Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Танталовое покрытие
Танталовые покрытия не менее привлекательны, чем, скажем, никелевые и хромовые. [1]
Для получения ниобиевых и танталовых покрытий используют обычно летучие галоидные соединения, легко разлагающиеся на нагретой поверхности с образованием плотных, хорошо сцепленных с основой осадков. [2]
Предложен [71] насос с танталовым покрытием внутренней поверхности для перекачки концентрированных растворов хлорида железа. [3]
При окислении циклогексана в реакторе с танталовым покрытием [39] при глубине реакции 5 % концентрация гидроперекиси составляет 1 57 вес. В качестве катализаторов ее распада могут быть использованы серная кислота ( добавка 1 %, нагревание до 100 в течение 5 мин), нафтенат кобальта, перхлорная кислота, трехфтористый бор. Распад гидроперекиси может быть проведен при той концентрации, в которой она образуется в реакции, или после частичной отгонки циклогексана. При распаде с преимущественным выходом образуется циклогексанон. [4]
Однако трудности, связанные с получением сплошного титанового или танталового покрытия на графите, не позволяют рассчитывать на использование этого предложения в ближайшее время. [6]
Карбид ниобия так же, как и карбид титана, легко разлагается жидким алюминием с образованием карбида алюминия. В связи с этим сделан вывод о невозможности использования карбидов титана и ниобия в качестве диффузионных барьеров при получении углеалюминиевого композиционного материала. Сара исследовал покрытия из никеля и тантала, показанные на рис. 18 и 19 соответственно. Установлено, что танталовое покрытие служит весьма эффективным барьером: с одной стороны, не отмечалось никаких признаков реакции между алюминием и углеродом юш покрытием и, с другой стороны, существенно облегчалась пропитка углеродного жгута матричным расплавом. В противоположность танталовому никелевое покрытие легко реагирует с алюминием, образуя большое количество интерметаллидной фазы Al3Ni, распределенной в матрице и приводящей к ее охрупчиванюо, в связи с чем это покрытие не может считаться эффективным барьером. Было исследовано также серебряное покрытие на углеродных волокнах и установлено, что растворение серебра в алюминии в процессе пропитки приводит к оголению участков углеродных волокон и к ухудшению смачивания волокон матричным расплавом. [11]
Применение тантала в высокотехнологичных областях промышленности
| В статье рассматриваются различные области применения продукции из тантала и сплавов на его основе. Описано использование металла в медицине, электровакуумных приборах, химической, атомной промышленности, металлургии и других наукоемких, а также высокотехнологичных областях. |
Формы выпуска тантала
Для производства высокотехнологичных изделий тантал применяется как в чистом виде, так и в виде сплавов. Широким спектром его применения обусловлен большой выбор танталовых и танталосодержащих полуфабрикатов. Для дальнейшей обработки выпускается танталовый пруток и лента, пластины, диски, слитки (марки ЭЛП-1, ЭЛП-2, ЭЛП-3). Наиболее востребованы танталовая проволока и листы, а также фольга (марки ТВЧ и ТВЧ-1) и металлический порошок конденсаторной квалификации. На порошок приходится около 60% мирового производства тантала, который потребляется радиоэлектронной отраслью для создания элементной базы современной «умной» техники. Около 25% рынка занимает танталовый лист и проволока, плюс фольга.
Рисунок 1. Продукция из тантала.
Области применения тантала
Тантал в электровакуумных приборах
Рабочее пространство электровакуумных приборов заполнено специальным газом или вакуумом, в котором находятся два (анод и катод) или более электрода, образующих в пространстве ток эмиссии. К таким устройствам относятся электровакуумные СВЧ-приборы магнетронного типа, приборы радиолокационных, навигационных и гидроакустических станций, осциллографы, счетчики элементарных частиц, электровакуумные фотоэлементы, рентгеновская аппаратура, электронные лампы и многое другое. В ряде электровакуумных устройств тантал служит материалом для геттеров – газопоглотителей, поддерживающих в камерах состояние глубокого вакуума. В некоторых приборах электроды очень быстро и сильно нагреваются, поэтому в них, в качестве «горячей арматуры», применяется тонкая танталовая лента (марка Т или ТВЧ) или проволока (марка ТВЧ), способная долго (десятки тысяч часов) и стабильно работать при высоких напряжениях и пульсирующих температурах.
