt, Au, Pd, Rh, Ru)

Тантал, ставший хрупким, можно регенерировать посредством отжига в высоком вакууме при температуре 800 °C.

Распространенность в природе и подготовка

В 1802 году шведский химик Андерс Густав Экеберг впервые выделил пятиокись тантала (Ta2O5) из колумбитовой руды. Оксид назван в честь Тантала, одного из персонажей греческой мифологии: Тантал (лат.) никогда не мог удовлетворить свою жажду, поскольку вода вокруг него всегда отступала до того, как он успевал до нее дойти. Таким же образом оксид тантала не может реагировать ни с одной кислотой. Химический символ Та был предложен Йенсом Якобом Берцелиусом в 1814 году. Кроме того, Берцелиус стал первым человеком, который получил элементарный тантал. Тем не менее Генрих Роуз признал, что тантал, полученный таким способом, на самом деле состоял только из 50 % тантала. В 1844 году Роуз доказал, что тантал и ниобий являются различными и особыми элементами. И только спустя 100 лет Вернер фон Болтон смог произвести чистый тантал, восстановив гептафторотанталат калия натрием.

В природе тантал чаще всего встречается в виде танталовой руды, которая имеет формулу (Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2. Если в руде преобладает содержание тантала, то руду называют танталитом. Когда в руде присутствует больше ниобия, чем тантала, ее называют колумбитом или ниобитом. Крупнейшие в мире месторождения тантала можно найти в Австралии, Бразилии и ряде африканских стран.

Для очистки руды используют различные способы, чтобы получить концентраты приблизительно с 70 % (Ta,Nb)2O5. Затем концентрат растворяют в смеси фтороводородной и серной кислот. После этого полученный фторидный комплекс [TaF7] преобразуют в органическую фазу с помощью процесса жидкостной экстракции. Органическая фаза отделяется от водной фазы. Затем тантал отделяют от органической фазы с помощью фтористого калия. В этом процессе получают гептафторотанталат калия (K2TaF7). Затем полученное таким образом соединение тантала восстанавливают с помощью натрия в химической реакции, приведенной ниже, с получением чистого металлического тантала.

Как мы это делаем? Порошковая металлургия!

Так что же такое порошковая металлургия? Как известно, сейчас большинство промышленных металлов и сплавов, таких как стали, алюминий и медь, производятся методом плавки и литья в формы. В порошковой металлургии плавка, наоборот, не используется, и продукты производятся путем прессования металлических порошков, которые затем подвергаются термической обработке (спеканию) при температуре ниже температуры плавления материала. Тремя важнейшими факторами в порошковой металлургии являются: сам металлический порошок, прессование и спекание. Эти факторы мы контролируем и оптимизируем самостоятельно.

Почему мы используем метод порошковой металлургии? Порошковая металлургия позволяет получать материалы с температурой плавления значительно выше 2000 °C. Этот метод чрезвычайно экономичен даже при производстве в малых количествах. Кроме того, специально составляемые смеси порошков позволяют нам получать множество чрезвычайно однородных материалов, обладающих конкретными свойствами.

Танталовый порошок смешивается с легирующими элементами и засыпается в формы. Затем смесь прессуется под давлением до 2000 бар. Полученная в результате порошковая заготовка (которую также называют «прессовкой») спекается в специальной печи при температуре выше 2000 °C. На этом этапе изделие уплотняется и формируется его микроструктура. Совершенно особые свойства наших материалов, например их превосходная теплопроводность, их твердость или их характеристики текучести, обусловлены использованием соответствующих способов формовки, например ковки, прокатки или волочения. Только оптимальное сочетание всех этих этапов позволяет нам соответствовать нашим собственным строгим требованиям к качеству и изготовлять продукты высочайшей чистоты и качества.

Оксид
Восстановление
Смешивание
Изготовление сплавов
Мы спрессовываем наши металлические порошки и смеси порошков под давлением до 2 т/см² (тонн на квадратный сантиметр) и получаем в ре
Прессование
Спекание
Формовка
Термическая
обработка
Механическая
обработка/
экранирование
Качество
гарантия
Переработка отходов

Здесь вы можете загрузить спецификации безопасности: