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  • Mo 钼
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  • W-MMC Metal Matrix Composites

钽

钽具有良好的耐腐蚀性,是应对腐蚀问题的明智之选。钽不属于贵金属,但其在耐化学性方面可与贵金属媲美。此外,钽虽然具有体心立方晶体结构,在远低于室温的温度下却易于加工。这令其成为很多化学应用中的宝贵材料。我们使用这种“顽强耐用”的材料来生产设备制造领域的热交换器、炉体结构中的铆接架、医疗技术领域的移植物以及电子产业领域的电容器部件。

原子序数 73
CAS 编号 7440-25-7
原子质量 180.95 [g/mol]
熔点 2996℃
沸点 5458℃
20℃ 时的密度 16.65 [g/cm3]
晶体结构 体心立方
20℃ 时的线性热膨胀系数
6.4 × 10-6 [m/(mK)]
20℃ 时的热导率
57.5 [W/(mK)]
20℃ 时的比热 0.14 [J/(gK)]
20℃ 时的电导率 8 × 106 [S/m]
20℃ 时的电阻率 0.125 [(Ωmm2)/m]
材料范围

纯钽与钽合金

您可以信赖我们的质量。从金属粉末到成品,我们完全自主生产钽产品。我们只使用最纯净的钽材料作为原材料,确保为您提供极高的材料纯度。

我们保证烧结质量级钽的纯度达到 99.95%(不含 Nb 的金属纯度)。根据化学分析,剩余成分包含以下元素:

元素 典型最大值
[μg/g]
保证最大值
[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).

我们保证熔化质量级钽的纯度达到 99.95%(不含 Nb 的金属纯度)。根据化学分析,剩余成分包含以下元素:

元素 典型最大值
[μg/g]
保证最大值
[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).

材料名称 化学成分
(质量百分比)
烧结质量
S
烧结质量级钽 (TaS)
电容质量级钽 (TaK)
微粒稳定级钽 (TaKS)
Ta2.5W
Ta10W
> 99.95
> 99.95
> 99.90
2.5% W
10% W
熔化质量 M 熔化质量级钽 > 99.95

我们会针对每个应用准备我们的钽。我们可以通过添加各种合金得到以下特性:

  • 物理特性(例如熔点、蒸汽压、密度、电导率、热导率、热膨胀率、热容)
  • 机械特性(例如强度、断裂性能、延展性)
  • 化学特性(例如耐腐蚀性、蚀刻性能)
  • 可加工性(例如机械加工性、可成形性、可焊接性)
  • 结构和再结晶性能(例如再结晶温度、易脆化性、老化效应、晶粒度)

此外,我们还可以通过定制制造工艺改变钽在其他方面的特性。结果:可根据相应应用定制的具有不同特性的钽合金。

  • 烧结质量级钽 (TaS)

    纯烧结质量级钽和纯熔化质量级钽具有以下共同特性:

    • 2996℃ 的高熔点
    • 优异的冷锻性
    • 在 900℃ 与 1450℃ 之间再结晶(取决于变形程度和纯度)
    • 对水溶液和金属熔体具有出色的耐受性
    • 超导电性
    • 高水平的生物相容性

    采用粉末冶金法生产的烧结质量级钽 (TaS) 具有出色的粒度和纯度,可帮助您应对棘手的问题。该材料非常易于加工,其表面质量和机械特性也远超其他材料。

  • 烧结电容质量级钽 (TaK)

    建议将我们具有特别高表面质量 (TaK) 的钽变体用于电容器。这种类型的钽以丝材形式用于钽电容器中。只有使用没有表面缺陷和杂质的丝材,才能保证高电容、低漏电流和低电阻等性能。

  • 熔化质量级钽 (TaM)

    最昂贵的产品并不总是最好的。生产熔化质量级钽 (TaM) 通常比生产烧结质量级钽更实惠,也能为许多应用提供足够的质量。不过,与烧结质量级钽相比,这种材料在精细度和同质性方面有所欠缺。欢迎联系我们,我们很高兴为您提供咨询服务。

  • 粒度稳定级钽 (TaKS)

    我们向烧结质量级和粒度稳定级钽中加入硅,防止晶粒在高温下生长。这样得来的钽材料甚至适用于极高操作温度下的应用。即使在高达约 2000℃ 的温度下退火后,细晶粒微观结构仍能保持稳定。这种工艺可确保材料的优异机械特性(如延展性和强度)保持不变。由粒度稳定级钽制成的丝材或板材不仅能完美地烧结到钽质阳极上,还能用于炉体结构制造。

  • 钽钨 (TaW)

