Тантал

Online Shop My Plansee

Online Shop My Plansee Plansee Group

Mo Молибден
W Вольфрам

Ta Тантал
W-MMC Metal Matrix Composites

Тантал — выбор номер один в тех случаях, когда требуется высокая коррозионная стойкость. Хотя тантал и не относится к благородным металлам, он сравним с ними по химической устойчивости. Кроме того, тантал легко поддается формовке даже при температуре значительно ниже комнатной благодаря своей кубической объемноцентрированной кристаллической решетке. Поэтому он — ценный материал для использования в самых разных химических средах. Из этого «неподатливого» металла мы изготавливаем, например, теплообменники для приборостроения, загрузочные стеллажи для печей, медицинские имплантаты и детали конденсаторов для электронной промышленности.

Атомный номер	73
Номер CAS	7440-25-7
Атомная масса	180,95 [г/моль]
Точка плавления	2996 °C
Точка кипения	5458 °C
Плотность при 20 °C	16,65 [г/см³]
Кристаллическая структура	кубическая объемноцентрированная
Коэффициент линейного теплового расширения при 20 °C	6,4 × 10^-6 [м/(мК)]
Теплопроводность при 20 °C	57,5 [Вт/(мК)]
Удельная теплоемкость при 20 °C	0,14 [Дж/(гК)]
Электропроводность при 20 °C	8,0 × 10⁶ [См/м]
Удельное электрическое сопротивление при 20 °C	0,125 [(Ом·мм²)/м]

Ассортимент материалов

Чистый тантал или сплав?

Качеству нашей продукции можно доверять. При производстве танталовых изделий методом порошковой металлургии мы собственными силами выполняем весь технологический процесс — от подготовки металлического порошка до выпуска конечного продукта. В качестве сырья используется только чистейший порошковый тантал. Так мы гарантируем исключительную чистоту материала.

Мы гарантируем степень чистоты спеченного тантала 99,95 % (чистота металла без ниобия). Согласно химическим анализам, остаток преимущественно составляют следующие элементы:

Элемент	Типичное макс. значение [мкг/г]	Гарантированное макс. значение [мкг/г]
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

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

Мы гарантируем степень чистоты тантала, полученного путем плавки, 99,95 % (чистота металла без ниобия). Согласно химическим анализам, остаток преимущественно составляют следующие элементы:

Элемент	Типичное макс. значение [мкг/г]	Гарантированное макс. значение [мкг/г]
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

Материал		Химический состав (масс. %)
Полученный спеканием S	Спеченный тантал (TaS)	> 99,95
	Стабилизированный тантал (TaKS)	> 99,90
	TaW2,5	2,5 % W
	TaW10	10 % W
Плавленый M	Плавленый тантал (TaM)	> 99,95

Мы оптимизируем свойства тантала в зависимости от планируемого применения. За счет различных легирующих добавок можно регулировать следующие характеристики:

физические свойства (температура плавления, плотность, электропроводность, теплопроводность, тепловое расширение и др.)
механические свойства (прочность, пластичность и др.)
химические свойства (коррозионная стойкость, пригодность к обработке травлением и др.)
обрабатываемость (механическая обработка, поведение при деформации, свариваемость и др.)
структура и характеристики рекристаллизации (например, температура рекристаллизации, размер зерен)

Но это еще не все! Используя особые технологии производства, мы можем изменять и другие свойства тантала в широком диапазоне. Результат: танталовые сплавы с различным набором свойств, максимально адаптированные к требованиям конкретной области применения.

