Тантал и танталовый прокат – свойства и сферы применения
Металлический тантал (Ta) – это прочный тугоплавкий материал (плотность, 16,68 г/см³, Ткип 5458 °С) серебристо-белого цвета. Добывается из руд колумбита-танталита.
Используется для изготовления:
- сплавов повышенной прочности, пластичности и коррозионной стойкости;
- стоматологических или хирургических инструментов и имплантов;
- электротехнических конденсаторов или элементов сопротивления большой мощности.
Широкое применение металлического тантала ограничено только его высокой стоимостью, поскольку он относится к группе редкоземельных металлов, мало распространен в природе.
Преимущества танталового проката
Основоное свойство тантала, делающее его таким востребованным материалом – это практически неразрушаемость коррозией, в сочетании с химической и биологической инертностью.
Где нужны эти свойства:
- Химическая инертность. Тантал не вступает в реакцию ни с какими кислотами, за исключением оксида серы, фтористоводородной или разогретых концентрированной серной и фосфорной кислот. В сочетании с пластичностью и жаропрочностью, это делает данный материал подходящим для конструирования химической аппаратуры;
- Танталовый прокат может выдерживать высокие температуры до +3017 °С без деформации или повреждений, что делает его полезным для применения в аэрокосмических двигателях или плавильных печах;
- Низкий коэффициент теплового расширения позволяет использовать данный металлопрокат в приборах, где требуется высокая точность и стабильность размеров при изменении температуры;
- Электрическая проводимость, которой обладает тантал, нужна для использования материала в конденсаторах, транзисторах или других электронных компонентах. Этот элемент используется в производстве мобильных телефонов, компьютеров, авто-электроники.
Данный металл также нужен для выпуска сферических порошков, которые используются в 3D-печати, а также для изготовления суперпроводников, лазеров.
Наиболее распространенные марки материала: ТВЧ, ТАВ, ТВЧ-1. Для слитков первичного тантала это ЭЛП-1, ЭЛП-2, ЭЛП-3.
Физические свойства ТВЧ (тантал высокой чистоты, содержание Ta составляет 99,9%.): плотность 8000 кг/м³, теплопроводность 55,4-75,5 Вт/м*К, температура плавления +1370-1400 °С. Доминирование сверхчистой марки ТВЧ обусловлено тем, что при добавлении даже малой части примесей, тантал теряет часть своих полезных свойств.
Сортамент и промышленные сферы использования
Купить тантал можно в разнообразных формах. Он продается в виде проволоки, листа (ленты, полосы), фольги, трубы, а также сортового проката: в виде слитков, прутка (круга), порошка, плиты, диска, пластины. Есть также специфические формы выпуска: помольный шар, заглушка, экран, мишень, тигель, стружка.
Специальные изделия:
- Танталовая мишень – это расходный материал для магнетронного распыления металлов (для вакуумного распыления);
- Заземляющие диски из тантала используются в лабораторном оборудовании, работающем при больших токах и напряжениях, в электронно-лучевых печах, в высокотемпературных установках для получения огнеупорной керамики и специального стекла. По характеристикам близки к платиновым дискам, и могут их заменить.
Для литья, восстановления, рафинирования сплавов или редкоземельных металлов (лантан, иттрий) плавящихся при температуре до 3000 °С, нужны танталовые тигли. В них можно также плавить сапфиры или выращивать искусственные рубины. Применяются тигли как загрузочные плиты для электролитических конденсаторов или в качестве антикоррозийных контейнеров для химического сырья.
Трубный и сортовой танталовый прокат:
- Танталовые холоднокатаные трубы производятся в соответствии с ТУ 14-224-118-87. Капилляр из тантала марки ТВЧ, то есть трубки с минимальным диаметром активно применяются в химических агрегатах, а также теплообменниках (у них высокий коэффициент теплопередачи);
- Большая часть рентгеновских защитных экранов содержит в конструкции танталовый лист;
- Танталовая пластина – это материал для изготовления химоборудования, протезов, имплантатов, а лента используется в электронагревателях.
Проволока из этого металла диаметром от 0,01 до 3 мм используется для изготовления катодов электронных ламп или твердотельных устройств, нагревательных элементов, изоляторов, химически стойких частей оборудования, работающего с агрессивными средами, теплообменников, термопар для ядерной энергетики и т.д. Она также нужна в медицине – ею скрепляют или изготавливают протезы суставов и костей. Для наложения хирургических швов используются танталовые скрепки или скобы УБ-40.
Сплавы тантала в промышленности используются для изготовления высокоскоростных резцов или для устойчивой к действию кислот аппаратуры.
