3-钽铌及其合金
钽铌合金的广泛应用领域
钽铌合金的广泛应用领域钽铌合金，通常由钽和铌两种金属元素组成的合金，具有优异的性能和广泛的应用领域。
本文将深入探讨钽铌合金的特点、制备工艺以及在不同领域的应用，并分享个人对其的观点和理解。
一、钽铌合金的特点和制备工艺1. 特点：钽铌合金具有以下显著特点：1）高融点和高熔点：钽的熔点约为2996°C，而铌的熔点约为2468°C，因此钽铌合金具有较高的熔点，使其在高温环境下表现优异。
2）优异的耐腐蚀性：钽铌合金具有良好的耐腐蚀性，能够抵御酸、碱等腐蚀介质的侵蚀，因此在化学工业等腐蚀性环境中得到广泛应用。
3）优异的机械性能：钽铌合金具有出色的机械性能，包括高强度、高硬度和良好的延展性，适用于多种工程应用。
2. 制备工艺：钽铌合金可以通过多种制备工艺得到，常见的有：1）冶金法制备：通过熔炼、铸造、热处理等工艺将钽和铌按比例混合，并在特定温度下进行化学反应，最终得到钽铌合金。
2）粉末冶金法制备：将钽和铌的粉末按一定比例混合，并通过压制、烧结等工艺得到钽铌合金。
二、钽铌合金的应用领域钽铌合金由于其优异的性能，在多个领域得到广泛应用，以下是几个典型的应用领域：1. 航空航天领域：钽铌合金可以在高温、高压等极端环境下保持良好的稳定性和机械性能，因此被广泛应用于航空航天领域。
在航空发动机中使用钽铌合金制造的叶片和涡轮盘，可以承受高温、高速的工作条件，提高发动机性能和寿命。
2. 化工领域：由于钽铌合金的优异耐腐蚀性，它被广泛用于化工领域。
在化学反应器、腐蚀介质储存罐、管道等设备中，使用钽铌合金可以有效防止介质对设备的侵蚀，提高设备的使用寿命和安全性。
3. 医疗领域：钽铌合金在医疗领域也有重要应用。
由于其生物相容性良好且不容易引起过敏反应，钽铌合金被广泛用于制造人工关节、牙科种植体等医疗器械，为患者提供持久稳定的医疗效果。
4. 电子领域：钽铌合金还在电子领域有广泛的应用。
它可以作为高温超导材料，用于制造超导电缆、磁体等设备。
钽铌及其合金基本介绍资料
工业生产钽粉的方法
传统：(1)氟钽酸钾钠热还原法；(2)氧化钽碳热还原法
缺点：生产成本高、周期长、效率低、能耗大、污染环境且难以连 续化生产，造成钽及钽合金的价格过高。
传统金属热还原法的FFC 剑桥工艺
缺点：以CaCl2 为熔盐电解质，CaCl2 吸水性强，需在300 ℃左右保 持干燥，实验麻烦；CaCl2 在高温下挥发严重，长时间电解，需持续 添加CaCl2 熔盐，工作效率低，使得整个熔盐体系始终处于不稳定的 动态过程；电解电压不能过高，通常为2.7~3.2 V，同时伴有副反应 发生，降低电流密度和电流效率；以石墨棒为阳极，容易烧损，产 生石墨微粒，可能导致阴阳极之间出现部分电子导电。
第3讲 钽铌及其合金
钽的基本属性
“金属王国”中的后起之秀 钽于1802 年由瑞典化学家爱开堡发现, 1903 年鲍尔登制得金属钽； 略带蓝色的浅灰色金属, 密度为16.50g.cm3, 硬度6~6.5，熔点 2996℃, 仅次于钨和铼居第三位。富有延展性,韧性比铜更好，冷加工 可拉成细丝和制成薄箔；膨胀系数很小, 每升高1℃, 只膨胀百万分之 六点六； 化学稳定性强, 常温下不和水及空气发生反应, 冷和热态下都有极强 的抗腐蚀性, 能抵抗除氢氟酸外的一切无机酸。将钽金属放入200℃的 硫酸中浸泡一年, 表层仅损伤0.006 毫米。实验证明: 常温下, 碱溶液、 氨、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂对钽均不起作用； 钽在常温下能溶解氢, 开始生成固体溶液, 而后生成氢化物, 可作为 贮氢材料。
冷变形态
600℃×1h
冷变形态
600℃×1h
800℃×1h
900℃×1h
1000℃×1h
1100℃×1h
1＃再结晶温度：800～900℃
钽及钽合金牌号和化学成分
钽及钽合金牌号和化学成分钽是一种耐腐蚀的金属，具有高熔点、高密度、良好的热稳定性和化学稳定性。
它广泛应用于航空航天、化工、电子、医疗、冶金等领域。
本文将介绍几种常见的钽及钽合金的牌号和化学成分。
1.钽钽的化学符号为Ta，原子序数为73，属于过渡金属。
钽是一种银白色金属，具有良好的导电性、导热性和耐腐蚀性。
它的熔点达到3017摄氏度，是常用金属中熔点最高的。
钽的纯度要求通常在99.95%以上，其中氧含量不超过0.015%，碳含量不超过0.010%，氮含量不超过0.010%，氢含量不超过0.0015%，钉(Fe)含量不超过0.005%，W（钨）含量不超过0.005%，O（氧化物）含量不超过0.02%，H（氢）含量不超过0.002%。
在航空航天领域，钽常用于制造发动机喷口、制动器、喷嘴、内置孔道结构等耐高温、耐腐蚀的部件。
在化工行业，钽常应用于制造反应器、换热器、阀门、管道等具有耐腐蚀性能的设备。
在电子行业，钽可用于制造集成电路、电容器等。
在医疗领域，钽可用于制造人工关节、牙科实验室工具等。
2.镍钽合金镍钽合金是一种具有良好耐腐蚀性和高强度的合金材料。
它的化学符号为Ni-Ta，常用的合金牌号有Niobium 370、Niobium C-103等。
Niobium 370合金的化学成分主要包括镍(Ni)约为63%，钽(Ta)约为33%，钛(Ti)约为1.2%，铁(Fe)约为0.3%，硅(Si)约为0.1%，铬(Cr)约为0.08%，锰(Mn)约为0.05%。
Niobium C-103合金的化学成分主要包括镍(Ni)约为59%，钽(Ta)约为39%，硅(Si)约为0.15%，铬(Cr)约为0.1%，铁(Fe)约为0.06%，锰(Mn)约为0.03%。
镍钽合金具有较高的熔点和良好的耐腐蚀性，特别适用于耐高温、耐腐蚀的环境。
它被广泛应用于航空航天、化工、医疗等领域。
在航空航天领域，镍钽合金常用于制造喷嘴、涡轮叶片等高温部件。
钽铌材料及其性能
钽铌材料及其性能钽1.钽金属(tantalum)钽是稀有高熔点金属。
熔点2996℃，密度16.68g/cm3，晶格类型：体心立方。
导热系数（25℃）54W/M・K。
线膨胀系数（0~100℃）6.5×10-6。
钽主要用做制作钽电解电容器，钽合金如Ta—2.5W、Ta —10W、Ta—40Nb等，比任何别的材料更能经受高温和矿物酸的腐蚀，可作为飞机、导弹、火箭的耐热高强度材料以及控制、调节装置的零部件等。
钽在高温真空炉中，可作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。
钽制舟皿可用于真空蒸度装置，钽与人体组织还具有优良的生物相容性和稳定性，对人体组织不起反应，可作为接骨板螺丝、缝合针等外科手术材料。
2.钽的化合物(tantalum compound)2.1钽的氧化物(tantalum oxide)钽的氧化物最有应用价值的是Ta2O5。
Ta2O5为白色粉末，无味无臭，比重8.71g/cm3，熔点1870℃。
具有明显的酸性，不溶于水，也不溶于大多数的酸和碱，但在热的氢氟酸和过氧酸中能缓慢地溶解，与碱共熔时，生成钽酸盐。
Ta2O5具有α、β两种变体，其转变温度为1320℃，不同变体的氧化物，晶体结构不同，故其晶格常数，密度和其它性质都有明显的区别。
钽的其它低价氧化物，其性能不稳定。
钽的主要低价氧化物TaO2是一种褐色粉末，不溶于酸，在空气中加热时转变成Ta2O5，具有导电性。
2.2钽的卤化物(tantalum halide)TaCl5为黄色粉末，熔点220℃，沸点223℃－239℃，比重3.68g/cm3，易挥发，吸湿性强，非常容易水解析出白色的氢氧化物沉淀。
除高价的TaCl5外，钽的低价氯化物有TaCl4、TaCl3、TaCl2，均是易挥发物。
TaF5为白色结晶，熔点91.5℃，沸点229.2℃－233.3℃，比重4.74g/cm3，具有很强的吸湿性，在弱酸溶液中(当HF浓度低于7%)溶解而不水解。
2.3钽的碳化物(tantalum carbide)钽的碳化物主要有Ta2C和TaC两种，而Ta2C又有α－Ta2C和β－Ta2C两种同素异构体。
钽铌及其合金基本介绍
(1) 增大再结晶退火前冷变形程度； 冷变形程度越大，这些强烈变曲的区域越多，再结晶晶核心 越多，细晶细化。 (2) 快速加热； 避免升温过程中产生回复，减少储能而使再结晶数目减少。 (3) 控制原始晶粒大小。
850 ℃, 20 min 850 ℃, 60 min
900 ℃, 10 min
950 ℃, 10 min
1#试样不同 退火工艺的 显微组织
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西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
1#深冲钽壳的宏观形貌
( a) 90%变形量后850 ℃, 60 min退火; ( b) 90%变形量后900 ℃, 10min 退火; ( c) 1 150 ℃退火60 min 钽片深冲制品表面质量差的主要原因是晶粒粗大
西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
第3讲 钽铌及其合金
2016/7/6
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钽的基本属性
“金属王国”中的后起之秀
西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
钽于1802 年由瑞典化学家爱开堡发现, 1903 年鲍尔登制得金属钽；
略带蓝色的浅灰色金属, 密度为16.50g.cm3, 硬度6~6.5，熔点 2996℃, 仅次于钨和铼居第三位。富有延展性,韧性比铜更好，冷加工 可拉成细丝和制成薄箔；膨胀系数很小, 每升高1℃, 只膨胀百万分之 六点六； 化学稳定性强, 常温下不和水及空气发生反应, 冷和热态下都有极强 的抗腐蚀性, 能抵抗除氢氟酸外的一切无机酸。将钽金属放入200℃的
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锻造钽的性能
西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
初始挤压的钽(as-extruded) 与二次再锻压并经1523 K,2 h真空退火的钽 (forged+annealed)在296 K 温度和不同应变率下的真实应力应变曲线
钽及钽合金棒材、板材、带材和箔材-学习总结4
钽及钽合金板材、带材和箔材Tantalum and tantalum alloy sheet, strip and foil标准：GB/T 3629-2017 ASTM B 708牌号、状态和规格：Mechanics properties力学性能；机械性能:Elongation延伸率Yield strength屈服强度Tensile strength抗拉强度Annealed退火态Grade(UNS)退火态Tensilestrength min,psi (MPa)Yield strengthmin,psi(MPa)(2%)Elongation min, %(1 inch gagelength)中厚板、薄板和箔材PureTa (RO5200，RO5400)厚度<0.060"(1.524mm)厚度≥0.060"(1.524mm)30000 (207) 20000 (138) 2025000 (172) 15000 (103) 30钽10钨Ta-10W(RO5255)中厚板、薄板和箔材70000 (482) 60000 (414) 1570000 (482) 55000 (379) 20钽2.5钨Ta-2.5W (RO5252)厚度<0.125" (3.175mm)40000 (276) 30000 (207) 2040000 (276) 22000(152) 25厚度≥0.125" (3.175mm)钽铌40(RO5240)厚度<0.060"(1.524mm)厚度≥0.060"(1.524mm)35000 (241) 20000 (138) 2535000 (241) 15000 (103) 25钽的合金主要有钽钨合金和钽铌合金。
其中钽钨合金产品牌号为：RO5252Ta-2.5W、Ta-7.5W 、RO5255Ta-10W产品主要有：钽钨合金靶材、钽钨合金片、钽钨合金棒、钽钨合金丝、钽钨合金管、钽钨合金坩埚、钽钨合金异形件钽铌合金产品的牌号主要有Ta-3Nb、Ta-20Nb 、Ta-30Nb、RO5240Ta-40Nb 执行标准：ASTM B708 98主要产品和钽钨合金产品基本一致。
钽铌合金的用途
钽铌合金的用途
钽铌合金是一种高强度、高温、耐腐蚀的金属材料，由钽和铌两种金属元素组成。
它具有优异的物理和化学性质，因此在许多领域都有广泛的应用。
钽铌合金在航空航天领域中被广泛使用。
由于其高强度和高温性能，它可以用于制造航空发动机、火箭发动机和导弹部件等。
此外，钽铌合金还可以用于制造航空航天器的外壳和结构件，以提高其耐腐蚀性和耐高温性能。
钽铌合金在医疗领域中也有广泛的应用。
由于其生物相容性好、耐腐蚀性强和机械性能优异，它可以用于制造人工关节、牙科种植体和心脏起搏器等医疗器械。
此外，钽铌合金还可以用于制造医疗器械的外壳和结构件，以提高其耐腐蚀性和机械性能。
钽铌合金还可以用于制造化工设备、核工业设备和海洋工程设备等。
由于其耐腐蚀性强，可以在恶劣的环境下使用，因此在这些领域中有着广泛的应用。
钽铌合金是一种优异的金属材料，具有高强度、高温、耐腐蚀等优异的物理和化学性质，因此在航空航天、医疗、化工、核工业和海洋工程等领域中有着广泛的应用。
随着科技的不断发展，钽铌合金的应用领域还将不断扩大。
最抗腐蚀的金属材料铌钽合金
最抗腐蚀的金属材料---铌钽合金无机酸中只在氢氟酸中缓慢氧化钽还有非常出色的化学性质，具有极高的抗腐蚀性。
无论是在冷和热的条件下，对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。
但钽在热的浓硫酸中能能被腐蚀，在150以下，钽不会被浓硫酸腐蚀，只有在高于此温度才会有反应，在175度的浓硫酸中1年，被腐蚀的厚度为0.0004毫米，将钽放入200℃的硫酸中浸泡一年，表层仅损伤0.006毫米。
在250度时，腐蚀速度有所增加，为每年被腐蚀的厚度为0.116毫米，在300度时，被腐蚀的速度则更加快，浸泡1年，表面被腐蚀1.368毫米。
在发烟硫酸（含15%的SO3）腐蚀速度比浓硫酸中更加严重，在130度的该溶液里浸泡1年，表面被腐蚀的厚度为15.6毫米。