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

высокая температура плавления — 2996 °C
хорошая пластичность в холодном состоянии
рекристаллизация при температуре от 800 до 1200 °C (в зависимости от степени деформации и чистоты)
превосходная стойкость в водных растворах и расплавах металлов
сверхпроводимость
высокий уровень биологической совместимости

Спеченный тантал (TaS)
Спеченный тантал — идеальный выбор для особо сложных задач: благодаря используемому нами методу порошковой металлургии тантал, полученный спеканием (TaS), отличается чрезвычайно мелкозернистой структурой. Материал получается с высочайшим качеством поверхности и хорошими механическими свойствами и очень легко поддается формовке.
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 спеченный тантал. Обращайтесь. Мы всегда к вашим услугам.
Стабилизированный тантал (TaKS)
Мы легируем спеченный стабилизированный тантал кремнием, что позволяет предотвратить рост зерен даже при высокой температуре. Такой металл пригоден для использования даже при крайне высокой температуре. Мелкозернистая микроструктура остается стабильной даже после отжига при температуре до 2000 °C. Этот процесс позволяет сохранить нужные механические свойства материала, такие как пластичность и прочность.
Тантал-вольфрам (TaW)
Тантал-вольфрам (TaW) отличается хорошими механическими свойствами и превосходной коррозионной стойкостью. Мы добавляем в чистый тантал от 2,5 до 10 массовых процентов вольфрама. Хотя полученный сплав в 1,4 раза прочнее чистого тантала, его легко обрабатывать при температурах до 1600 °C. Поэтому наши сплавы TaW особенно хорошо подходят для изготовления теплообменников и нагревательных элементов в химическом машиностроении, а также компонентов для аэрокосмической промышленности.

Свойства

Хорош во всех отношениях. Свойства тантала

Тантал относится к группе тугоплавких металлов, температура плавления которых выше, чем у платины (1772 °С). У этих металлов энергия связи между отдельными атомами особенно 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 той же группе, что и вольфрам. По плотности, которая составляет 16,65 г/см³, тантал сравним с вольфрамом, однако, в отличие от него, склонен к охрупчиванию в водородной атмосфере, поэтому спекание выполняют в условиях высокого вакуума.

Тантал, несомненно, является наиболее устойчивым из тугоплавких металлов. Он устойчив ко всем кислотам и щелочам.

Физические свойства
Для тугоплавких металлов характерны низкий коэффициент теплового расширения и относительно высокая плотность. Это в полной мере относится к танталу. Однако теплопроводность у этого металла ниже, чем у вольфрама и молибдена. Теплофизические свойства тантала зависят от температуры. Ниже приведены графики основных характеристик материала.
Коэффициент линейного теплового расширения тантала и ниобия.
Удельная теплоемкость тантала и ниобия
Теплопроводность тантала и ниобия
Механические свойства
Поглощаемые элементы, такие как кислород, азот, водород и углерод, могут изменять механические свойства тантала даже в низких концентрациях. Также на его механические свойства влияет технология производства, термообработка и степень деформации при обработке давлением.

Кристаллическая структура тантала, также как вольфрама и молибдена, является кубической объемноцентрированной. Температура перехода из хрупкого в вязкое состояние (-200 °C) намного ниже комнатной температуры. Это делает данный металл очень податливым. С увеличением деформации прочность на растяжение и твердость увеличиваются, а удлинение при разрыве уменьшается. Однако металл не охрупчивается.

Жаропрочность ниже, чем у вольфрама, но сравнима с чистым молибденом. Для повышения жаропрочности добавляются тугоплавкие металлы, такие как вольфрам.

Модуль упругости у тантала ниже, чем у вольфрама и молибдена, он сравним с чистым железом. Модуль упругости снижается с повышением температуры.
Модуль упругости тантала в сравнении с вольфрамом, молибденом и ниобием.
Ввиду высокой пластичности тантал очень хорошо подходит для методов обработки без стружкообразования, таких как гибка, чеканка, штамповка, глубокая вытяжка. А вот обработка тантала резанием представляет большие трудности. Стружка плохо ломается, поэтому рекомендуется использовать стружкоотводящие канавки. Тантал очень хорошо поддается сварке по сравнению с вольфрамом и молибденом.

У вас остались вопросы по механической обработке тугоплавких металлов? Наши опытные специалисты всегда готовы вас проконсультировать.

