Тантал (Та) — относится к категории тугоплавких , атомный номер — 73, атомная масса — 180,9, плотность — 16,6г/см3, температура плавления — 2996ОС, коэффициент линейного расширения — 6,5.10-6, удельная электропроводность — 6,85м/ом.мм2, удельное электрическое сопротивление — 15,0мком/см3(20ОС);0,156ом/мм2/м, модуль упругости — 19000 кг/мм2, предел прочности при растяжении — 91,5 кг/мм2, относительное удлинение — 50% для тонкого листа, 1,5% — для прутков, твёрдость по Бринелю — 75-125кг/мм2.

Тантал был открыт в 1802 году. Шведский химик Экеберг нашёл новый элемент в минералах Скандинавского полуострова и назвал его танталом, из-за того, что его окисел оказался нерастворимым даже в кислотах. По греческой мифологии — Тантал, любимый сын Зевса, который за совершённые им преступления был обречён на вечные муки голода и жажды (танталовы муки). Название тантала символизирует трудности его получения. Тантал был открыт вместе с ниобием в минерале колумбите, они же вместе присутствуют в минералах танталите, манганотанталите, ферротанталите. Тантал и ниобий всегда находятся в минералах вместе и очень трудно разделимы.

В природе известно около120 минералов содержащих ниобий и тантал, но только некоторые из них являются промышленными-ниобий добывается из колумбита (до 77% пентаксида ниобия, есть тантал), тантал из танталита (до 84% пентаксида тантала). Общие мировые запасы пентаксида тантала оцениваются в 150 млн тонн, подтверждённые — одна треть от общих.

Тантал — серебристо-белый металл, по своей химической стойкости против действия ряда реагентов (HCl,H2SO4,HNO3) не уступает платине, а по стойкости против царской водки, даже превосходит её. Чистый от примесей металл весьма пластичен: куётся, прокатывается в тонкий лист и проволоку. Присутствие примесей, в том числе растворённых в металле газов, сильно увеличивает твёрдость и снижает пластичность тантала.

Тантал немагнитен, его можно сваривать, но не дуговой сваркой. При нагреве на воздухе до 400ОС, поверхность тантала покрывается голубой плёнкой окисла, при 600ОС цвет переходит в чёрно-серый, при более высокой температуре окись становится белой.

При нагреве до температуры каления тантал поглощает 740 объёмов водорода, который может быть удалён только в вакууме при температуре, близкой к температуре плавления тантала. Присутствие водорода в тантале делает его твёрдым и хрупким.

Углерод и азот дают с танталом карбиды и нитриды. Тантал достаточно стоек против действия большинства кислот, из них активны только олеум (H2SO4+SO2),фосфорная кислота (выше 145ОС), плавиковая кислота, смесь HNO3+HF. Щёлочи действуют на тантал только в виде горячих концентрированных растворов или в расплавленном состоянии.

ПОЛУЧЕНИЕ.

Исходным сырьём для получения тантала являются танталит Fe(TaO3)2, тантало-колумбит и некоторые другие минералы, выделяемые в виде богатых концентратов. Способов «вскрытия» танталовых, так же как и ниобиевых концентратов существует несколько, в том числе:

а) тонкоизмельчённый концентрат сплавляется с NaOH, образуя танталаты натрия и щелочные соединения примесей; обработкой плава слабой, затем крепкой соляной кислотой удаляют примеси, остающийся осадок Ta2O3 растворяют в HF и добавкой KF переводят в двойную соль K2TaOF7, которая плохо растворима в воде, что способствует её отделению от соли ниобия K2NbOF5, хорошо растворяющейся в воде.

б) концентрат обрабатывают смесью серной и щавелевой кислот при нагревании, тантал переходит в раствор, из которого выделяется в виде окиси.

Кроме этого способа, тантал может быть получен восстановлением его соединений такими активными металлами как кальций, натрий, магний. Наиболее чистый металл получается посредством нагревом тантала, содержащего примеси, в глубоком вакууме при температуре выше 2000ОС. Малая летучесть тантала, в этих условиях, и сильная летучесть примесей, включая связанные водород, кислород и углерод, даёт возможность получить чистый и пластичный металл тантал.

Очень чистый металл тантал получают электролизом расплавленных солей, в которых содержится 0,06%С, 0,02%Fe, 0,01%Ni, 0,002%Mn.