钽在高温下也会被磷酸腐蚀，但该反应一般在150度以上才发生，在250度的85%的磷酸中，浸泡1年，表面被腐蚀20毫米，另外，钽在氢氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解，在氢氟酸中也能被溶解。
但是钽更害怕强碱，在110度40%浓度的烧碱溶液里，钽会被迅速溶解，在同样浓度的氢氧化钾溶液中，只要100度就会被迅速溶解。
除上面所述情况外，一般的无机盐在150度以下一般不能腐蚀钽。
实验证明，钽在常温下，对碱溶液、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂均不起作用，仅在氢氟和热浓硫酸作用下有所反应。
这样的情况在金属中是比较罕见的。
铌是灰白色金属，熔点2468℃，沸点4742℃，密度8.57克／立方厘米。
室温下铌在空气中稳定，在氧气中红热时也不被完全氧化，高温下与硫、氮、碳直接化合，能与钛、锆、铪、钨形成合金。
不与无机酸或碱作用，也不溶于王水，但可溶于氢氟酸。
铌的氧化态为－1、＋2、＋3、＋4和＋5，其中以＋5价化合物最稳定。
钽铌及其合金基本介绍资料
钽铌及其合金基本介绍资料钽铌是一种常见的金属元素和合金，具有广泛的应用。
它具有优异的耐腐蚀性、耐热性和机械性能，在航空航天、化工、电子、医疗和冶金等领域都有重要的应用。
以下是钽铌及其合金的基本介绍资料，详述其特性、制备和应用。
一、钽铌的特性1.耐腐蚀性：钽铌具有优异的耐腐蚀性能，可以抵御酸、碱、盐等腐蚀介质的侵蚀，尤其对硫酸、盐酸和氢氟酸具有良好的耐蚀性能。
2.耐热性：钽铌具有较高的熔点和较低的蒸发率，可以在高温下长时间稳定工作，适用于高温环境中的应用。
3.机械性能：钽铌具有优异的机械性能，具有较高的强度、硬度和韧性，能够承受较大的载荷和压力。
二、钽铌的制备1.粉末冶金法：通过将钽和铌的粉末按一定比例混合，并在高温下进行烧结和热处理，制备成钽铌合金。
2.合金熔融法：将钽和铌按一定比例放入炉中熔化，然后进行凝固和淬火处理，制备成钽铌合金。
3.化学还原法：通过还原钽和铌的化合物，如氧化物、氯化物等，得到纯钽和纯铌，然后进行高温合金化反应，制备成钽铌合金。
三、钽铌合金的应用1.航空航天领域：由于钽铌具有优异的耐腐蚀性和耐热性能，常用于制造航空航天器的发动机喷嘴、燃烧室、飞行控制系统等关键部件。
2.化工领域：由于钽铌具有优异的耐蚀性，常用于制造化工设备的反应器、换热器、储罐等部件。
3.电子领域：由于钽铌具有优异的导电性和耐腐蚀性，常用于制造半导体设备的阳极、电极和连接器。
4.医疗领域：由于钽铌生物相容性好且不引起过敏反应，常用于制造人工关节、牙科植入物和心脏起搏器等医疗器械。
5.冶金领域：由于钽铌具有良好的耐高温性能，常用于制造高温炉、真空炉和热处理设备等。
综上所述，钽铌及其合金具有优异的耐腐蚀性、耐热性和机械性能，广泛应用于航空航天、化工、电子、医疗和冶金等领域。
随着科技的不断进步，钽铌合金在更多领域的应用也将不断扩展。
钽铌及其合金基本介绍资料
钽铌及其合金基本介绍资料**第讲钽铌及其合金**钽的基本属性“金属王国”中的后起之秀钽于年由瑞典化学家爱开堡发现,年鲍尔登制得金属钽略带蓝色的浅灰色金属,密度为gcm,硬度~熔点℃,仅次于钨和铼居第三位。
富有延展性,韧性比铜更好冷加工可拉成细丝和制成薄箔膨胀系数很小,每升高℃,只膨胀百万分之六点六化学稳定性强,常温下不和水及空气发生反应,冷和热态下都有极强的抗腐蚀性,能抵抗除氢氟酸外的一切无机酸。
将钽金属放入℃的硫酸中浸泡一年,表层仅损伤毫米。
实验证明:常温下,碱溶液、氨、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂对钽均不起作用钽在常温下能溶解氢,开始生成固体溶液,而后生成氢化物,可作为贮氢材料。
**钽金属的应用在制取无机酸的设备中,钽可用来代替不锈钢,寿命比不锈钢长十几倍在化工、电子、电气及原子能行业中,可以取代由贵金属铂大大降低成本作为炼制超强度钢、耐蚀钢和耐热合金钢的重要元素,可作为火箭、宇宙飞船、喷气飞机等空间技术所需的特殊材料钽和的钨制成的无磁性合金,在红热条件下可保持弹性,广泛用于电器工业、电子管工业钽条还专用于整流器中用于制造外科刀具、人造纤维的拉线模等,是铂的代用品碳化钽具有极强的硬度和极高的熔点,在高温条件下与金刚石不相上下,用其做成的切刀,可高速切削许多坚硬的合金用它制成的钻头,可代替最坚硬的合金或金刚石钻头生物相溶性好用来修补、封闭人体破碎的头盖骨和四肢骨折的裂缝及缺损钽的细丝作为手术缝合线可代替肌腱和神经纤维钽板可作人造钽耳。
**年钽材的产品形成和相应市场份额电子工业用钽~的钽用于钽电容器微处理器和数字信号处理器的连接材料高温合金用钽航空发动机叶片、密封件和喷嘴武器系统用钽破甲弹、爆炸成形弹药型罩包覆材料用钽高能加速器中钨固体靶的包覆材料**常温、不同应变率下钽的σε曲线准静态加载下钽的σε曲线动态加载下钽的σε曲线不同温度和变形速率下钽的变形行为钽的流动应力对应变率和温度的变化相当敏感:屈服应力和流动应力随应变率的增加而增加,随温度的升高而减小,表现出显著的应变率强化与温度软化效应常温下,应变率由s增加到s时,屈服强度由MPa提高到约MPa,提高了一倍多在应变率为s时,℃的屈服应力比℃的屈服应力也提高近一倍。
钽、铌冶金
