Tantaali on tulenkestävä metalli, jonka sulamispiste on 2996 astetta ja tiheys noin 16,6 g/cm³. Sen ratkaiseva tekninen etu on kemiallinen inertti: metalli kehittää ohuen, itsestään paranevan Ta:n2O5Passiivinen kalvo, joka pysyy stabiilina useimmissa mineraalihapoissa, fluorivetyhapon ja kuumat tiivistetyt alkalit ovat tärkeimmät poikkeukset. Jalostettuja muotoja ovat tangot, langat, levyt, nauhat, kalvot, putket, kiinnitysmateriaalit ja viimeistellyt -koneistetut komponentit, jotka kaikki on valmistettu sintratusta tai elektronisuihku{2}}sulatetusta harkosta, joka valssataan, vedetään tai koneistetaan lopulliseen muotoon.
Valmistuksen näkökulmasta tantaali käyttäytyy enemmän kuin kupari kuin volframi. Se on sitkeä,{1}}kovettuu nopeasti ja vaatii teräviä työkaluja, alhaisia leikkausnopeuksia ja runsaan jäähdytysnesteen virtauksen. Hehkutus suoritetaan tavallisesti suurtyhjössä tai erittäin -puhtaassa inertissä kaasussa, koska metalli kerää happea, typpeä ja vetyä korotetussa lämpötilassa, ja interstitiaalinen talteenotto tuhoaa nopeasti sitkeyden ja korroosion suorituskyvyn.
Sähköiset ja elektroniset sovellukset
Tantaalikäsiteltyjen osien suurin yksittäinen käyttötarkoitus on kiinteä elektrolyyttikondensaattori. Sintratut tantaalianodit tarjoavat korkean kapasitanssin tilavuusyksikköä kohti, alhaisen vuotovirran ja vakaan kapasitanssin laajalla lämpötila-alueella, mikä tekee niistä välttämättömiä tutkajärjestelmissä, ohjatuissa ohjuksissa, yliäänilentokoneissa ja elektronisissa tietokoneissa. Kondensaattoriteollisuus kuluttaa tantaalia pääasiassa jauheena ja hienona lankana; kondensaattoreiden lisäksi tantaalilevyä, -nauhaa ja -putkea käytetään elektronien emissioputkissa, suuritehoisissa elektroniputkikomponenteissa, tyhjiölaitteiden gettereissa ja sputterointikohteissa ohutkalvopinnoitukseen.
Kemialliset prosessilaitteet
Tantaali valitaan kemiallisiin palveluihin, joissa ruostumattomat teräkset, titaani ja nikkeli{0}}pohjaiset seokset eivät toimi, tyypillisimmin kloorivety- ja rikkihappoympäristöissä. Tyypillisiä valmistettuja tuotteita ovat petrokemialliset lämmönvaihtimet, lämmittimet, rikastimet, reaktoriastiat, kolonnit, tornit, putket ja venttiilit. Metallia käytetään usein taloudellisesti vuoraamalla tai verhoittamalla hiiliterästä ja valmistamalla sitten kostutetut osat tantaalista, ja samaa laatua käytetään korjaustulpissa, bajonettilämmittimissä ja suojakuorissa. Koska passiivinen kalvo uudistuu välittömästi vaurioitumisen jälkeen, tantaalilaitteet kestävät vähäistä mekaanista väärinkäyttöä, joka saattaisi aiheuttaa kuoppia passiivisessa-kalvoseoksessa, kuten titaanissa.
Korkean{0}}lämpötilojen ja ilmailusovellukset
Tantaaliseoksia käytetään palokammiona ja lämmönkestävänä-lujina-rakennemateriaaleina yliäänilentokoneissa. Ta-10W-tyyppinen tantaali-volframiseos on klassinen suutinmateriaali: se säilyttää lujuuden noin 8 kgf/mm² (noin 78 MPa) 1650 asteessa, mikä on lujuuden ja virumiskestävyyden yhdistelmä, jota harvat kilpailevat tulenkestävät metallit vastaavat tässä lämpötilassa. Tantaalikarbidia käytetään yksinään tai muiden karbidien kanssa taontamuottien, leikkaustyökalujen, suihkumoottorien turbiinien siipien, venttiilien ja rakettisuuttimien pinnoitteena. Sen kovuus on lähellä timantin kovuutta, ja se on kovametallityökalujen pääkomponentti.