Тантал в металлургии твердых сплавов
В металлургической промышленности тантал используют для создания сверхтвердых тугоплавких сплавов, компонентами которых выступают карбиды тантала (марки ТТ) и вольфрама. Из танталовольфрамовых сплавов (марки ТВ-15,ТВ-10,ТВ-5) производят металлорежущий и обрабатывающий инструмент, сверхпрочные «коронки» для бурения отверстий в камне и композитах. Сплавы из карбида тантала и никеля с легкостью обрабатывают поверхность алмазов, не уступая им в твердости. Из тантала (твердость по Бринеллю до 1250–3500 МПа) делают детали криогенных установок, фильеры и тигли для плавки и очистки редкоземельных металлов, сосуды для холодного прессования металлических порошков.
Тантал в химическом машиностроении
В химическом машиностроении бесшовная холоднодеформированная танталовая труба (марка ТВЧ) и лист применяются в конструкциях коррозионностойкой аппаратуры, работающей в химически агрессивной среде. Из тантала производят различные кислотоупорные конструкции (змеевики, мешалки, дистилляторы, аэраторы, трубопроводы), лабораторное оборудование, устройства нагрева и охлаждения, функционирующие в контакте с кислотами, в том числе, с концентрированными субстанциями. Танталовая фольга используется для плакировки (тонкого термомеханического покрытия) поверхности деталей и оборудования на линиях по производству серной кислоты, аммиака и т.п.
Тантал в медицине
Тантал обладает уникальной совместимостью с живыми тканями и не отторгается ими. В медицине танталовая проволока применяется в виде нитей и скоб для скрепления мускульных тканей, сухожилий, нервных волокон, кровеносных сосудов. Из нее же делают сетки для глазных протезов, а из листа – корпуса сердечных электростимуляторов. В восстановительной хирургии танталовый пруток и лента считаются безальтернативными материалами для костного протезирования и замещения. Исключительную важность танталовый лист представляет как «ремонтный» материал при повреждениях черепа.
Тантал в аэрокосмической промышленности
Как высокотемпературный конструкционный материал, в аэрокосмической промышленности танталовый лист применяется для производства ответственных компонентов ракет и самолетов. Например, из тантала изготавливают носовые части ракет и жаропрочные лопатки газовых турбин турбореактивных двигателей на жидком топливе. Из танталовых сплавов производят сопловые детали, форсажные камеры и т.д.
Тантал в ядерной индустрии
Тантал в электротехнике и электронике
Танталовый порошок (ТУ95.250-74) используют при изготовлении современных конденсаторов для телекоммуникационного, микроэлектронного и компьютерного оборудования. При миниатюрных размерах они превосходят большинство других электролитических конденсаторов по удельной емкости на единицу объема, отличаются большим диапазоном рабочих температур, высокой надежностью. Танталовые конденсаторы сохраняют свои характеристики до 25 лет в режиме хранения, а в режиме эксплуатации способны работать до 150 тысяч часов. Сегодня танталовые конденсаторы присутствуют на микросхемах практически каждого смартфона, компьютера, игровой приставки, а также в военной аппаратуре. Тантал используется в выпрямителях электрического тока, поскольку он обладает способностью пропускать его только в одном направлении.
Рисунок 2. Конденсатор из тантала.
Заключение
Помимо перечисленного, танталовый пруток и лист, фольга, проволока, порошок, используются для решения десятков и сотен других задач. В металлургии тантал применяется в качестве легирующего стабилизирующего компонента при производстве сверхпрочных, коррозионностойких, жаропрочных сталей и сплавов. Соединения тантала выступают в роли катализаторов в процессах химических производств, например, синтетического каучука. Тантал показал высокую эффективность в оптике, поскольку при добавлении в стекло, он увеличивает его коэффициент преломления, что позволяет делать линзы не сферическими, а более тонкими и плоскими, даже при больших диоптриях. В ювелирном деле тантал используется наравне с платиной при производстве браслетов, часов, перьев авторучек. Нет никаких сомнений, что тантал является одним из самых востребованных и перспективных металлов, используемых в высокотехнологичных областях промышленности, и как мы видим, не только в них.
телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95
Тантал металлургия
Однако на медицинские нужды расходуется лишь 5% производимого в мире тантала, около 20% потребляет химическая промышленность. Основная часть тантала — свыше 45 % — идет в металлургию. В последние годы тантал все чаще используют в качестве легирующего элемента в специальных сталях — сверхпрочных, коррозионностойких, жаропрочных. Действие, оказываемое на сталь танталом, подобно действию ниобия.