Ta、Nb的相似性
铌酸和钽酸虽然都已被分离出来，但它 们的性质非常相似，而且得到的铌酸中 总有钽，钽酸中又总有铌，所以在以后 的几乎四十年当中，许多化学家都认为 这两者是同一种元素。 1866年瑞士化学家马利纳克终于把钽和 铌都成功地分离开了。他是利用K2TaF7 比K2NbF7的溶解度要小得多的性质分离 两元素的。
与碱的作用
Ta、Nb在碱溶液中稳定性较差：热苛性 碱溶液能明显地腐蚀它们。 在熔融碱或熔融苏达中（有氧化剂存在） 迅速氧化，生成铌酸盐和钽酸盐。
耐氧化性
Ta、Nb在常温下的空气中是稳定的，加热到200～ 300℃以上时开始氧化，高于500℃时，迅速氧化生 成Ta2O5和Nb2O5。Ta、Nb的稳定性比较好，但是 在空气中加热的时候会发生如下反应：
致密金属钽、铌为钢灰色，粉末状态钽呈深灰 色，铌粉呈浅灰色，纯铌和纯钽具有良好的塑 性，可冷轧成厚度达0.01mm的薄片而无须中 间退火。 金属铌和钽的共同物理特征是具有高熔点 [3287K(Ta)、2740K（Nb）]、高沸点[5731K （Ta）、5017K（Nb）]、低的蒸气压以及比 其它难熔金属(如钨和钼）为低的电子速出功。 同时，Nb和Ta的机械性能明显地随其加工状态 及间隙杂质含量而改变。
精矿分解方法概述
碱熔法是工业上最早应用的分解钽铌精矿的方 法。共实质是利用碱(NaOH或KOH、Na2O3 、 K2CO3等)与精矿作用，使Ta、Nb转化为其钠 盐或钾盐。然后将钽铌的碱金属盐与酸作用得 到钽和铌的混合氧化物。 氢氟酸分解法既可以处理钛钽铌酸盐类矿物， 也可以处理稳定性较强的钽铌酸盐类矿物，是 目前工业上分解钽铌精矿的主要方法。 氯化法则更适于处理成分复杂的钛钽铌酸类矿 物或低品位难选钽铌中矿及含钽铌的冶炼渣。
铌钽介绍[新版]
![铌钽介绍[新版]](https://img.taocdn.com/s3/m/fa47c5e8900ef12d2af90242a8956bec0975a58d.png)
钽（Ta）铌(Nb)都属于高熔点（钽 2996℃、铌2468℃）、高沸点（钽5427℃、铌5127℃）稀有金属，外观似钢，灰白色光泽，粉末呈深灰色，具有吸气、耐腐蚀、超导性、单极导电性和在高温下强度高等特性。
因此，当前钽铌新材料应用的相关高技术产业领域包括电子、精密陶瓷和精密玻璃工业；电声光器件；硬质合金，宇航及电子能工业；生物医学工程；超导工业；特种钢等产业。
钽和铌在电子工业、化学工业、特种合金以及真空技术、尖端技术方面都具有非常重要的地位。
在电子工业中利用钽金属制造的电解电容器具有电容量大、漏电流小、稳定性好、可靠性高、耐压性能好、寿命长、体积小等突出特点。
大量用于国防、航空、航天、电子计算机、高档次的民用电器及各类电子仪表的电子线路中。
在冶金工业中，钽铌主要用作生产高强度合金钢、改善各种合金性能和制作超硬工具的添加剂。
近期，全世界范围内工业化的进程与美元的贬值加速了金属、非金属等资源价格的大幅上涨，稀有金属市场需求进一步加大。
钽、铌、等高新技术产品的研发和生产进入了一个新的增长时期。
在国内同行业中第一个被“国际钽铌研究中心（TIC）”接纳为成员，国家科技部认定的国家级重点高新技术企业的宁夏东方有色金属集团，在其34个系列产品中，占有23个品种属新材料领域的高新技术产品，钽粉、钽丝分别占世界20％和45％的市场份额，同时也是我国国防、核能、宇航、电子、冶金和化工等高新技术领域极为重要的新材料供应基地，代表着我国稀有金属工业正在走向一个新的转折点。
钽铌市场回暖应用增长近年来，随着计算机、数码相机、手机、车载电子系统需求转旺的拉动，钽的需求在逐步走出低谷。
钽精矿价格也回到正常水平。
世界近年对钽的总需求在2000吨左右，而对铌的需求是20000余吨；钽的主要用途是电容器用钽粉及其钽丝，其用量占总消费量的一半以上；铌的主要用途是作钢铁的添加剂，其用量占总消费量的近九成；2000年是钽消费的高峰之年，钽的总用量达到创记录的2235吨，2001年则迅速下掉到1562吨，至2004年其产量稳步提高接近2000吨；铌的需求则一直较为平稳。
钽及钽合金牌号和化学成分
钽及钽合金牌号和化学成分第一步：钽的概述及用途介绍（150-200字）钽是一种稀有金属，原子编号为73，化学符号为Ta。
它的密度较高、硬度适中、耐腐蚀性强，是非常重要的工程材料之一。
钽具有优异的热物理性质和化学性质，使其在许多领域有广泛的应用。