    钽钨 (TaW) 具有良好的机械特性和优异的耐腐蚀性,具有其他材料所不足的优势。我们在纯钽中添加 2.5% 到 10%(重量百分比)的钨。尽管所得合金的强度达到纯钽的 1.4 倍,但其在高达 1600℃ 的温度下仍然易于加工。因此,我们的 TaW 特别适用于化学设备制造中使用的热交换器和热区。

特性

全能型材料:钽的材料特性

钽属于高熔点金属一族(也称为难熔金属)。难熔金属是熔点高于铂(1772℃)的金属。各原子之间的结合能特别高。难熔金属还具有高熔点和低蒸汽压的特点。此外,高密度和低热膨胀系数也是难熔金属的特征。

在元素周期表中,钽与钨位于同一周期内。与钨一样,钽的密度也非常高,达到 16.6 g/cm³。与钨不同的是,在氢气气氛下进行加工时,钽会出现脆化现象。因此,该材料需要高度真空环境下生产。

毫无疑问,钽是难熔金属中耐腐蚀性最强的金属,对所有酸碱都具有耐受性。

  • 物理特性

    难熔金属通常具有较小的热膨胀系数和较高的密度。钽也是如此。虽然钽的热导率低于钨和钼,但该材料的热膨胀系数却高于许多其他金属。钽的热物理特性会随温度变化。下图显示了最重要变量的曲线:

    • 钽和铌的线性热膨胀系数
    • 钽和铌的比热容
    • 钽和铌的热导率
  • 机械特性

    即使是少量的间隙溶解元素(如氧、氮、氢和碳),也能改变钽的机械特性。此外,金属粉末纯度、生产工艺(烧结或熔化质量)、变形程度以及热处理类型也会影响其机械特性。

    钽具有与钨和钼相似的体心立方晶体结构。在 -200℃ 时,脆韧转变温度远低于室温。因此,该金属非常易于加工。虽然其抗拉强度和硬度会随着成形程度的增加而增加,但这同时会导致材料的断裂伸长率降低。尽管材料损失了延展性,但是并未脆化。

    材料的高温稳定性低于钨,但与纯钼的数值相近。我们将钽与钨等难熔金属制成合金,以此提高高温稳定性。

    钽的弹性模量低于钨和钼,但与纯铁的弹性模量相近。弹性模量随着温度的升高而降低。

    • 钽弹性模量与钨、钼和铌弹性模量的比较。

    钽具有较高的延展性,非常适用于弯制、冲压、压制或深拉等无屑成形工艺。对钽采用机加工工艺十分困难。其碎屑无法完全破碎。因此,我们建议使用断屑器。与钨和钼相比,钽具有优异的可焊性。

    如果您有关于难熔金属机械加工的任何问题,我们很高兴利用我们的多年经验为您提供帮助。

  • 化学特性

    钽对所有类型的化学物质都具有耐受性,所以其通常可以媲美贵金属。不过,从热力学角度来看,钽又一种能与多种元素形成稳定化合物的贱金属。暴露在空气中时,钽会形成非常致密的氧化层 (Ta2O5),保护其免受化学侵蚀。也就是说,该氧化层使钽具有耐腐蚀性。

    在室温条件下,只有以下无机物会使钽丧失耐受性:浓硫酸、氟、氟化氢、氢氟酸和含有氟离子的酸性溶液。碱性溶液、熔融氢氧化钠和氢氧化钾也会侵蚀钽。不过,该材料对氨水溶液具有耐受性。如果钽受到化学侵蚀,氢便会进入其金属晶格中,导致材料出现脆化现象。随着温度逐渐升高,钽的耐腐蚀性会逐渐下降。

    钽在与许多溶液接触时会呈现惰性然而,如果钽接触混合溶液,其耐腐蚀性可能会减弱,即使其对混合溶液中的各个单独成分具有耐腐蚀性。如果您有关于复杂腐蚀相关话题的任何问题,我们很乐意利用我们的经验和内部腐蚀实验室为您提供帮助。

    介质 耐腐蚀  (+),不耐腐蚀 (-)
       
