На основе тантала. У тантала сплавов высокая т-ра плавления (~ 3000° С), низкий коэфф. термического расширения, малая упругость паров, значительная кисло тостойкость. С вольфрамом, молибденом и рением образует типа твердого раствора. Прочность и жаропрочность таких сплавов возрастают с увеличением содержания легирующих элементов. Добавки гафния и циркония способствуют созданию дисперсноупрочненного состояния. Пром. применение нашли тантала с вольфрамом, и гафнием. и способствуют увеличению модуля упругости сплавов, повышают т-ру рекристаллизации и плавления, а также прочностные характеристики. Наиболее широко применяемый сплав тантала с вольфрамом (10%) в деформированном состоянии отличается до т-ры 8000 С самой высокой прочностью и технологической пластичностью. Добавки молибдена и циркония с последующим деформированием при т-ре 1980° С повышают предел прочности такого сплава более чем в два раза.
Сплавы с большим содержанием вольфрама (12,5%) плохо поддаются обработке давлением. Сплав тантала с вольфрамом и гафнием (2%) характеризуется высокой жаропрочностью и достаточной технологической пластичностью. Насыщение тантала сплава примесями внедрения (кислородом, азотом, углеродом) повышает прочность, но снижает пластичность. Значительной пластичностью (до 27%) в рекристаллизо-ванном состоянии и высоким сопротивлением ползучести отличается сплав тантала с вольфрамом (8%), рением (1%), гафнием (1%) и углеродом (0,025%). Предел прочности его на растяжение 73,8 кгс/мм2, предел текучести 59,8 кгс/мм2, т-ра его перехода из хрупкого состояния в вязкое ниже - 196 9 С. Тантала сплавы получают методами порошковой металлургии (прессованием с последующим спеканием), а также плавлением.
Порошки металла и прессуют под давлением ~ 21-85 кгс/мм2, при к-ром плотность достигает 60-70% от теоретической, после чего материал подвергают отжигу в вакууме при т-ре 1980-2500° С в течение нескольких часов. Иногда для полунения более плотного материала, обладающего высокой пластичностью, отжиги чередуют с ковкой или прокаткой. В произ-ве тантала сплавов распространены плавка с расходуемым электродом, электроннолучевая и вакуумная дуговая плавки. Плавка в вакууме приводит к значительному уменьшению содержания примесей. Более полная очистка от кислорода достигается раскислением расплава угле-родом. Электроннолучевая плавка, отличающаяся сравнительно небольшой скоростью, способствует (в условиях высокого вакуума) лучшей очистке сплавов от примесей внедрения.
Холодное деформирование сплава - (10%) (начальное обжатие 20%) повышает предел прочности с 55 до 80 кгс/мм2, дальнейшее обжатие (до 60-80%) слабо влияет на изменение прочности (80 -г- 100 кгс/мм2)у а более высокая степень пластической деформации резко увеличивает прочностной предел до 147 кгс/мм2. Этот сплав при т-ре 1650° С и времени до разрушения 10 мин в четыре раза прочнее, чем нелегированный . К тому же сплав тантал - (10%) электроннолучевой плавки отличается большей длительной прочностью, чем тот же сплав дуговой плавки. Скорость окисления сплава тантал - вольфрам (10%) составляет примерно 2/3 скорости окисления нелегированного тантала при т-ре 1200° С и выдержке 1-2 ч.
Листы сплава тантал - вольфрам (10%), сохраняющие достаточно хорошую пластичность после холодной прокатки, создают высокопластичные соединения при сварке электронным лучом в вакууме или вольфрамовым электродом в среде инертного газа. Относительное удлинение всех сплавов тантала после обжатия на 20% уменьшается с 58 до 10-15%. При 90%-ном обжатии их относительное удлинение 2-5%. Для повышения коррозионной стойкости тантала сплавы легируют ом, алюминием, хромом и бериллием. Полуфабрикаты из Т. с. изготовляют в виде лент, листов, проволоки, прутков и др. Т. с. применяют для изготовления электр. конденсаторов, деталей электронных ламп и хим. аппаратуры. Из сплава тантал - вольфрам (10%) изготовляют, кроме того, детали ракетных сопел, пружины электронных приборов.