钽被广泛用于电子、航空航天、化工、医疗器械以及其他具有高要求的工业领域。
第二步：钽合金的优势及应用（300-400字）钽合金是由钽与其他元素如铌、钼、钛、锆、铁、铜等合金化而成的。
与纯钽相比，钽合金具有更多的优势和应用领域。
首先，钽合金具有较低的热膨胀系数，使其易于与其他材料结合。
其次，钽合金具有良好的耐蚀性，能够在一些极端的环境中长时间使用。
此外，钽合金还具有较高的熔点和良好的机械性能，能够承受高温和高压的环境。
因此，钽合金广泛应用于航天航空、化工、半导体、核能等领域。
第三步：常见的钽及钽合金牌号及其化学成分（500-600字）以下是一些常见的钽及钽合金牌号和其化学成分：1. 钽铌合金（TaNb）：主要由钽和铌组成。
其中，铌的含量通常在5-20之间。
钽铌合金具有较高的熔点和抗腐蚀性能，常用于高温环境下的应用。
2. 钽钼合金（TaMo）：主要由钽和钼组成。
钼的含量通常在2-10之间。
钽钼合金具有优异的机械性能和耐腐蚀性，常用于制造高温合金和电子元器件。
3. 钽钛合金（TaTi）：主要由钽和钛组成。
钛的含量通常在2-10之间。
钽钛合金具有较高的熔点和优异的耐腐蚀性，常用于制造化工设备和航空航天领域。
4. 钽铪合金（TaHf）：主要由钽和铪组成。
铪的含量通常在1-10之间。
钽铪合金具有较高的熔点和良好的机械性能，常用于高温合金和核能领域。
5. 钽铁合金（FeTa）：主要由钽和铁组成。
铁的含量通常在5-20之间。
钽铁合金具有较高的熔点和良好的磁性，常用于制造电子元器件和磁性材料。
第四步：结论及展望（150-200字）钽及钽合金是一类重要的工程材料，具有广泛的应用领域。
钽铌矿的用途与种类
钽铌及其合金可用做飞机、导弹、宇宙飞船及原子反应堆的结构材料
- 电子工业
钽金属制造的电解电容器具有电容量大、漏电流小、稳定性好、可靠性高等特点，可用于国防、航空、航天、电子计算机等领域
- 化学工业
用于制造耐腐蚀材料
- 光学材料
钽铌氧化物用于制造高级光学玻璃
- 超硬工具
钽铌的碳化物用于制作超硬工具
钽铌矿的用途与种类
项目
内容
种类
- 主要矿物
钽铁矿、铌铁矿、烧绿石、细晶石、锡锰钽矿、黑稀金矿、复稀金矿、褐钇铌矿、铌铁金红和铌（Nb2O5）的含量比进行分类：比值大于20的称为铌矿比值为3~20的称为铌钽矿其他称为钽矿
用途
- 工业原料
用于制备氧化钽、氧化铌，提炼钽、铌等
- 其他应用
在真空技术、尖端技术、生物医学工程、超导工业、特种钢等领域也有重要应用
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工业生产钽粉的方法
传统：(1)氟钽酸钾钠热还原法；(2)氧化钽碳热还原法
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缺点：生产成本高、周期长、效率低、能耗大、污染环境且难以连 续化生产，造成钽及钽合金的价格过高。
传统金属热还原法的FFC 剑桥工艺
缺点：以CaCl2 为熔盐电解质，CaCl2 吸水性强，需在300 ℃左右保 持干燥，实验麻烦；CaCl2 在高温下挥发严重，长时间电解，需持续 添加CaCl2 熔盐，工作效率低，使得整个熔盐体系始终处于不稳定的 动态过程；电解电压不能过高，通常为2.7~3.2 V，同时伴有副反应 发生，降低电流密度和电流效率；以石墨棒为阳极，容易烧损，产 生石墨微粒，可能导致阴阳极之间出现部分电子导电。
Ta
密度(g/cm3) 层裂强度(GPa) 16.6 3.7~4.4
Ta - 10W
16.87 3.5~4.7
Ta- 8W- 2Hf
16.7 3.1
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西北院研制的Ta-12W与Ta-10W性能比较
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Ta-Ti合金丝的再结晶动力学
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西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
初始挤压的钽棒在不同取向的流动应力曲线
纯钽材在圆饼中心处呈现各向异性，且随远离圆饼中心而变弱
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西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
钽在不同应变 率和温度下的 流动应力
(1)钽金属的流动应力依赖应变率和温度；(2)当温度低于某个温度值时， 流动应力随温度降低而急剧增加，反映了塑性流动的热激活位错滑移机制； (3)在某个高温区域，流动应力对温度不敏感，且流动应力随温度增加而 出现峰值。随应变率增加，这个高温区域移向更高温度区，甚至消失，这 个现象被称为动态应变时效。