Добавка этих элементов к обычным хромистым сталям повышает их прочность и уменьшает хрупкость после закалки и отжига.Очень важная область применения тантала — производство жаропрочных сплавов, в которых все больше и больше нуждается ракетная и космическая техника. Замечательными свойствами обладает сплав, состоящий из 90% тантала и 10% вольфрама. В форме листов такой сплав работоспособен при температуре до 2500°С, а более массивные детали выдерживают свыше 3300°С!
За рубежом этот сплав считают вполне надежным для изготовления форсунок, выхлопных труб, деталей систем газового контроля и регулирования и многих других ответственных узлов космических кораблей. В тех случаях, когда сопла ракет охлаждаются жидким металлом, способным вызвать коррозию (литием или натрием), без сплава тантала с вольфрамом просто невозможно обойтись.
Работа под напряжением.
Приблизительно четвертая часть мирового производства тантала идет в электротехническую и электровакуумную промышленность. Благодаря высокой химической инертности как самого тантала, так и его окисной пленки, электролитические танталовые конденсаторы весьма стабильны в работе, надежны и долговечны: срок их службы достигает 12 лет, а иногда и больше. Миниатюрные танталовые конденсаторы используют в передатчиках радиостанций, радарных установках и других электронных системах. Любопытно, что эти конденсаторы могут сами себя ремонтировать: предположим, возникшая при высоком напряжении искра разрушила изоляцию — тотчас же в месте пробоя вновь образуется изолирующая пленка окисла, и конденсатор продолжает работать как ни в чем не бывало.
Окись тантала обладает ценнейшим для электротехники свойством: если через раствор, в который погружен тантал, покрытый? тончайшей (всего несколько микрон!) Пленкой окиси, пропускать переменный электрический ток, он пойдет лишь в одном направлении — от раствора к металлу. На этом принципе основаны танталовые выпрямители, которые применяют, например, в сигнальной службе железных дорог, телефонных коммутаторах, противопожарных сигнальных системах. Тантал служит материалом для различных деталей электровакуумных приборов.
Как и ниобий, он отлично справляется с ролью геттера, т. е. газопоглотителя. Так, при 800° С тантал способен поглотить количество газа, в 740 раз больше его собственного объема. А еще из тантала делают горячую арматуру ламп — аноды, сетки, катоды косвенного накала и другие нагреваемые детали. Тантал особенно нужен лампам, которые, работая при высоких температурах и напряжениях, должны долго сохранять точные характеристики. Танталовую проволоку исполь-ауют в криотронах — сверхпроводящих элементах, нуж-иыж, например, в вычислительной технике.
Побочные «специальности» тантала.
Тантал — довольно частый гость в мастерских ювелиров, во многих случаях им заменяют платину. Из тантала делают корпуса часов, браслеты и другие ювелирные из-делия. И еще в одной области элемент № 73 конкурирует с платиной: стандартные аналитические разновесы из это-го металла по качеству не уступают платиновым. В про» изводстве наконечников для перьев автоматических ручек танталом заменяют более дорогой иридий. Но и этим послужной список тантала не исчерпывается. Специалисты по военной технике считают, что из тантала целесообразно изготовлять некоторые детали управляемых снарядов и реактивных двигателей.Широкое применение находят и соединения тантала.
Так, фтортанталат калия используют как катализатор в производстве синтетического каучука. В этой же роли выступает и пятиокись тантала при получении бутадиена из этилового спирта.Окись тантала иногда применяют и в стеклоделии — для изготовления стекол с высоким коэффициентом преломления. Смесь пятиокиси тантала Та2О5 с небольшим количеством трехокиси железа предложено использовать для ускорения свертыванпя крови. Гидриды тантала успешно служат для припаивания контактов на кремниевых полупроводниках.Спрос на тантал постоянно растет, и поэтому можно не сомневаться, что в ближайшие годы производство этого замечательного металла будет увеличиваться быстрее, чем сейчас.
ДЕШЕВЛЕ ПЛАТИНЫ, ДОРОЖЕ СЕРЕБРА. Замена платины тан талом, как правило, весьма выгодна — он дешевле ее в несколько раз. Тем не менее дешевым тантал не назовешь. Относительная дороговизна тантала объясняется высокой ценой материалов, используемых »в его производстве, и сложностью технологии получения элемента № 73: для получения тонны танталового концентрата необходимо переработать до 3 тыс т руды.
МЕТАЛЛ ИЗ ГРАНИТА. Поиски танталового сырья продолжа ются и в наши дни. Ценные элементы, в том числе тантал, есть в Обычных гранитах. В Бразилии уже пробовали добывать тантал из гранитов. Правда, промышленного значения этот процесс получения тантала и других элементов пока не имеет — он весьма сложен и дорог, но получить тантал из такого необычного сырья сумели.
