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。TaC为深棕色粉末，熔点3880℃，沸点5500℃，密度14.4g/cm3，具有较好的化学稳定性，仅能溶于硝酸和氢氟酸混合溶液中。钽的碳化物在低于1000～1100℃时，在空气中不易氧化。在氮或氨的作用下，易生成氮化物。

2.4钽的氢化物(tantalum hydride)

在常温的空气中，钽的氢化物非常稳定。在高真空下加热至1000～1200℃时，分解放出氢。

在350℃以下，钽与氢几乎不发生作用，随着温度的升高，反应速度加快。氢在钽中的溶解度，随温度增高而降低。在一定温度和压力下，氢化钽中最大氢含量相当于H/Ta为0.02～0.08(即TaH 0.2～TaH 0.8)。

2.5钽的氮化物(tantalum nitride)

钽的氮化物有TaN、Ta2N、Ta3N5三种。TaN为带蓝色的灰色粉末，熔点2980～3090℃，密度14.4g/cm3，不溶于硝酸、氢氟酸和硫酸中，但溶于热的碱性溶液并释放出氨或氮气。钽的氮化物在空气中加热时生成氧化物，放出氮气。

2.6钽的硼化物(tantalum boride)

钽的硼化物有一硼化物TaB和二硼化物TaB2。TaB的密度14.0g/cm3，比电阻100.0μΩ.cm；TaB2的熔点3200℃，密度11.7g/cm3，比电阻86.5μΩ.cm，不被盐酸和王水所侵蚀，但能被热的硫酸和氢氟酸缓慢地分解。

2.7钽的硒化物(tantalum selenate)

钽的硒化物为TaSe2，比电阻2.23×10-3Ω.cm，在室温空气中的相对磨擦系数0.08，在空气中的氧化温度600℃，在真空中的分解温度900℃。

2.8钽的硅化物(tantalum silicone)

钽的主要硅化物是TaSi2，也存在一些其它化合物如Ta2Si、Ta5Si3。TaSi2熔点2200℃，密度8.83g/cm3，比电阻8.5Ω.cm，不被矿物酸侵

蚀，但能被氢氟酸分解，在熔融的Na2CO3和NaOH中能完全被分解。

2.9钽酸盐(tantalate)

钽酸盐最重要的是钾盐和钠盐。

钾的钽酸盐有K2O:Ta2O5从3:7至10:3的，最常见的稳定钽酸盐有偏钽酸钾(K2O.Ta2O5)；六钽酸钾(4K2O.3Ta2O5)。钾的钽酸正盐易溶于水，但偏盐溶解度较小，KTaO3在25℃时的溶解度为 4.87×10-5mol/L。

钽酸钠有Na2O:Ta2O5为4:3、7:5、1:1、1:3和2:7的，如NaTaO3、Na5TaO5、4Na2O.3Ta2O5.25H2O等。钠盐在水和苛性钠溶液中的溶解度很小，25℃时NaTaO3盐的溶解度为5.5×10-5mol/L。

2.10钽的有机络合物(tantalum organic complex compound)

钽有机络合物最主要的是单宁酸的化合物，其颜色为柠檬黄色，煮沸后从弱酸性溶液(pH＝3～4)中析出。

2.11钽的醇盐(tantalum alkoxide)

五价的钽醇盐是高挥发性的，这些醇盐可以在6.67～1333Pa压力下蒸馏而不发生分解。钽醇盐的沸点受链长的影响。

3.钽酸锂晶体(lithium tantalate crystal)

钽酸锂（LiTaO3，简称LT）是一种典型的人工提拉法生长的晶体，属三方晶系，3m点群，它具有良好的压电、铁电、光电、热释电效应，应用领域广泛，涉及工业、民用、军事等各方面。

其压电性能优越，温度漂移小，人们利用这些特性，制作大量的声表面器件，利用其光电效应，制作光电调制器、滤波器；利用热释电效应，制作红外探测器。随着对其研究的不断深入，人们利用它制成了超晶格结构，使其在非线性领域的应用引起广泛的关注，大大拓宽了其应用范围。

4.电容器级钽粉(capacitor grade tantalum powder)

4.1高压低比容钽粉（high voltage-low capacity tantalum powder）

高压低比容钽粉一般是指应用到35V以上的固体电解电容器并具有4,000μFV/g以下的比容的钽粉。这种粉一般是采用钽锭氢化制粉工艺和片状化制粉工艺。