Химические свойства

Поскольку тантал устойчив к химическим веществам всех видов, его часто сравнивают с благородными металлами. Однако с термодинамической точки зрения тантал является неблагородным металлом, который может образовывать стабильные соединения с широким спектром элементов. Тантал образует на воздухе очень плотный оксидный слой (Ta₂O₅), который предотвращает химическое воздействие на основной материал. Именно этот оксидный слой делает тантал таким устойчивым к коррозии.

При комнатной температуре тантал чувствителен только к воздействию следующих неорганических веществ: фтор, фтористый водород, плавиковая кислота и кислотные растворы, содержащие фториды. Щелочные растворы и расплавленный гидроксид натрия, а также гидроксид калия также разрушают тантал. Однако материал устойчив к воздействию водных растворов аммиака. При разрушающем воздействии тантал включает водород в свою металлическую решетку и становится хрупким. С повышением температуры коррозионная стойкость тантала медленно снижается.

Тантал инертен ко многим растворам. Однако если он вступает в контакт со смесями растворенных веществ, коррозионная стойкость может ухудшиться даже при устойчивости к отдельным компонентам. У вас есть вопросы по такой сложной проблеме, как коррозия? К вашим услугам наш опыт и собственная лаборатория по исследованию коррозии.

СРЕДА	УСТОЙЧИВ (+), НЕУСТОЙЧИВ (-)	ПРИМЕЧАНИЕ
Вода
Горячая вода < 150 °C	+
Кислоты
Плавиковая кислота, HF	-
Соляная кислота, HCI	+	< 30 %, < 190 °C
Фосфорная кислота, H₃PO₄	+	< 85 %, < 150 °C
Серная кислота, H₂SO₄	+	< 98 %, < 190 °C
Азотная кислота, HNO₃	+	< 65 %, < 190 °C
Органические кислоты	+
Щелочи
Раствор аммиака, NH₄OH	+	< 17 %, < 50 °C
Гидроксид калия, KOH	+	< 5 %, < 100 °C
Карбонат натрия, Na₂CO₃	+	< 20 %, < 100 °C
Раствор едкого натра, NaOH	+	< 5 %, < 100 °C
Галогены
Фтор, F₂	-
Хлор, Cl₂	+	< 150 °C
Бром, Br₂	+	< 150 °C
Йод, I₂	+	< 150 °C
Неметаллы
Бор, B	+	< 1000 °C
Фосфор, P	+	< 150 °C
Сера, S	+	< 150 °C
Газы
Тантал не вступает в реакцию с инертными газами. Поэтому инертные газы высокой степени чистоты могут использоваться в качестве защитного газа. Однако при повышении температуры тантал интенсивно реагирует с кислородом или воздухом и может поглощать большое количество водорода и азота, что ведет к охрупчиванию металла. При отжиге тантала в высоком вакууме примеси могут улетучиться. Водород улетучивается при 800 °C, азот — при 1700 °C.
Аммиак, NH₃	+	< 700 °C
Монооксид углерода (окись углерода), CO	+	< 1100 °C
Диоксид углерода (углекислый газ), CO₂	+	< 500 °C
Углеводороды	+	< 800 °C
Воздух и кислород, O₂	+	< 300 °C
Инертные газы (He, Ar, N₂)	+
Водород, H₂	+	< 340 °C
Водяной пар	+	< 200 °C
Плавление
Если неблагородный металл, такой как тантал, вступает в контакт с благородным металлом, например платиной, химические реакции происходят очень быстро. Поэтому — в особенности при высоких рабочих температурах — следует учитывать особенности взаимодействия тантала с другими конструкционными материалами.
Алюминий, Al	-
Бериллий, Be	-
Свинец, Pb	+	< 1000 °C
Цезий, Cs	+	< 980 °C
Медь, Cu	+	< 1300 °C
Галлий, Ga	+	< 450 °C
Железо, Fe	-
Литий, Li	+	< 1000 °C
Магний, Mg	+	< 1150 °C
Ртуть, Hg	+	< 600 °C
Никель, Ni	-
Калий, K	+	< 1000 °C
Серебро, Ag	+	< 1200 °C
Натрий, Na	+	< 1000 °C
Олово, Sn	+	< 260 °C
Цинк, Zn	+	< 500 °C
Материалы для печестроения
В высокотемпературных печах тантал может вступать в реакцию с конструкционными элементами из тугоплавких оксидов или графита. Даже очень стабильные оксиды, такие как оксид алюминия, магния или циркония, могут восстанавливаться в контакте с танталом при высоких температурах. Контакт с графитом может привести к образованию карбида тантала с сопутствующим охрупчиванием металла. Сочетание с другими тугоплавкими металлами, такими как молибден или вольфрам, обычно не вызывает проблем, но могут возникать реакции с гексагональным нитридом бора и нитридом кремния. Указанные ниже предельные температуры действительны в вакууме. При использовании защитного газа эти температуры примерно на 100–200 °C ниже.
Оксид алюминия, Al₂O₃	+	< 1900 °C
Оксид бериллия, BeO	+	< 1600 °C
Гексагональный нитрид бора, BN	+	< 700 °C
Графит, C	+	< 1000 °C
Оксид магния, MgO	+	< 1800 °C
Молибден, Mo	+
Нитрид кремния, Si₃N₄	+	< 700 °C
Оксид тория, ThO₂	+	< 1900 °C
Вольфрам, W	+
Оксид циркония, ZrO₂	+	< 1600 °C