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不同温度和变形速率下钽的变形行为
西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
常温、不同应变率下钽的σ-ε曲线
准静态加载下钽的σ-ε曲线
动态加载下钽的σ-ε曲线
钽的流动应力对应变率和温度的变化相当敏感:屈服应力和流动应力随应变率的增加 而增加,随温度的升高而减小,表现出显著的应变率强化与温度软化效应;常温下,应变率 由10-5 /s 增加到5100 /s 时,屈服强度由300 MPa 提高到约700 MPa ,提高了一倍多;在 应变率为10-4/s时,100℃的屈服应力比400℃的屈服应力也提高近一倍。增加应变率或 降低温度可以起到类似的作用, 钽的应变强化行为与温度和应变率无关。
1#试样不同 退火工艺的 显微组织
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1#深冲钽壳的宏观形貌
( a) 90%Байду номын сангаас形量后850 ℃, 60 min退火; ( b) 90%变形量后900 ℃, 10min 退火; ( c) 1 150 ℃退火60 min 钽片深冲制品表面质量差的主要原因是晶粒粗大
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2002年钽材的产品形成和相应市场份额
电子工业用钽 60%~65%的钽用于钽电容器；微处理器和数字信号处 理器的连接材料 高温合金用钽 航空发动机叶片、密封件和喷嘴 武器系统用钽 破甲弹、爆炸成形弹药型罩 包覆材料用钽 高能加速器中钨固体靶的包覆材料
不同表面处理后钽钛合金丝拉伸 断口的宏观形貌
特征明显,能够发现边部裂纹源,断口宏观
形貌特征出现从韧性断裂向脆性断裂转变
趋势。
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业、电子管工业；
钽条还专用于整流器中； 用于制造外科刀具、人造纤维的拉线模等, 是铂的代用品； 碳化钽具有极强的硬度和极高的熔点, 在高温条件下与金刚石不相上下, 用其
做成的切刀, 可高速切削许多坚硬的合金; 用它制成的钻头, 可代替最坚硬的合
金或金刚石钻头； 生物相溶性好，用来修补、封闭人体破碎的头盖骨和四肢骨折的裂缝及缺损； 钽的细丝作为手术缝合线，可代替肌腱和神经纤维；钽板可作人造钽耳。
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SOM法，不同温度下电解3h 的Ta2O5片SEM 形貌 (a) 1473 K；(b) 1423 K ；(c) 1373 K
不同温度电解过程中 电流与时间曲线
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1423 K 的电解试样的背散射电子像(BEI)、能谱分析(EDX)和X 射线衍射谱(XRD)
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锻造钽的性能
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初始挤压的钽(as-extruded) 与二次再锻压并经1523 K,2 h真空退火的钽 (forged+annealed)在296 K 温度和不同应变率下的真实应力应变曲线
钽在二次锻压后流动应力明显提高，提高约200MPa
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西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
用于破甲弹药型罩钽板不同角度的力学性能
在钽板的轧制过程中, 无论采取什么样的交叉换向轧制都 不可避免使板材内部产生很强的织构。这些织构的形成,使钽板 在不同方向上的强度和延伸率都产生很大的变化。在45°方向 上, 钽板的抗拉强度最弱而延伸率达到最大值。
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拉伸断口中心微观形貌
断口呈暗灰色,无金属光泽,断裂面与
拉伸方向垂直。酸洗和机械抛光(a、b)处
理后,试样缩颈现象明显,整个断口凹凸不 平,断口边缘有较大的拉边,宏观观察没有 发现明显的裂纹源,断口纤维区和裂纹扩
展区分布不明显；磷化和氧化(c、d)处理
后,断面由凹凸不平向平齐转变,缩颈现象 不明显,存在较大的剪切唇区域,裂纹扩展