ТОЛЬКО ОДИН ОКИСЕЛ. Раньше считалось, что, подобно многим другим переходным металлам, тантал при взаимодействии с кислородом может образовывать несколько окислов разного состава. Однако более поздние исследования показали, что кислород окисляет тантал всегда до пятиокиси Ta2O5. Существовавшая путаница объясняется образованием твердых растворов кислорода в тантале. Растворенный кислород удаляется при нагревании выше 2200° С в вакууме. Образование твердых растворов кислорода сильно сказывается на физических свойствах тантала. Повышаются его прочность, твердость, электрическое сопротивление, но зато снижаются магнитная восприимчивость и коррозионная стойкость»
Статья на тему Тантал металлургия
Похожие страницы:
3000° С), низкий коэфф. термического расширения, малая.
Покрытия тантала
Для осаждения танталовых покрытий нами впервые была применена безводородная методика газофазного восстановления пентабромида тантала парами кадмия. Покрытия β-тантала были получены при температурах 650-750 о С на подложках Мо, Cu, Al2O3, SiO2, сталь 12Х18Н10Т, сплав ЖС6У-ВИ были получены плотные покрытия. На кварцевом стекле SiO2 осаждалась смесь α-тантала и β-тантала в соотношении 2:1. Отжиг полученных покрытий при температуре Т = 1273 К переводит β-тантал в α-модификацию. Самую высокую скорость роста покрытий наблюдали на подложке из сплава ЖС6У-ВИ, при осаждении тантала на которой образуется диффузионный слой из интерметаллидов.
Применение танталовых покрытий
Пленки и покрытия на основе тантала используют в микроэлектронике, нефтегазовой промышленности, химическом машиностроении, медицине и др. Танталовые покрытия применяются в качестве диффузионного барьера в жаростойких покрытиях, например, лопаток турбин. Жаростойкое покрытие на основе тантала стволов орудий позволяет существенно ресурс работы ствола. Стабильная форма α-Ta имеет высокую температуру плавления Tпл = 3023 о С, пластична, проявляет химическую стойкость к кислотам и агрессивным газам. Низкое удельное сопротивление металлического α-Ta (20–40 мкОм см) позволяет использовать его в тонкопленочных конденсаторах и для металлизации интегральных схем. Метастабильная модификация β-Ta и формируется как правило в тонких пленках, имеет относительно высокое удельное сопротивление (160–200 мкОм см) и применяется в конденсаторах и резисторах.
Создание биосовместимых материалов сложной формы имеет важное значение для развития биомедицинских имплантатов и тканевой инженерии. Широко применяемым классом биосовместимых материалов являются биоинертные материалы, которые не имеют воспалительной реакции, хотя и способны зарастать фиброзной тканью, особенно в ортопедических имплантатах, что приводит к расшатыванию имплантата.
Тантал является одним из лучших металлических биоинертных материалов. Это твердый, пластичный, высоко химически стойкий материал, образующий компактный пассивный оксидный слой с хорошей адгезией, что облегчает врастание в кости. Тантал демонстрирует отсутствие воспалительных реакций, независимо от позиции импланта, типа тканей и формы имплантатов. Титан и сталь, используемые в качестве имплантов, необходимо очищать от вредных для организма легирующих добавок и примесей, что достаточно сложно достичь практически. В зависимости от применения, танталовые импланты могут быть в объемной форме (как правило, пористые) и в виде покрытия.
Интересным направлением создания имплантов с покрытием из тантала являются сетчатые углеродистые пены, имитирующие микроструктуру губчатой кости в качестве армирующих кости имплантов с врастанием материала кости в имплант.
Тантал — что это за металл: характеристики и стоимость
Металлов на нашей планете немало. Среди них есть тяжелые, редкие, дорогие, прочные, пластичные, благородные. Все эти качества относятся к танталу (Та), расположенному в таблице Менделеева в V группе под номером 73. Что такое тантал – об этом узнаем прямо сейчас.
История открытия
Тантал относится к тяжелым металлам. Был открыт в 1802 году шведским химиком. Андерс Экеберг изучал образцы минералов и обнаружил новый химический элемент, который посчитал разновидностью колумбия (ниобия). Его долго не могли выделить в чистом виде, поэтому он получил название в честь Тантала, имя которого связано с выражением «Танталовы муки».
