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浅析钽的性质及其应用

浅析钽的性质及其应用

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(一)钽的性质

钽是世界第三的难熔金属,其熔点仅比钨,钼低,高达2980℃,纯钽略带蓝色色泽,塑性极佳,在冷状态下无需中间退火就可轧成很薄的板(厚度可小于0.01毫米)。

   钽发射电子的能力弱,因为钽的电子逸出功率低于钨钼等难熔金属,已在电真空技术中得到广泛应用。

钽具有极强的抗腐蚀能力,可媲美玻璃,在中温(约150℃)环境下,只有氟、氢氟酸、三氧化硫(包括发烟硫酸)、强碱和某些熔盐对钽有影响。金属钽在常温时性能稳定,但当加热到高于500℃时则会加速氧化生成Ta205

 

(二)钽的用途

钽的主要冶金产品为钽粉及钽合金。

1.电容器钽粉及其应用

钽可以作为电容器的阳极,通过阳极氧化直接生成介电氧化膜。钽电容器之所以比其他电容器优越,在于氧化钽介电膜具有高的介电常数和击穿电压。钽粉的纯度越高,钽电容器阳极膜的击穿电压就越高,因为钽粉的比表面积很高,即便在压制和烧结之后由于它特殊的孔隙结构仍然保持很高的比表面积,使得钽电容器具有高比容。我们通常所说的高比容钽粉适用于低于25伏的工作电压下的钽电容器,主要用钠热还原氟钽酸钾制备;中压(35~40伏)和高压(50~63伏)钽粉则供工作电压在25伏以上的钽电容器使用,因其对纯度和粉末物理性能要求较高,如对C、O和粒度的控制,必须用电子束熔炼成锭,再经氢化爆裂重新制成钽粉。

目前电容器钽粉正朝着高比容、高纯度的方向发展,国外钽粉的比容已达到40000~50000微法·伏/克;70000微法·伏/克钽粉已开始试用,个别厂家已向试制100000微法·伏/克的方向奋进。

2000年钽电容器年产量达到250亿个,年需钽粉800吨、钽丝近150吨。由于钽电容器在-55~125℃的宽温度范围内电容保持稳定,具有高可靠性能并兼以紧凑、高效及搁置时间长等特点,使得其在电脑、通信系统、飞机、导弹、船舶及武器系统用的仪表与控制系统中的应用经久不衰,成为钽最主要的应用。另外,除钽粉外,钽箔用于箔型电容器,钽丝用作电容器阳极引线。

  2.钽及其合金与应用

  钽作为合金的基体元素极其受到欢迎,因为钽具有包容间隙元素的容限性及合理的弹性模量。钽具有高耐腐蚀性并且易于实现惰性气体钨弧焊接(GTA),因此适于制造各种化工设备,如制造各种热交换器、蛇管、冷凝管、冷却管和插入式加热器等。例如卡伯特公司制造的标准规格为1.2米×3.7米×0.9毫米的钽薄板已可通过爆炸连接工艺做成钢、铜和铝的内衬,用此内衬钽材料可制造出大型、相对便宜的化工设备。爆炸焊接是一种利用炸药在极短时间内释放的高能量进行金属连接或加工的方法,可实现基材与覆(盖)层之间大面积焊接或复合,是发挥基材成本相对较低、覆层耐触、耐高温等特殊功能的有效方法。此外,钽坩埚适用于在真空下进行的高温化学反应及特种玻璃的熔化。钽还可抗某些液态金属的腐蚀,例如可与1375℃的液态钠接触。

  所有的钽及钽合金产品都用电子束炉熔铸加工,根据产品用途,为获得成分均匀的铸锭,钽在电子束炉中熔炼净化之后,还要进行真空电弧重熔(VAR)

  钽合金的延脆转变温度最低(-196℃)、低温塑性好、加工硬化系数小、优异的高温强度,是1600-1800℃下工作的理想结构材料。在目前已形成Ta-W和Ta-Nb两个合金系的材料,多用于制造航空航工业与空间核动力系统的零部件。

  3.钽的其他应用及应用分配比例
 目前,钽最大、前景也最乐观的应用领域是电子工业,估计占总消费量(目前全球金属钽的年消费量约为900
吨)的66%;第二是切削刀具工业,占总消费量的22%;第三是钽作为超合金的高温强化添加剂,占消费总量的6%;第四是在化工部门的阀门、热交换器和插入式加热器等化工设备中,占消费总量的3%;第五是用于军事用途,占消费总量的2%;第六是用于医学领域,占消费总量的1%。