Коррозионная стойкость тантала

Водородное охрупчивание
Серная кислота 98 % при 250 °C	Атомарный водород > 25 °C
Соляная кислота 30 % при 190 °C	Водород при 350 °C
Плавиковая кислота	Катодная поляризация с использованием неблагородных растворяющихся материалов

Избежать водородного охрупчивания помогают следующие меры:

электрическая изоляция металлов
положительная поляризация металлов (ок. + 15 В)
добавление окислителей к растворам
использование сформированных металлических поверхностей
электрический контакт с благородным металлом (например, Pt, Au, Pd, Rh, Ru)

Регенерация охрупченного тантала возможна путем отжига в высоком вакууме при температуре 800 °C.

Особенности и область применения

Показатели качества

Благодаря уникальным свойствам тантал находит самое разное применение в промышленности. Мы кратко опишем один из возможных вариантов.

Выдающаяся стойкость и хорошая пластичность в холодном состоянии
Отличная стойкость в сочетании с хорошей пластичностью и свариваемостью делают тантал идеальным материалом для теплообменников. Наши танталовые теплообменники отличаются особой стабильностью и стойкостью. Основываясь на многолетнем опыте обработки тантала мы, помимо прочего, производим изделия сложной формы в точном соответствии с требованиями клиента.

Добыча

Естественные месторождения и переработка руды

В 1802 году шведский химик Андерс Густав Экеберг впервые выделил пятиокись тантала (Ta₂O₅) из колумбитовой руды. Металл назван в честь одного из персонажей греческой мифологии: царь Тантал был обречен на вечные муки и не мог удовлетворить жажду, стоя по горло в воде, поскольку, стоило ему наклонить голову, вода отступала. Подобным образом оксид тантала не реагирует ни с одной кислотой. Химический символ Та был предложен Йёнсом Якобом Берцелиусом в 1814 году. Кроме того, именно Берцелиус впервые получил элементарный тантал. Правда, Генрих Розе установил, что в полученном таким способом веществе тантал составляет всего 50 %. В 1844 году Розе доказал, что тантал и ниобий являются различными элементами. И только спустя 100 лет Вернер фон Болтон смог получить 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 тантал, то руду называют танталитом; когда в руде больше ниобия, ее называют колумбитом или ниобитом. Крупнейшие в мире месторождения тантала находятся в Австралии, Бразилии и ряде африканских стран.

Для очистки руды используют различные способы, что позволяет получить концентраты приблизительно с 70 % содержанием (Ta, Nb)₂O₅ . Затем концентрат растворяют в смеси фтороводородной и серной кислот. Полученный фторидный комплекс (TaF₇) преобразуют в органическую фазу с помощью процесса жидкостной экстракции. Органическая фаза отделяется от водной. Затем тантал отделяют от органической фазы с помощью гидрофторида калия. Так получают гептафторотанталат калия (K₂TaF₇). Полученное соединение тантала восстанавливают с помощью натрия в ходе химической реакции, приведенной ниже, с получением чистого металлического тантала.