Наиболее широкое промышленное применение нашли способы восстановления комплексных фтористых солей (K2TaF7 и K2NbF7), так как эти соли конечный продукт переработки танталовых и колумбитовых концентратов. В результате длительных и сложных технологических процессов ниобий и тантал получают в виде порошка. Переработка порошков в компактные слитки, пригодные для различных целей, осуществляется главным образом спеканием порошков или плавкой их в высоком вакууме.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Области применения тантала весьма разнообразны. Первоначально тантал служил заменой угольных нитей накаливания в электрических лампах, пока его не вытеснил вольфрам. Благодаря высокой стойкости против действия ряда кислот тантал находит широкое применение в химической промышленности: лопасти мешалок турбин, аэраторы, теплообменники, конденсаторы для соляной кислоты. Тюбинги покрывают танталом для обеспечения большей стойкости и сохранности. Особое значение тантал приобрёл в электронной технике. Сплавы тантала с вольфрамом, никелем и другими металлами широко применяются. На базе тантала готовят высокотвёрдые сплавы.

При термической обработке тантал приобретает высокую твёрдость. Тантал обладает свойством пропускать электрический ток только в одном направлении и, в этом качестве, применяется в выпрямителях переменного тока. Из тантала и его сплавов изготавливают режущие инструменты, нержавеющие части машин, нити ламп накаливания, детали электронных ламп, фильеры для протяжки целлюлозных нитей, покрытия внутренних стенок химических реакторов, лабораторную посуду.

Сплавы ниобия с цирконием и танталом, благодаря их термостойкости — замечательные материалы для изготовления корпусов космических кораблей, ракет, управляемых снарядов. Сплавы тантала (90%) с вольфрамом(10%), выдерживающие температурные режимы до 2500-3000ОС, применяются для производства выхлопных труб, форсунок, деталей систем газового контроля и других узлов двигателей ракет. Тантал, подобно ниобию, отличается сверхпроводимостью и используется в этом качестве в электронных приборах.

Карбиды тантала приближаются по твёрдости к алмазу и обладают чрезвычайно высокой тугоплавкостью. Самые тугоплавкие из всех веществ на Земле сегодня — это твёрдый раствор карбидов тантала и гафния, температура плавления которых составляет 4215ОС.

Благодаря своим свойствами внешней красоте, тантал в ювелирных изделиях иногда заменяет платину, так как дешевле её во много раз. Из тантала изготавливают часы, браслеты. Международное бюро мер и весов во Франции и Бюро стандартов в США, используют тантал для изготовления эталонов высокой точности.

Самой важной отраслью применения тантала, является химическое машиностроение. Из тантала изготавливают нагреватели, реакторы, клапаны трубопроводы и другие детали оборудования для производства сильно агрессивных веществ, соляной, серной и других кислот и многих органических и неорганических соединений. Относительно высокая стоимость танталовой аппаратуры окупается длительностью срока службы.

Изобретение относится к металлургии тугоплавких металлов и сплавов и может быть использовано при выращивании однородных монокристаллов сплава вольфрам - тантал методом бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом (ЭБЗП). Исходные компоненты - порошки вольфрама и тантала смешивают и изготовливают штабики путем гидростатического прессования смеси при давлении 140÷160 МПа в течение 3÷5 минут. Далее проводят термическую обработку штабиков в вакууме с остаточным давлением Р≤8·10-3 Па при температуре до 800°С. Затем продолжают обработку штабиков в восстановительной среде при избыточном давлении не менее 0,2 ати и температуре 800÷1000°С в течение не менее двух часов. После чего осуществляют процесс спекания штабиков в вакууме с остаточным давлением Р≤8·10-3 Па при температуре Т≥1500°С в течение не менее 2 часов с последующим охлаждением. Нагрев и охлаждение в условиях вакуума и восстановительной среды осуществляют со скоростью 300÷400°С/час. Монокристаллический слиток выращивают посредством бестигельной плавки с электронно-лученвым нагревом и заканчивают четной плавкой с затравлением на конец слитка нечетной плавки. Обеспечивается получение монокристаллов сплава вольфрам - тантал с повышенной степенью однородности распределения тантала по длине слитка. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии тугоплавких металлов и сплавов и может быть использовано при выращивании однородных монокристаллов сплава вольфрам-тантал методом бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом (ЭБЗП).

Известен способ получения сплавов монокристаллов молибдена и вольфрама с помощью легирования проволокой или прутком, используемых в качестве лигатуры и закрепляемых на боковой поверхности исходной поликристаллической заготовки (Ястребков А.А., Афанасьев Н.Г., Репий В.А., Смирнов В.П. «Разработка жаропрочных монокристаллических сплавов на основе молибдена и вольфрама», Цветные металлы, 2007, №11, с.10-18).