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Ta-Ti合金丝不同变形量(ε)下再结晶晶核形成的孕育时间(t)与退火温度(T)的关系
变形率越大，退火温度越高，再结晶晶核形成所需时间越短
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变形量55%Ta-Ti合金丝在不同温度 下的再结晶动力学曲线和47%， 55%，70%变形合金丝在相同温度 下的再结晶动力学曲线
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第3讲 钽铌及其合金
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钽的基本属性
“金属王国”中的后起之秀
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钽于1802 年由瑞典化学家爱开堡发现, 1903 年鲍尔登制得金属钽；
略带蓝色的浅灰色金属, 密度为16.50g.cm3, 硬度6~6.5，熔点 2996℃, 仅次于钨和铼居第三位。富有延展性,韧性比铜更好，冷加工 可拉成细丝和制成薄箔；膨胀系数很小, 每升高1℃, 只膨胀百万分之 六点六； 化学稳定性强, 常温下不和水及空气发生反应, 冷和热态下都有极强 的抗腐蚀性, 能抵抗除氢氟酸外的一切无机酸。将钽金属放入200℃的
(1) 增大再结晶退火前冷变形程度； 冷变形程度越大，这些强烈变曲的区域越多，再结晶晶核心 越多，细晶细化。 (2) 快速加热； 避免升温过程中产生回复，减少储能而使再结晶数目减少。 (3) 控制原始晶粒大小。
850 ℃, 20 min 850 ℃, 60 min
900 ℃, 10 min
950 ℃, 10 min
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铌粉产率(a) 与钽粉产率(b) 与温度和氢气比率关系 提高反应体系中氢气的比率或反应温度，能够提高铌或钽的产率, 却提高能耗
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西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
CVD法还原NbCl5 (a)和 TaCl5 (b) 产物的XRD 图
相同变形量下，随着退火温 度的升高，再结晶形核孕育时间 缩短，完成再结晶所用时间减少； 同一温度下退火，随着变形量的 增大，再结晶孕育期缩短。再结 晶开始时的速度较小，随着再结 晶的进行而逐渐加快，再结晶体 积分数在20%～70%时，其速度最 大，然后又逐渐减慢，直至再结 晶结束。
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不同制备方式下钽的再结晶行为
真空电弧熔炼
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不同制备方式钽锭坯的杂质含量
粉末冶金 电子束熔炼
室温锻造开坯15. 9 mm 厚
中间退火
冷变形90%
1000℃,真空退火60min
冷轧至3 mm厚板材
不同温度退火60 min
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西北工业大学 稀有金属材料 与加工课件
硫酸中浸泡一年, 表层仅损伤0.006 毫米。实验证明: 常温下, 碱溶液、
氨、氯气、溴水、稀硫酸以及其他许多药剂对钽均不起作用； 钽在常温下能溶解氢, 开始生成固体溶液, 而后生成氢化物, 可作为
贮氢材料。
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钽金属的应用
在制取无机酸的设备中, 钽可用来代替不锈钢, 寿命比不锈钢长十几倍;
1323 K 的电解试样的背散射电子像(BEI)、能谱分析(EDX)和X 射线衍射谱(XRD)
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CVD法制备钽粉
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CVD实验原理图 工艺原理：气相还原法制取超细微粉末是基于均相反应的原理, 以易蒸发 的卤化物(或其他化合物) 为原料, 在一定温度下用还原性气体(如氢气) 还 原卤化物蒸气来制取相应的超细微粉末。 工艺过程：用氩气做载流气来载带氯化物蒸气; 在反应区, 氢气和氯化物 气体充分混合并发生反应; 反应后生成的金属微粒在形核区结晶形核形成 固相后, 在收集区被过滤器阻挡下来并被收集。反应后的尾气经纯水吸收 装置吸收完其中的气体副产物HCl 后排入大气。