    热水< 150 °Cd>+  
       
    氢氟酸 (HF) -  
    盐酸 (HCI) + < 30%, < 190 °Cd>
    磷酸 (H3PO4) + < 85%, < 150 °Cd>
    硫酸 (H2SO4) + < 98%, < 190 °Cd>
    硝酸 (HNO3) + < 65%, < 190 °Cd>
    有机酸  
    碱液    
    氨溶液 (NH4OH) + < 17%, < 50 °Cd>
    氢氧化钾 (KOH) + < 5%, < 100 °Cd>
    碳酸钠 (Na₂CO₃) + < 20%, < 100 °Cd>
    氢氧化钠 (NaOH) + < 5%, < 100 °Cd>
    卤素    
    氟 (F2) -  
    氯 (Cl2) + < 150 °Cd>
    溴 (Br2) + < 150 °Cd>
    碘 (I2) + < 150 °Cd>
    非金属    
    硼 (B) + < 1000 °Cd>
    磷 (P) + < 150 °Cd>
    硫 (S) + < 150 °Cd>
    气体    
    钽不会与惰性气体发生反应。因此,高纯度惰性气体可用作保护性气体。但随着温度的不断升高,钽与氧气或空气会发生剧烈反应,并可吸收大量氢气和氮气。材料会因此出现脆化现象。在高度真空环境中对钽进行退火处理,便可去除这些杂质。在 800℃ 条件下,可去除氢气;在 1700℃ 条件下,可去除氮气。
    氨 ( NH3) + < 700 °Cd>
    一氧化碳 (CO) + < 1100 °Cd>
    二氧化碳 (CO2) + < 500 °Cd>
    碳氢化合物 + < 800 °Cd>
    空气和氧气 (O2) + < 300 °Cd>
    惰性气体 (He, Ar, N2) +  
    氢气 (H2) + < 340 °Cd>
    水蒸气 + < 200 °Cd>
    熔体    
    钽等基材接触贵金属材料(如铂)时,很快会产生化学反应。因此,应该仔细考虑钽与系统内存在的其他材料接触时的特性,尤其是在高温工作环境中。
    铝 (Al) -  
    铍 (Be) -  
    铅 (Pb) + < 1000 °Cd>
    铯 (Cs) + < 980 °Cd>
    铜 (Cu) + < 1300 °Cd>
    镓 (Ga) + < 450 °Cd>
    铁 (Fe) -  
    锂 (Li) + < 1000 °Cd>
    镁 (Mg) + < 1150 °Cd>
    汞 (Hg) + < 600 °Cd>
    镍 (Ni) -  
    钾 (K) + < 1000 °Cd>
    银 (Ag) + < 1200 °Cd>
    钠 (Na) + < 1000 °Cd>
    锡 (Sn) + < 260 °Cd>
    锌 (Zn) + < 500 °Cd>
    炉体结构材料    
    在高温炉中,钽可与由难熔氧化物或石墨制成的结构件发生反应。即便是铝、镁或氧化锆等非常稳定的氧化物,在高温下接触钽也可能会被还原。钽与石墨接触之后,可形成碳化钽,导致钽出现脆化现象。虽然钽常可顺利地与其他难熔金属(如钼或钨)进行化合,但其可能会与六方氮化硼和氮化硅发生反应。下面列出的极限温度适用于真空环境。如果使用保护性气体,这些温度可降低约 100 至 200℃。
    氧化铝 (Al2O3) + < 1900 °Cd>
    氧化铍 (BeO) + < 1600 °Cd>
    六方氮化硼 (BN) + < 700 °Cd>
    石墨 (C) + < 1000 °Cd>
    氧化镁 (MgO) + < 1800 °Cd>
    钼 (Mo) +  
    氮化硅 (Si3N4) + < 700 °Cd>
    氧化钍 (ThO2) + < 1900 °Cd>
    钨 (W) +  
    氧化锆 (ZrO2) + < 1600 °Cd>

    Korrosionsverhalten von Tantal gegenüber ausgewählten Stoffen

    氢脆
    浓度 98% 的硫酸,温度为 250℃ > 25℃ 的氢原子
    浓度 30% 的盐酸,温度为 190℃ 氢气,温度为 350℃
    氢气,温度为 350℃ 使用次贵溶解材料进行阴极极化

    防止氢脆的措施如下:

    • 对金属进行电气绝缘处理
    • 对金属进行正极化处理(约 +15 V)
    • 在溶液中添加氧化剂
    • 使用成形金属表面
    • 与更贵金属(如 铂、金、钯、铑、钌)进行电气接触

    在 800℃ 的高度真空环境中对钽进行退火处理,可使已脆化的钽再生。

特性和应用

质量特性

我们的钽材料出现在众多工业应用中,正是反映了钽的特性。下面会简要介绍其中两种特性:

  • 定制化学和电气特性

    钽具有特别精细的微观结构,是拉拔制成表面无暇且纯净的超细丝材的理想材料。这样的丝材适用于钽电容器。我们可对这些丝材的化学、电气和机械特性进行控制,使其达到较高的精度等级。因此,我们可以使用钽丝材产品为客户定制特性稳定的部件。此外,我们会持续对这些特性进行开发和完善。