Недостаток известного способа заключается в получении значительной неоднородности распределения легирующей примеси по длине монокристаллического слитка. Это в полной мере относится к монокристаллам сплава вольфрам-тантал, т.к. проволока или пруток плавятся раньше, чем вольфрам и лигатура попадают в расплав неравномерными порциями.

Наиболее близким к изобретению является принятый в качестве прототипа способ получения монокристаллов тугоплавких металлов с использованием штабиков, полученных методом порошковой металлургии. В известном способе штабики получают путем гидростатического прессования предварительно смешанных исходных порошков, термическую обработку штабиков в восстановительной среде, спекание их с последующим переплавом в поликристаллическую заготовку и выращивание из нее монокристаллического слитка посредством бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом. Качество получаемых монокристаллов во многом определяется составом и количеством примесей, присутствующих в исходном штабике. Основной примесью в порошках тугоплавких металлов (соответственно и в штабиках) является кислород, присутствующий в виде различных оксидов металлов. Для их удаления штабики подвергают термической обработке в осушенном водороде или водородосодержащей среде. Это приводит к снижению содержания кислорода примерно на два порядка. Затем штабики переплавляют для получения поликристаллических заготовок, из которых на установке ЭБЗП выращивают монокристаллы тугоплавких металлов, в том числе и сплавов вольфрам-тантал (Савицкий Е.М., Бурханов Г.С., Поварова Е.Б. и др. «Тугоплавкие металлы и сплавы», М.: Металлургия, 1986, с.32-85).

Однако известный способ не позволяет получить монокристаллы сплава вольфрам-тантал с однородным распределением легирующего компонента (тантала) по длине монокристалла из-за невозможности получения штабиков вольфрама, легированного танталом, соответствующего качества. Вольфрам практически не взаимодействует с водородом, в то время как тантал интенсивно его поглощает с образованием широкой области твердых растворов и гидридных фаз. При термообработке это приводит к растрескиванию и частичному разрушению штабиков.

Технической задачей изобретения является получение монокристаллов сплава вольфрам-тантал с однородным распределением тантала по длине слитка.

Технический результат изобретения заключается в получении бездефектных штабиков сплава вольфрам-тантал и в повышении степени однородности распределения тантала по длине слитка.

Решение поставленной задачи и получение технического результата достигается тем, что в способе получения монокристаллов сплава вольфрам-тантал, включающем изготовление штабиков путем гидростатического прессования предварительно смешанных исходных порошков, термическую обработку штабиков в восстановительной среде, спекание их с последующим переплавом в поликристаллическую заготовку и выращивание из нее монокристаллического слитка посредством бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом, согласно изобретению гидростатическое прессование осуществляют при давлении 140÷160 МПа в течение 3÷5 минут, термическую обработку штабиков сначала проводят в вакууме с остаточным давлением Р≤8·10 -3 Па при температуре до 800°С, а затем продолжают обработку в восстановительной среде при избыточном давлении не менее 0,2 ати и температуре 800-1000°С в течение не менее двух часов, после чего осуществляют процесс спекания штабиков в вакууме с остаточным давлением Р≤8·10 -3 Па при температуре Т≥1500°С в течение не менее 2 часов с последующим охлаждением, причем нагрев и охлаждение в условиях вакуума и восстановительной среды осуществляют со скоростью 300÷400°С/ч, а процесс выращивания монокристаллического слитка заканчивают четной плавкой с затравлением на конец слитка нечетной плавки.

В способе получения монокристаллов сплава вольфрам-тантал в качестве восстановительной среды может быть использована аргоно-водородная смесь с содержанием водорода 5÷7% об.

В качестве исходных компонентов может использоваться порошок вольфрама со средним размером зерна (по Фишеру) 1-5 мкм и порошок тантала со средним размером зерна 10-15 мкм. При использовании порошков с разными размерами частиц плотность упаковки и распределение исходных компонентов будут более равномерными, поскольку мелкие частицы заполняют пустоты между крупными.

Известно, что реакция водорода с танталом происходит при относительно низких (Т≤600°С) температурах. Осуществив нагрев заготовки до Т=800°С в условиях вакуума, дальнейшую термообработку при более высокой температуре можно проводить в водородосодержащей среде без каких-либо негативных последствий. В результате многочисленных экспериментов было установлено, что применение этого метода решило проблему целостности штабиков при проведении восстановительного отжига.