Закупки в соответствии с RMAP

Часть поставляемого на рынки тантала происходит из так называемых «конфликтных источников», то есть добывается в зонах военных конфликтов: прежде всего в Демократической Республике Конго (ДРК) и соседних странах. Мы осознаем свою ответственность перед обществом и принципиально не используем сырье, которое может быть связано с такими конфликтами. И подтверждаем безупречное происхождение нашего тантала особым сертификатом. В этом документе в соответствии с инициативой RMI (Responsible Minerals Initiative), ранее известной как CFSP, подтверждается использование компанией Plansee танталового сырья из этически благонадежных источников. Проверкам подвергается весь тантал, полученный в течение проверочного периода, и вся продукция на основе тантала, произведенная в течение этого периода.

Аудит в рамках Процесса обеспечения ответственного происхождения минеральных ресурсов (RMAP), спонсорами которой являются Альянс ответственного бизнеса (RBA), бывший EICC, и Глобальная инициатива в области устойчивого развития электронной сферы (GeSI), является добровольным обязательством со стороны Plansee. Для нас, наших клиентов и поставщиков это стало независимым подтверждением нашего строгого соблюдения требований RMAP.

Подробнее о принципе устойчивости

Производственный процесс

Как все это делается? Методами порошковой металлургии!

Что такое порошковая металлургия? В настоящее время, как известно, большинство промышленных металлов и сплавов, таких как сталь, алюминий и медь, получают в виде черновых отливок с использованием литейных форм. В порошковой металлургии плавление не применяется: изделия создаются путем прессования металлических порошков и последующей термической обработки (спекания) ниже температуры плавления материала. Три важные составляющие порошковой металлургии — металлический порошок, прессование, спекание. У нас есть возможность выполнять и оптимизировать все процессы на собственном предприятии.

Почему мы выбрали порошковую металлургию? Порошковая металлургия позволяет получать материалы с температурой плавления более 2000 °C. Производство будет экономически выгодным даже при выпуске небольших объемов продукции. Порошковые смеси с индивидуально подобранным составом позволяют получать исключительно однородные материалы с регулируемыми свойствами.

Затем танталовый порошок смешивается с легирующими элементами и заливается в формы. После этого выполняется прессование под давлением до 2000 бар. Полученная прессовка спекается в специальных печах при температуре выше 2000 °C. При этом формируется особая микроструктура и значительно увеличивается плотность материала. Особые свойства (высокую жаропрочность и твердость либо специальные характеристики текучести) нашим материалам придают верно подобранные методы формования, такие как ковка, прокатка, волочение. Идеальная согласованность всех этапов производства — вот секрет высочайшего качества нашей продукции, непревзойденной чистоты материалов и полного соответствия самым жестким стандартам.

Оксид

Восстановление

Смешивание, плавление

Прессование

Спекание

Формовка

Термообработка

Механическая обработка

Контроль качества

Повторное использование

ОксидMolymet (Чили) — крупнейшая в мире компания по переработке молибденовых рудных концентратов и наш основной поставщик триоксида молибдена. Plansee Group является акционером Molymet с долей участия 21,15 %. Global Tungsten & Powders (США) — подразделение Plansee Group и наш основной поставщик вольфрамового порошка.

Ассортимент продукции

Сводная информация о полуфабрикатах из тантала и танталовых сплавов
Материал	Листы [толщина]	Полосы [толщина]	Прутки [диаметр]	Трубы
				НД [наружный диаметр]	Толщина стенок
TaS	0,025–2 мм	На заказ	На заказ	2–52 мм	0,25–4 мм
TaK			На заказ
TaKS			На заказ
TaM	0,10–40 мм	0,050–0,400 мм	3,0–120 мм	2–52 мм	0,25–4 мм