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℃
2＃再结晶温度：1000～1100℃
根据再结晶的基本规律，获得细晶细化的方法包括:
(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
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
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
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
固体透氧膜(SOM)法
工艺特点：利用透氧膜将熔盐和阳极隔离开，在电压控制下，氧离子法制备钽粉
阴极：TaOx +2xe = Ta + x O2阳极：x C + xO2- = x CO + 2xe
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。
锻造钽的性能
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
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。
不同制备方式下钽的再结晶行为
真空电弧熔炼
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 不同温度退火60 min
冷轧至3 mm厚板材
纯钽90%冷变形后经不同退火工艺后的硬度值
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7.5%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。
钽在二次锻压后流动应力明显提高，提高约200MPa
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
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。
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
不同温度和变形速率下钽的变形行为
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