Формование длинномерных штабиков (отношение длины к диаметру ≥10) обычно проводится методом гидростатического прессования. Величина давления прессования ограничивается, с одной стороны, сохранением межчастичных контактов после снятия нагрузки, т.е. целостностью самого сформированного штабика, а с другой стороны, образованием сколов и трещин при больших удельных нагрузках. Кроме того, для эффективности восстановительных реакций в процессе спекания поверхность металлического «скелета» должна быть полностью доступна для газовой атмосферы, иначе говоря, не должно быть объемов с закрытой пористостью и, следовательно, полученная прессовка не должна иметь плотность более 60% от теоретической.

С учетом этих ограничений экспериментально было установлено, что давления прессования для порошков с размером зерна от 1 до 5 мкм составляет от 140 до 160 МПа. При этом плотность полученных штабиков варьировалась от 50 до 55% от теоретической.

Для предотвращения взрывоопасных ситуаций и снижения затрат на обеспечение безопасных условий труда спекание штабиков проводили в аргоно-водородной смеси с малыми добавками (от 5 до 7%) водорода.

При высоких температурах спекания (выше 1500°С) в штабиках происходит значительная усадка, при этом пористость уменьшается до значений от 20 до 25%, что сопровождается переходом от открытой пористости до закрытой. Закрытые (изолированные) поры непроницаемы для газовой среды и это приводит к неполному восстановлению пор и окружающих частиц. В процессе выращивания монокристаллов эти участки выделяют летучие окислы, что приводит к возникновению электрических разрядов и «отравлению» катода нагревательного узла электронно-лучевой пушки установки бестигельной зонной плавки. Поэтому восстановительный отжиг необходимо проводить в области температур, не приводящих к образованию закрытых пор. Экспериментально установлено, что выдержка штабиков при температуре от 800 до 1000°С в аргонно-водородной среде в течение 2 часов приводит к полному устранению большинства окисных примесей, практически не изменяя исходной пористости.

Реализацию предлагаемого способа получения монокристаллов сплава вольфрам-тантал рассмотрим на примере сплава вольфрам-тантал, содержащего 3 мас.% тантала.

В качестве исходных компонентов использовали порошки вольфрама и тантала. Вольфрамовый порошок имел средний размер зерна (по Фишеру) от 1 до 3 мкм, порошок тантала состоял из более крупных частиц - от 10 до 15 мкм. Для увеличения текучести исходные порошки сушили в вакуумном сушильном шкафу ШСВ-65 при 300°С в течение 2 часов, после чего в расчетных количествах засыпали в емкость смесителя С 2,0 «Турбула» и перемешивали смесь в течение от 4 до 6 час. Подготовленную таким образом смесь засыпали в эластичную оболочку и прессовали в гидростате 4,2/5,3 МН при давлении жидкости от 140 до 160 МПа в течение от 3 до 5 минут. Прессованные штабики представляли собой цилиндры диаметром от 18 до 30 мм и длиной от 140 до 240 мм, которые затем помещали в электропечь типа СШВЛ 1,25/25 или СНВЭ 1.31/20. Печь вакуумировали до давления Р=8·10 -3 Па и поднимали температуру до Т=800°С со скоростью от 300 до 400°С/час, выдерживали при этой температуре 30 мин и заполняли камеру печи аргонно-водородной смесью до избыточного давления Р=0,2 ати. Затем температуру поднимали до Т=1000°С и выдерживали в течение 2 час. После выдержки печь снова вакуумировали до остаточного давления Р=8·10 -3 Па и поднимали температуру со скоростью от 300 до 400°С/ч до необходимых от 1500-1800°С и выдерживали при конечной температуре 2 ч. Охлаждение печи проводили с той же скоростью, что и нагрев. Полученные штабики переплавляли в поликристаллическую заготовку методом бестигельной зонной плавки. Диаметр заготовки задавали равным диаметру монокристалла или на 10-20% меньше. Выполнение данного требования отвечает, в числе прочих, условиям стабильного роста монокристалла. В процессе роста монокристалла сплава вольфрам-тантал формируется определенная картина распределения тантала по длине слитка. Равновесный коэффициент распределения тантала в вольфраме равен 0,8. Это означает, что в процессе роста монокристалла концентрация тантала будет от начало слитка к концу возрастать. Для уменьшения эффекта неоднородного распределения примеси по длине слитка необходимо провести второй или любой четный процесс роста, затравляясь каждый раз на конец слитка нечетного процесса. В этом случае будет наблюдаться процесс выравнивания концентрации примеси (тантала) по длине слитка.