Лит.: Редкие и сплавы. М., 1960; Савицкий Е. М. Бурханов Г. С Металловедение сплавов тугоплавких и редких металлов.
Статья на тему Тантала сплавы
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.
- Мы предлагаем следующую продукцию из тантала: танталовый круг, танталовый лист, танталовую проволоку, танталовую ленту.
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.
ТАНТАЛ-TANTALUM (ТА). ВОЛЬФРАМ-WOLFRAM (W)Тантал-Tantalum (Та). Вольфрам-Wolfram (W)
Тантал в греческой мифологии - любимый сын Зевса. Будучи на правах любимца Зевса допущенным к трапезам богов. Тантал возгордился этим и, пригласив богов к себе на пир, подал им в виде угощения мясо собственного сына Пелопа, желая проверить их всеведение. За это преступление Тантал был наказан голодом и жаждой. Он был "заточен" в пруд, где стоял по горло в воде, под деревом, ветви которого свисали и гнулись под тяжестью спелых плодов. Всякий раз, когда Тантал, томимый жаждой, открывал рот, чтобы напиться, вода утекала от него; когда, мучимый голодом, он поднимал руку, чтобы сорвать плод, ветка с плодами уклонялась в сторону. Так древний миф описывал "танталовы муки".
Такие же муки перенесли химики, изучавшие свойства тантала, и особенно те ученые, которые пытались выделить тантал в чистом виде.
150 лет в коллекции Британского музея в Лондоне лежал ничем не примечательный минерал темного, почти черного цвета. От куска угля он отличался только очень тяжелым весом да прожилками золотистой слюды. Своей тяжестью минерал и привлек внимание химика К. Гэтчета, который исследовал неописанные минералы коллекции. Анализ показал наличие в минерале железа, кислорода и еще одного неизвестного элемента. По имени минерала, названного в честь Америки, где он был найден,- колумбита - открытый элемент назвали колумбием, а минерал... положили в коллекцию. Это было в 1801 г. Год спустя химик Экеберг в минералах Скандинавского полуострова нашел новый элемент, который из-за мучительной трудности выделения был назван танталом. Изучая свойства колумбита, некоторые исследователи все более и более склонялись к мысли, что колумбий и тантал тесно смешаны в минерале колумбите.
В 1844 г. известный немецкий химик Г; Розе доказал, что в колумбите находятся два трудно разделимых элемента - ниобий и тантал. Они же вместе присутствуют и в минерале танталите, в манганотанталите, в ферротанталите и в некоторых других редких минералах. Наконец, было установлено, что колумбий и тантал почти всегда находятся вместе и что разделить их очень трудно.
В чистом виде тантал представляет собой серо-стальной, тяжелый (плотность 16,6), тугоплавкий (плавится при 3000°С) металл. Твердый и вместе с тем пластичный, он совмещает в себе химическую стойкость платины и ковкость золота, которое можно прокатать в тончайшие листочки. Тантал не растворим в кислотах и их смесях. Не растворяет его и "царская водка", пожирающая все металлы. Только смесь плавиковой кислоты с азотной действует на тантал.
Тантал явился конкурентом платины, он оказался незаменимым для изготовления химической аппаратуры. На одном из предприятий, использующих газообразный хлористый водород, детали аппарата из нержавеющей стали полностью разрушались за 2 месяца. Достаточно было заменить нержавеющую сталь танталом, и срок службы самых тонких частей (0,3-0,5 мм) увеличился до 20 лет. В прошлом тантал применялся для изготовления нитей в электрических лампочках, которые так и назывались танталовыми. Ныне он заменен более дешевыми металлами.
Одна из областей человеческого знания считает тантал совершенно незаменимым. Это - хирургия. В противоположность другим металлам тантал обладает замечательным свойством: вшитый в живые ткани (мышцы, кости), он совершенно не раздражает их. И это ценное свойство тантала используется в восстановительной хирургии. В виде тонких пластинок, проволоки, шурупов, гвоздей он находит себе применение в костной и пластической хирургии для скрепления обломов костей, закрывания отверстий в костях черепа и т. д. В экспериментальной хирургии.