Biolääketieteen ja implanttisovellukset
Tantaalilla on vakautta ja kudosten sietokyky kosketuksessa ihmiskudoksen kanssa, ja siksi sitä käytetään kirurgisissa korjausmateriaaleissa, keinoluussa, luulevyissä, ruuveissa, kiinnityshiusneuloissa ja ommelneuloissa. Huokoiset tantaalirakenteet mahdollistavat luun sisäänkasvun, ja seostamaton tantaali on tunnustettu implanttimateriaaliksi ASTM F560:ssa kirurgisissa implanteissa, kun taas kirurgisiin implantteihin tarkoitettu tantaalijauhe kuuluu ISO 13782 -standardin piiriin. Tantaalin suuri tiheys on haitta suuria kuormituksia kantaville implanteille, mutta sen on oltava etu radioaktiivisissa komponenteissa.
Tyypilliset ominaisuudet ja sovellettavat tekniset tiedot
| Omaisuus | Tyypillinen arvo (hehkutettu materiaali) |
|---|---|
| Sulamispiste | 2996 astetta |
| Tiheys | 16,6 g/cm³ |
| Vetolujuus | noin 345 MPa |
| Pidentymä | noin 30 % |
| Kimmomoduuli | noin 186 GPa |
| Sähkövastus | noin 13,5 µΩ·cm |
| Lämmönjohtavuus | noin 57 W/(m·K) |
| Käyttölämpötila inertissä ilmakehässä | noin 2500 asteeseen asti |
Kondensaattoriluokka: tantaalijauhe ja lanka tiukasti kontrolloiduilla happi- ja epäpuhtaustasoilla.
Kemiallinen laiteluokka: levyt, nauhat ja putket vuoraukseen, verhoukseen ja valmistettuihin astioihin.
Seoslaatu: Ta-10W-tyyppinen tantaali-volframituotteet korkeisiin lämpötiloihin.
Implanttilaatu: seostamaton tantaali ja huokoinen tantaali lääkinnällisiin laitteisiin.
Käsiteltyjen muotojen spesifikaatioiden kattavuus ilmoitetaan tavallisesti ASTM B365 tangoille ja langoille, ASTM B708 levyille, levyille, nauhoille ja kalvoille ja ASTM B521 tantaali-volframiseostuotteille. Ostotilauksessa tulee aina määritellä laatu, temperointi, mitat, pinnan viimeistely ja sallitut väliepäpuhtausrajat, koska nämä muuttujat säätelevät sekä muovattavuutta että korroosiokäyttäytymistä.
Usein kysytyt kysymykset
K: Miksi kemianlaitteissa valitaan tantaali titaanin sijaan?
Titaani on riippuvainen oksidikalvosta, joka epäonnistuu pelkistämään happoja, kun taas tantaali pitää passiivisen kalvonsa suola- ja rikkihapossa, joten se selviää ympäristöissä, joissa titaani kuoppaa.
K: Mikä on tantaalin sulamispiste ja tiheys?
Tantaali sulaa 2996 asteessa ja sen tiheys on noin 16,6 g/cm³, mikä on noin kaksi kertaa teräkseen verrattuna.
K: Kuinka vahva tantaali{0}}volframiseos on korkeassa lämpötilassa?
Ta-10W-tyyppinen metalliseos säilyttää noin 8 kgf/mm², noin 78 MPa, 1650 asteessa, minkä vuoksi sitä käytetään rakettien ja ohjusten suuttimissa.
K: Voiko tantaalia koneistaa ja hitsata?
Kyllä. Tantaalikoneet pitävät pehmeästä, sitkeästä metallista ja ne voidaan hitsata, mutta kaikki kuumatyöstö ja hitsaus on suojattava hapelta, typeltä ja vedyltä haurastumisen estämiseksi.
K: Käytetäänkö tantaalia lääketieteellisissä implanteissa?
Kyllä. Seostamaton tantaali on tunnistettu ASTM F560:ssa kirurgisissa implanteissa, ja sitä käytetään luulevyihin, ruuveihin, ompeluneuloihin, huokoisiin luun sisäänkasvurakenteisiin ja röntgensäteitä läpäisemättömiin markkereihin.
K: Mitkä vaatimukset koskevat tantaalikäsiteltyjä osia?
Yleisimmät viitteet ovat ASTM B365 tangolle ja langalle, ASTM B708 levyille, levyille, nauhoille ja kalvoille, ASTM B521 tantaali-volframiseostuotteille ja ISO 13782 implanttijauheille.