В обоснование достижения технического результата были выращены по два слитка монокристаллов сплава W+3 мас.% Та по следующим технологическим схемам:

1 - по известной из литературы технологии легирования монокристалла проволокой или прутком;

2 - по предлагаемой технологии с использованием штабиков, полученных методом порошковой металлургии;

3 - по предлагаемой технологии с использованием штабиков, полученных методом порошковой металлургии, когда выращивание монокристаллического слитка заканчивают четной плавкой с затравлением на конец слитка нечетной плавки. В этом случае будет наблюдаться дальнейший процесс выравнивания концентрации примеси (тантала) по длине слитка.

Концентрацию тантала измеряли спектральным методом (Вольфрам. Методы спектрального анализа. ГОСТ 14339.5-9) на шайбах толщиной 5 мм, отрезанных через каждые 50 мм, начиная с нижнего торца слитка. Результаты измерений по каждому из трех способов представлены в таблице.

Как видно из данных таблицы, разброс концентрации тантала между максимальными и минимальными значениями в монокристалле сплава вольфрам-тантал для известного способа составляет более 25%, а для предложенного способа - 10%.

1. Способ получения монокристаллов сплава вольфрам-тантал, включающий изготовление штабиков путем гидростатического прессования предварительно смешанных исходных компонентов, термическую обработку штабиков в восстановительной среде, спекание их с последующим переплавом в поликристаллическую заготовку и выращивание из нее монокристаллического слитка посредством бестигельной зонной плавки с электроннолучевым нагревом, отличающийся тем, что гидростатическое прессование осуществляют при давлении 140÷160 МПа в течение 3÷5 мин, термическую обработку штабиков сначала проводят в вакууме с остаточным давлением Р≤8·10 -3 Па при температуре до 800°С, а затем продолжают обработку в восстановительной среде при избыточном давлении не менее 0,2 ати и температуре 800÷1000°С в течение не менее 2 ч, после чего осуществляют процесс спекания штабиков в вакууме с остаточным давлением Р≤8·10 -3 Па при температуре Т≥1500°С в течение не менее 2 ч с последующим охлаждением, причем нагрев и охлаждение в условиях вакуума и восстановительной среды осуществляют со скоростью 300÷400°С/ч, а процесс выращивания монокристаллического слитка заканчивают четной плавкой с затравлением на конец слитка нечетной плавки.

2. Способ получения монокристаллов сплава вольфрам-тантал по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановительной среды используют аргоно-водородную смесь с содержанием водорода 5÷7 об.%.

3. Способ получения монокристаллов сплава вольфрам-тантал по п.1, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов используют порошок вольфрама со средним размером зерна 1-5 мкм и порошок тантала со средним размером зерна 10-15 мкм.

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии восстановления поверхности монокристаллической или полученной направленной кристаллизацией металлической детали, имеющей толщину Ws менее 2 мм, в которой лазерный луч и поток металлического порошка, имеющего ту же природу, что и металлическая деталь, подают на деталь с помощью сопла для получения, по меньшей мере, одного слоя монокристаллического или подвергшегося направленной кристаллизации от детали металла, при этом лазерный луч имеет мощность «Р» и перемещается вдоль детали со скоростью «v», в котором луч лазера и поток порошка подают на деталь соосно и отношение P/v находится в определенном диапазоне.

Умный металл. Этот термин появился в деловом мире в середине XX века. Умные металлы использовались в качестве материалов для высоких технологий, применяемых в электронике и робототехнике. Одним из таких высокотехнологичных металлов и стал тантал. Сегодня он неразрывно связан с такими понятиями, как спутниковая связь, бортовые системы, телекоммуникационное оборудование.

Что такое тантал? Исторические факты

Впервые тантал был обнаружен в 1802 году шведским ученым А.Г. Экебергом в составе двух минералов, найденных в Швеции и Финляндии. Оксид этого элемента был очень устойчив, и даже большое количество кислоты не могло разрушить его структуры. У ученого сформировалось впечатление, что металл не может напитаться кислотой. Экеберг вспомнил легенду о царе Тантале, который являлся сыном Зевса и в результате наказания не мог утолить голод и жажду. Его страдания назвали танталовы муки.

Так и ученый, как не старался, не мог выделить чистый металл из окисла, поэтому свою работу сравнивал с танталовыми муками. Химическому элементу он дал название тантал, а минерал, который содержал этот металл, назвал танталитом. Лишь в 1903 году немецкий Болтон В. получил в чистом виде пластичный металл тантал. Промышленный выпуск его начался только в 1922 году. Первый образец промышленного изготовления тантала был всего со спичечную головку. США первыми стали производить его, и в 1942 году был запущен завод по выпуску этого металла.

Физические свойства тантала

Что такое тантал? серебристо-белого цвета. Прочная оксидная пленка на нем придает схожесть по внешнему виду со свинцом. Металл обладает высокой прочностью и твердостью и в то же время пластичностью. По пластичности его сравнивают с золотом.