Важным сырьем для получения тантала и ниобия служат колумбитоносные граниты, залежи которых особенно велики в районе Плато Джое (Северная Нигерия). Соединенные Штаты Америки вывозят из Нигерии обогащенную руду и накапливают концентраты, ибо считают тантал важнейшим стратегическим металлом.
Вольфрам-Wolfram (W)
Температура нити электрической лампочки превышает 2500°С. Большинство металлов при такой температуре плавится, некоторые же кипят и быстро испаряются. В данном случае выручает вольфрам - самый тугоплавкий из всех металлов. Температура плавления вольфрама достигает 3410°С. Трудно переоценить значение вольфрама в производстве электрических ламп, особенно если учесть, что в мире ежегодно изготавливают несколько миллиардов электрических лампочек. Несколько миллиардов! Чтобы составить себе представление о грандиозности этих цифр, достаточно сказать, что, например, миллиард минут составляет более 19 столетий.
В изломе куска чугуна или стали можно различить отдельные кристаллы. Иногда они крупные и видимы простым глазом, чаще - мелкие, различимые с помощью лупы или только под микроскопом.
Но всегда таких кристаллов множество и, как говорят в таких случаях, кусок металла имеет поликристаллическую структуру. Совсем иначе выглядит волосок электролампы: прежде всего - это один кристалл, или, как говорят в технике, монокристалл (от греческого "монос"-один). Много усилий потратили исследователи, пока нашли условия, при которых из вольфрамового порошка можно получить монокристалл в виде проволочки большой длины. Если учесть, что температура плавления вольфрама равна 3410°С, можно представить, как трудно его получить в чистом виде. В этом состоит, главным образом, объяснение тому, что вольфрам, открытый еще в 1781 г. и выделенный с. примесями в 1783 г. Дон-Фаусто-Дель-Гюаром, был получен в чистом виде лишь через 67 лет.
Вольфрам растворяется лишь в смеси двух кислот: плавиковой и азотной. В "царской водке" происходит лишь медленное окисление; вольфрама с поверхности.
Так, волосок электролампы - это монокристалл вольфрама толщиной всего в несколько сотых долей миллиметра. Из вольфрама же делают и антикатода мощных рентгеновских трубок.
При случае осмотрите контакты прерывателя на магнето, установленном в моторе трактора. В тех местах, где сотни раз в секунду вспыхивает и гаснет электрическая искра,- на контактах прерывателей - укреплена тоненькая табличка из вольфрама. При использовании любого другого материала двигатель не мог бы долго работать: контакты будут "пригорать", окисляться, и продукты окисления надо убирать, счищать. Хорошо, если зачистку контактов можно осуществить на земле, а как быть, например, в воздухе, если откажет мотор самолета? Вольфрам и здесь оказывается незаменимым.
Так называемые сверхтвердые сплавы представляют собой смесь порошков карбидов, сцементированных кобальтом. К тому же получают эти "сплавы" не сплавлением, а, как уже упоминалось, спеканием. Обязательной составной частью сверхтвердых материалов являются карбиды вольфрама. Такие сплавы содержат 78-88 % вольфрама, 6-15 % кобальта и 5-6 % углерода. Допуская огромные скорости обработки металла, они не теряют твердости даже при нагревании до 1000°С. Аналогичный "сверхтвердый сплав" называется "видиа" - от сокращенного слова; "ви диамант" - "как алмаз". В известной мере такое сравнение законно: пластинки для резцов успешно заменяют роль алмаза в коронках для бурения нефтяных и газовых скважин. По твердости "победит" приближается к алмазу, но выгодно отличается от него меньшей хрупкостью и большей дешевизной. Много вольфрама используется для получения высокопроцентного сплава вольфрама (50-80%) с железом-ферровольфрама, расходуемого для разнообразных нужд металлургической промышленности.
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.