  • 杰出的耐用性和出色的冷锻性

    钽具备出色的耐用性、可成形性和可焊性,是制造热交换器的理想材料。我们的钽热交换器有着相当高的稳定性和耐用性。凭借在钽加工方面多年的经验,我们还能够制造尺寸复杂的产品,可以更精确地满足您的要求。

矿床

天然存在与人为制备

1802 年,瑞典化学家 Anders Gustav Ekeberg 首次从铌铁矿中分离出五氧化二钽 (Ta2O5)。这种氧化物以希腊神话中的人物 Tantalos 的名字命名:Tantalus(拉丁语)永远无法止渴,因为他周围的水总是会在他够到前退去。相似的是,氧化钽无法与任何酸发生反应。Jöns Jakob Berzelius 于 1814 年提出使用化学符号 Ta。Berzelius 也是首位制出单体钽元素的人。不过,Heinrich Rose 发现,采用 Berzelius 的方法制出的钽产物实际只含 50% 的钽。1844 年,Rose 成功地证明了钽和铌是两种不同元素。直到 100 年后,Werner von Bolton 才使用钠还原七氟钽酸钾的方法制出纯钽。

钽在自然界中最常见的形式是钽铁矿,其分子式为 (Fe, Mn) [(Nb,Ta)O3]2。当钽含量占优势时,矿石被称为钽铁矿。当铌含量高于钽含量时,则被称为铌铁矿。世界上的大型钽矿床位于澳大利亚、巴西和一些非洲国家。

使用多种方法对矿石进行精炼,可以获得约 70% (Ta, Nb)2O5  的精矿。再将该精矿在氢氟酸和硫酸混合物中溶解。然后通过液体萃取工艺,将所得氟化物络合物 (TaF7) 转化为有机相。接着将有机相从水相中分离出来。然后,使用氟化氢钾将钽从有机相中分离出来。此过程会生产出七氟钽酸钾 (K2TaF7)。然后用钠还原以这种方式制得的钽化合物,生产出纯金属钽。

生产过程

生产方法:粉末冶金法!

什么是粉末冶金法?众所周知,钢、铝和铜等大多数工业金属和合金如今都是在铸模中熔铸制成的。与之相反的是,粉末冶金法摒弃了熔化操作。该方法会先挤压金属粉末,然后在低于材料熔化温度的条件下进行热处理(烧结),以此制得产品。粉末冶金法中三个最重要因素分是金属粉末自身、挤压工艺和烧结工艺。我们能够在内部控制和优化这些因素。

为什么使用粉末冶金法?通过粉末冶金法,我们能够生产熔点远高于 2000℃ 的材料。即使只生产少量产品,该方法也非常实惠。此外,通过使用定制粉末混合物,我们可以生产一系列具有特定特性和极高同质性的材料。

将钽粉与合金元素混合后填入模具。然后用高达 2000 巴的压力挤压混合物。在温度高于 2000℃的专用高温炉内对压制坯料(也称为“生坯”)进行烧结。在此过过程中,坯料会形成所需的密度和微观结构。得益于采用的锻造、轧制或拉拔等适当成形方法,我们的材料具有非常特殊的特性,例如出色的高温稳定性和硬度或流动特性。只有在这些步骤正确无误时,才能满足严格的质量要求,制得具有出众纯度和品质的产品。

    氧化物
    还原
    混合合金
    压制
    烧结
    成形
    热处理
    机械加工
    质量保证
    回收利用
氧化物Molymet(智利)是世界上最大的钼精矿加工商,也是我们的主要三氧化钼供应商。Plansee 集团持有 Molymet 21.15% 的股份。Global Tungsten & Powders(美国)是 Plansee 集团的一个部门,也是我们主要的钨金属粉末供应商。
产品范围

钽及钽合金半成品概览:

 

材料 板材
[厚度]
带材
[厚度]
棒材
[直径]
管材
        OD
[直径]
壁厚
TaS 0.025–2 mm 根据要求 根据要求 2–52 mm 0.25–4 mm
TaK     根据要求    
TaKS     根据要求    
TaM 0.10–40 mm 0.050–0.400 mm 3.0–120 mm 2–52 mm 0.25–4 mm

 

可根据客户要求提供其他尺寸以及成形和加工零件或成品零件。

网上商店

在我们的网上商店中,您可以快捷地订购尺寸可配置的板材、棒材、带材、丝材以及其他产品。

您可在 Plansee 网上商店浏览我们的产品

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您想详细了解钽及钽合金的信息吗?您想了解有关加工、连接技术和表面处理的更多信息吗?请查阅我们的材料手册或安全数据表。

安全数据表:钽
其他材料
4295.94
Mo
74183.84
W
W-MMC
Metal Matrix Composites