В чистом виде он прекрасно подчиняется механической обработке. Его легко штамповать, раскатывается в очень тонкий слой до 0,04 мм. Из него получают качественную проволоку. Тантал, что такое? Это тугоплавкий металл, температура плавления которого составляет примерно 3000 градусов. Только вольфрам и рений превосходят его по этому свойству. Одно из специфических его качеств - это высокая теплопроводность. Даже оксидная пленка, которая на нем образуется, не уменьшает этого свойства.

Химические свойства

Многие органические и неорганические кислоты - хлорная, серная, соляная, азотная и другие агрессивные среды - не вызывают у тантала коррозии. Металл окисляется при нагревании от 200 до 300 градусов, и на нем образуется под оксидной пленкой газонасыщенный слой. Слабые химические свойства тантала не дают ему возможности раствориться даже в царской водке, которая расплавляет платину и золото.

На практике доказано, что нержавеющие стали менее стойкие при эксплуатации, и детали из них служат значительно меньший срок, чем изделия из тантала. Из всех существующих кислот только плавиковая может растворить этот металл.

Сплавы

Стойкая устойчивость тантала к воздействию кислот позволяет использовать его для добавок к различным сплавам, которые применяются при производстве металлических конструкций. Для изготовления проката - проволоки, полос, листов, трубок - используют сплав тантала с гафнием. вольфрама и тантала используется для изготовления режущих пластин разного назначения. Такие сплавы характеризуются:

• высокой прочностью;
• повышенной твердостью;
• не окисляются;
• имеют высокую абразивную стойкость;
• являются износостойкими;
• имеют значительную вязкость;
• снабжают отличной прочностью режущую кромку инструмента.

Тантало-вольфрамовый сплав, в состав которого входит 7% вольфрама, способен выдерживать температуру до 1900 градусов. Он вызывает значительный интерес у специалистов. А из сплава тантала с 10% вольфрама изготовляют сопла для ракетных двигателей. В космической технике применяются материалы, которые обладают хорошей теплоемкостью или тугоплавкостью, поэтому сплавы с танталом находят широкое применение для ее изготовления.

Роль лома

Танталовый лом составляет существенную долю, до 30% поставок на рынок, от общего объема. Большая часть металла выделяется из лома конденсаторов. Поэтому его поставки находятся в прямой зависимости от активности работы в электронной промышленности.

А это, в свою очередь, определяется глобальными экономическими условиями. Другими источниками лома являются отработавшие карбиды. В ломе сплавов, основным элементом которого является никель, также содержится тантал. В будущем отходы потребителей будут являться важным источником этого металла.

Использование тантала

Сам металл и его сплавы находят широкое применение в промышленности. Его используют для изготовления:

• сухих электролитических конденсаторов;
• нагревателей для вакуумных печей;
• катодов косвенного нагрева;
• антикоррозийной аппаратуры;
• ядерных реакторов;
• сверхпроводников;
• боеприпасов с повышенной пробивной способностью;
• эталонов массы, которые имеют высокую точность;
• режущих инструментов высокой стойкости.

Высокая стойкость металла к коррозии способствует удлинению срока службы конденсаторов из тантала в электронных системах до 12 лет.

Ювелирная промышленность использует этот металл для изготовления корпусов часов и браслетов вместо платины. Изделия из тантала находят применение и в медицинской промышленности. Он не отторгается организмом человека, поэтому из него производят:

• пластины для черепных коробок и брюшной полости;
• скрепки, которые используют для соединения сосудов;
• толстые нити, которыми заменяют сухожилия;
• тонкие нити для сшивания нервных волокон.

ГОСТ металла

Существует несколько методов установления ГОСТа тантала и его окиси, например, фотометрический и спектральный.

Спектральный метод (ГОСТ 18904.8) устанавливает содержание примесей кальция, вольфрама, меди, кобальта, натрия, молибдена в тантале и его окиси. Результатом анализа служит среднее арифметическое, полученное от 2 определений различных навесок.

Фотометрический метод (ГОСТ 18904.1) определяет содержание массовой доли вольфрама и молибдена в тантале и окиси. В этом случае результат анализа подсчитывают как среднее арифметическое 3 определений, которые выполняют из отдельных навесок.

Месторождения и добыча тантала

Что такое тантал? Это очень редкий металл. В чистом виде он практически не наблюдается. Встретить его можно в составе минералов и в виде собственных соединений. В минералах он всегда встречается вместе с ниобием, который по свойствам очень схож с танталом. Месторождения с танталовыми соединениями и минералами находятся во многих странах мира.

