Online ShopMy Plansee
Plansee Group
Главная
Online ShopMy PlanseePlansee Group
  • Mo Молибден
  • W Вольфрам
  • Ta Tantal
  • W-MMC Metal Matrix Composites

Тантал

Тантал

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

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

Материал Химический состав
(масс. %)
Полученный спеканием
S
Спеченный тантал
(TaS)
> 99,95
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.

  • 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.

  • Какими физическими свойствами обладает тантал?

    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
  • Какими механическими свойствами обладает тантал?

    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.

  • Какими химическими свойствами обладает тантал?

    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:

 

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
TaM 0,10–40 мм 0,050–0,400 мм 3,0–120 мм 2–52 мм 0,25–4 мм

 

Другие размеры, а также формованные и обработанные заготовки или готовые детали по спецификации заказчика изготавливаются на заказ.

Интернет-магазин

В нашем интернет-магазине вы можете легко и быстро заказать листовой и полосовой металл, прутки, проволоку, а также другую продукцию любых размеров.

Посетите интернет-магазин Plansee, чтобы ознакомиться с нашей продукцией

Загрузки

Требуется дополнительная информация о тантале и его сплавах? Все необходимые сведения можно найти в техническом паспорте продукта.

Технический паспорт: Тантал
Вопросы и ответы

Ответы на часто задаваемые вопросы о тантале

  • Является ли тантал металлом?

    Тантал — тугоплавкий (жаростойкий) металл, который принадлежит к группе переходных металлов. Его химический символ — «Ta», а атомный номер — 73. Хотя тантал и не относится к благородным металлам, он сравним с ними по химической устойчивости.

  • Какими свойствами обладает тантал?

    Тантал выделяется своей высокой коррозионной стойкостью. Кроме того, он легко поддается формовке даже при температуре значительно ниже комнатной и отлично подходит для сварки.

  • Где применяется тантал?

    Благодаря особому набору свойств тантал отлично подходит для изготовления теплообменников для приборостроения. Кроме того, мы производим из этого металла загрузочные стеллажи для печей, медицинские имплантаты и детали конденсаторов для электронной промышленности.

  • Как возникло название «тантал»?

    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.

  • Где добывают тантал?

    В природе тантал чаще всего встречается в виде танталовой руды, которая имеет формулу (Fe, Mn) [(Nb, Ta)O3]2.  Крупнейшие в мире месторождения тантала находятся в Австралии, Бразилии и ряде африканских стран.

Другие материалы
4295.94
Mo
Молибден
74183.84
W
Вольфрам
W-MMC
Metal Matrix Composites