Впервые чистый металл получили в лаборатории лишь 100 лет спустя. Промышленное производство стартовало только в 1922 г. – была отлита первая заготовка, размером не более спичечной головки. Массовое использование нового вещества началось в конце 40-х годов прошлого столетия. И сейчас отмечается повышенный спрос на химический элемент №73.
Добыча и производство
Тантал – это редкий в природе металл, и в чистом виде не встречается. В земной коре его содержание – 0,0002%. Обычно его обнаруживают рядом с ниобием. Этот металл содержится в составе более 60 различных минералов. Существуют также и собственные руды тантала – лопарит, танталит, тапиолит, колумбит-танталит (колтан), манганотанталит и другие (около 20 видов).
Месторождения тантала находятся на всех континентах, самые крупные в Бразилии (40-50%), Австралии (20%), Китае, Франции, Египте, Канаде, Конго, Эфиопии. По подсчетам ученых, мировых запасов осталось на 50 лет. Планируется разработка танталовых рудников в Саудовской Аравии, с предполагаемым ресурсом на 200 лет.
В России залежи танталсодержащих концентратов находятся в Мурманском регионе, Якутии, Забайкалье, Сибири.
В мире насчитывается не более 40 компаний, производителей тантала. По масштабам производства лидируют США, Бразилия, Китай, Япония. В СНГ производят тантал на Соликамском магниевом заводе из лопаритовых руд (50 т за год), а в Усть-Каменогорске (Казахстан) – из колтана.
Свойства тантала
Данный химический элемент – тугоплавкий металл. Это означает, что он имеет одну из самых высоких температур плавления – 3017 °C! Из этого следует, что танталовые изделия обладают исключительной износостойкостью и могут работать в экстремальных условиях длительный срок. При температуре свыше 280 °C Та окисляется, и на поверхности образуется защитная радужная пленка.
Тантал обладает уникальными свойствами. Одно из них – сочетание твердости и пластичности. По своим пластическим возможностям Та успешно конкурирует с золотом. О его твердости говорит тот факт, что он сохраняет свои свойства даже в жидком азоте (при −196 °C). И только неметаллические примеси (C, O, N, H) способны снизить его качества.
В чистом виде металл легко поддается обработке и созданию нужной формы. Он легко прокатывается в тончайший лист или нить, штампуется, куется, обрабатывается на токарном станке. Его электропроводность в обычных условиях средняя, но при температурах ниже −300 °C он превращается в сверхпроводник.
Тантал обладает также высокой теплопроводностью и парамагнитными свойствами, хорошо поглощает газы.
Важное химическое свойство – устойчивость к агрессивным средам, в том числе кислым, поэтому Та нашел применение в медицине. Он не растворяется даже в царской водке, хотя не может устоять перед смесью плавиковой и азотной кислот. У тантала самая высокая стойкость к коррозии.
Зачем нужен тантал
Сферы использования тантала:
Из него изготавливают слитки, пластины, диски, фольгу, ленты, прутки, проволоку и следующую продукцию:
Используется тантал и в ювелирном деле. В чистом виде он имеет серебристый цвет, с легкой голубизной. За ним легко ухаживать, изделие годами сохраняет свой первоначальный вид, комфортно и безопасно в носке, поэтому танталовые обручальные кольца для мужчин так популярны. Это атрибут для людей с достатком, потому что цена за 1 грамм тантала выше, чем у платины.
Нужен тантал и для улучшения физико-химических свойств других металлов, поэтому используется в качестве легирующей добавки, а также как основа для производства сплавов с титаном, вольфрамом, молибденом, кремнием.
Ложка дегтя
Несмотря на свои превосходные качества, металл тантал нельзя назвать безобидным. Он инертен и в чистом виде нетоксичен, но его пыль, некоторые сплавы и соединения с неметаллами способны вызывать тяжелые патологии зрения, органов дыхания и кожи.
Тантал подвержен возгоранию, взрывоопасен, поэтому работа с ним может привести к травмам. Его получение считается вредным производством, потому что требует использования опасных химикатов.
Тантал как металлолом
Сдать тантал в металлолом не просто. Во-первых, малое количество приемных пунктов, которые могли бы его принять. Кроме этого, существует серьезный ограничительный фактор: перед сдачей соответствующие органы должны определить происхождение лома и законность сделки. Особенно это касается слитков, прутков, листов, проволоки и готовых изделий.
Сколько стоит
Тантал продолжает быть востребованным металлом, хотя спрос на него уменьшился. Одна из причин – возросшая популярность ниобия, обладающего похожими свойствами.