Самое большое расположено во Франции. Высоки запасы этого металла в Китае и Таиланде. В странах СНГ месторождения значительно меньшего размера. Около 420 тонн тантала составляет годовая добыча в мире. Основные комбинаты, которые занимаются переработкой металла, расположены в Германии и США. В связи с бурным развитием электроники, в которой применение тантала занимает не последнее место, наблюдается нехватка этого редкого металла, что приводит к поиску новых месторождений.

Цены на тантал

Большую часть тантала, а это до 60%, потребляет Использование его на составляет около 20%. Цены на этот редкий металл могут быстро изменяться. Спрос на него то восстанавливается, то снова падает. Аналитики предсказывают, что в ближайшие годы спрос и предложение будут колебаться, это, в основном, зависит от экономических факторов.

Ориентировочная цена тантала за 1 кг в рублях на российском рынке составляет:

• листового - 65 660;
• в прутках - 73 030;
• проволоке - 73 700.

Перспективы

Все больше начинают использовать этот умный металл в медицинской промышленности для нужд восстановительной хирургии. Его применяют для изготовления имплантатов. Танталовой пряжей возмещают мускульную ткань, проволока идет для скрепления костей, а нити используют для наложения швов. В связи с крупным перевооружением мировых авиалиний применение тантала для нужд авиастроения продолжит свой рост. Сплавы в авиапромышленности используются для двигателей самолетов. Кроме этого, тантал продолжает активно использоваться для производства вычислительной техники: процессоров, принтеров.

Не уменьшается спрос на этот металл и в химической промышленности. Его широко применяют для производства хлора, пероксида водорода, многих кислот. Химическое машиностроение широко использует его при изготовлении оборудования, контактирующего с агрессивными средами. Самым серьезным потребителем танталовых сплавов остается металлургическая промышленность. Растет спрос на него и в ядерной энергетике, где в основном используют теплопроводность в сочетании с пластичностью и твердостью тантала.

Специальные сплавы тантала в промышленности используют-ся для применения при высоких температурах, для изготовле-ния резцов, имеющих высокие скорости резания, и для изготов-ления устойчивой против действия кислот аппаратуры. Сплавы с высокой температурой плавления содержат от L до40 А 1а в комбинации с различными количествами Mo, W, С, Mn, Ni, v и Si В указанных сплавах тантал может замещать полностью или часть вольфрама и молибдена. Тантал в этих случаях вво-дится в сплав в виде чистого металла.Как важная составная часть в определенных сплавах алю-миния (типа цералюмина) широко применяется ниобии. Коли-чество его, вводимое в сплавы, обычно невелико и составляет О 05—0 1 % действие его состоит в модифицировании спла-вов и предотвращении образования хрупкой железо-алюминие-вой составляющей.Ниобий применяется так же, как легирующая добавка к не которым медным сплавам. Добавление ниобия в количестве до 1,5% к меди, латуни или бронзе в значительной мере обеспечи-вает сохранение твердости при повышенных температурах.Карбид тантала вместе с карбидом вольфрама и карбидом титана входит в состав некоторых марок твердых металлорежу-щих сплавов, а также в состав литых карбидов вольфрама.Известны твердые сплавы на основе только одного карбида тантала с никелем или кобальтом в качестве цементирующей добавки.Добавление карбида тантала в состав твердых сплавов суще-ственно повышает их режущие свойства. Так, по данным добавление к твердому сплаву ВКб 2% позволяет повысить ско-рость обработки чугуна на 10%, а добавление 4% ТаС к титановольфрамокобальтовым твердым сплавам марок ТК повышает скорость обработки ими сталей на 20%. Добавки карбида тан-тала к титановольфрамокобальтовым твердым сплавам повышают также их окалиностойкость. Сообщается также, что режу-щие инструменты с карбидом тантала обладают лучшей теплопроводностью, чем инструменты других типов, и что термическое расширение даже при использовании в жестких условиях очень мало.Литые сплавы с добавлением карбида тантала (и ниобия) противостоят химической коррозии и износоустойчивы.Хотя большое количество тантала и ниобия применяется в виде различных сплавов, применение этих металлов в чистом виде имеет не менее важное значение. Одними из главнейших областей их применения являются электровакуумная техника и химическая промышленность.Начало широкого применения металлического тантала свя-зано с электровакуумной техникой, с производством радиотех-нической, радиолокационной и рентгеновской аппаратуры.Впервые тантал начал применяться в качестве нитей нака-ливания электроосветительных ламп, заменив угольные нити, откуда затем был вытеснен вольфрамом. Электрические лампы с нитями накаливания из тантала в ряде случаев все же оказа-лись более пригодными, чем лампы с вольфрамовыми нитями, например на железных дорогах, где более упругие нити из тан-тала лучше противостоят вибрациям и толчкам. Однако такие лампы могут работать только на постоянном токе. При исполь-зовании переменного тока происходит постепенная рекристалли-зация танталовых нитей в так называемых криотронах—сверхпроводящих элементах например для вычислительных машин. Криотрон представ-ляет собой отрезок охлаждаемой танталовой проволоки (диа-метром 0,2 мм) длиной 3 см, на который наматывается один слои изолированной ниобиевой проволоки диаметром 80 мк танталовая проволока служит сверхпроводником. Периодиче-ски через ниобиевую обмотку пропускается ток, создающий магнитное поле, разрушающее сверхпроводимость тантала. Та-ким образом, с помощью криотрона можно размыкать ток, не-зависимо от направления последнего. При применении тантала (или ниобия), в качестве материала анода в кислых электролитах он вступает в реакцию с выделяю-щимся из растворов кислородом, образуя устойчивую окисную пленку. Вследствие этого, прохождение тока прекращается до тех пор, пока не будет повышено напряжение, что влечет за со-бой образование нового равновесного состояния. Этот процесс продолжается приблизительно до 200 в, после чего пленка начи-нает разрушаться.Способность тантала образовывать устойчивые анодные окисные пленки в сочетании с его пассивностью к кислым элек-тролитам позволяет применять этот металл в электролитических выпрямителях и конденсаторах. Миниатюрные танталовые кон-денсаторы широко используются для передаточных радиостанции, радарных установок и других различных электронных схемтанталовые выпрямители используются для железнодорож-ных сигналов, в телефонных коммутаторах, противопожарных и других сигнальных системах.В качестве выпрямителя переменного тока низкого напря-жения может быть использован и ниобий.Танталовые конденсаторы могут быть изготовлены двух ти-пов: с прокладками из листового тантала и с применением по-ристого тантала. В первом случае используются кислые элек-тролиты на основе гликолей, обладающие большой вязкостью во втором жидкие, обладающие высокой электропроводно-стью, например водный раствор хлорида лития.В качестве катодов для прокладочных конденсаторов приме-няются медные ленты, покрытые серебром, во втором случае сам сосуд является электродом; изготавливается он из серебра при неполярном конденсаторе из тантала.Особенностью танталовых конденсаторов являются их ма-лые размеры. Танталовые сплавы применяются в промышленности повсеместно.

Купить тантал по привлекательным ценам вы можете перейдя по ссылкам ниже.

1. Мы предлагаем следующую продукцию из тантала: танталовый круг, танталовый лист, танталовую проволоку, танталовую ленту.

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.

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 тантала - 99,95 % (чистота металла без ниобия). Согласно химическим анализам, остаточное содержание состоит из следующих элементов:

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

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.

Тантал, полученный спеканием (TaS).

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

• высокая температура плавления, составляющая 2 996 °C
• превосходная пластичность в холодном состоянии
• рекристаллизация при температуре от 900 °C до 1 450 °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 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 2 000 °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 в чистый вольфрам от 2,5 до 10 масс. % вольфрама. Хотя получаемый сплав в 1,4 раза прочнее , чем чистый тантал, он так же легко поддается формовке при температуре до 1 600 °C. Наш материал оптимально подходит для теплообменников и нагревательных элементов, используемых в сфере производства химического оборудования.

Хорош во всех отношениях. Характеристики тантала.

Тантал относится к группе тугоплавких металлов . Тугоплавкие металлы имеют температуру плавления выше температуры плавления платины (1 772 °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 системе химических элементов тантал находится в том же периоде, что и вольфрам. Как и вольфрам, тантал имеет чрезвычайно высокую плотность - 16.6 г/см3. Однако, в отличие от вольфрама, тантал становится хрупким при обработке в водородной среде. По этой причине материал изготовляется в высоком вакууме.

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

Теплофизические 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:

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.

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 устойчив в химических веществах любого типа, этот материал часто сравнивают с драгоценными металлами. Однако, с точки зрения термодинамики, тантал представляет собой недрагоценный металл, который, тем не менее, может образовывать устойчивые соединения с различными элементами. На воздухе тантал образует очень плотный слой оксида , (Ta2O5) который защищает основной материал от химического воздействия. Таким образом, слой оксида делает тантал коррозионностойким .

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.

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.

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 1 700 °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.