钽金属的结构与性能研究
钽的组织及结构
![钽的组织及结构](https://img.taocdn.com/s3/m/f87fb654571252d380eb6294dd88d0d233d43c85.png)
钽的组织及结构钽是一种重要的金属元素,具有良好的化学稳定性和高熔点。
它的组织及结构对其性能起着重要的影响。
本文将从晶体结构、晶格畸变、晶界和位错等方面介绍钽的组织及结构。
钽的晶体结构属于体心立方结构,晶格常数为3.30Å。
钽原子在晶格中以体心立方密堆积方式排列,每个晶胞包含两个钽原子。
晶体结构的稳定性使得钽具有优异的耐腐蚀性和高温稳定性。
在晶体生长过程中,晶格畸变是不可避免的。
晶格畸变会导致晶体内部形成位错和缺陷,从而影响钽的力学性能。
晶格畸变可以通过晶体的热处理和塑性变形来改变。
热处理可以通过控制温度和时间来调节钽晶体的晶粒尺寸和晶界特征。
塑性变形是将钽材料加工成所需形状的一种方法,它可以通过压力、拉伸或弯曲等方式施加应力,使钽晶体发生塑性变形,从而改变其组织和结构。
晶界是晶体中不同晶粒之间的交界面。
钽的晶界对其力学性能和耐腐蚀性能有重要影响。
晶界可以分为高角度晶界和低角度晶界。
高角度晶界是指晶粒之间的晶格定向关系差异较大的晶界,低角度晶界是指晶格定向关系相对接近的晶界。
高角度晶界对钽的力学性能有显著影响,容易成为位错的源和传播通道。
低角度晶界则对钽的耐腐蚀性能有较大影响,可以阻碍腐蚀介质的渗透。
位错是晶体中的一种缺陷,是由于晶体中原子的位置偏离正常位置所产生的。
位错对钽的力学性能和电学性能有重要影响。
位错可以分为边位错和螺位错。
边位错是晶格面上原子排列顺序发生变化所产生的位错,螺位错是沿晶体某一晶轴方向螺旋状排列的位错。
位错的存在会导致晶体内部产生应力场和畸变,从而影响钽的力学性能和导电性能。
钽的组织及结构对其性能具有重要影响。
钽的晶体结构稳定,具有优异的耐腐蚀性和高温稳定性。
晶格畸变、晶界和位错等因素会影响钽的力学性能、耐腐蚀性能和导电性能。
了解钽的组织及结构对于优化钽材料的应用具有重要意义。
化学元素钽-概述说明以及解释
![化学元素钽-概述说明以及解释](https://img.taocdn.com/s3/m/3fc5730e68eae009581b6bd97f1922791788be42.png)
化学元素钽-概述说明以及解释1.引言1.1 概述钽是一种重要的化学元素,具有广泛的应用价值。
它是一种稀有金属,具有良好的化学稳定性和高熔点。
钽在电子、航空航天、化工等领域中发挥着重要作用。
本文将深入探讨钽的历史与发现、物理性质、化学性质,并分析钽在现代应用中的重要性、生产与市场现状以及未来发展趋势。
通过对钽这一化学元素的全面介绍,旨在帮助读者更深入地了解钽的特性和应用领域,促进钽在未来的更广泛应用和发展。
1.2 文章结构文章结构部分:本文将分为三个主要部分:引言、正文和结论。
引言部分将首先概述本文对钽这一化学元素的介绍,包括其历史、物理性质和化学性质。
随后介绍本文的结构和目的,为读者提供整体的文章框架。
正文部分将详细介绍钽的历史与发现、物理性质和化学性质。
通过对这些方面的介绍,读者能够更全面地了解钽元素的特性和重要性。
结论部分将总结钽在现代应用中的重要性,并探讨其生产与市场现状以及未来发展趋势。
通过对结论的阐述,读者可以对钽元素的前景有更深入的了解。
1.3 目的本文旨在全面介绍化学元素钽的相关知识,包括其历史与发现、物理性质、化学性质等方面。
通过深入分析钽在现代应用中的重要性、生产与市场现状以及未来发展趋势,旨在帮助读者深入了解钽元素在各个领域的作用和价值,促进钽的有效应用和开发,推动钽产业的健康可持续发展。
同时,本文也旨在激发读者对钽元素的兴趣,引发更多关于钽的探索和研究。
2.正文2.1 钽的历史与发现钽是一种稀有金属元素,其发现历史可以追溯到19世纪初。
1810年,英国化学家Charles Hatchett发现了一种新的矿石,经过分析后确定其中含有一种未知元素,于是将其命名为“钽”。
然而,直到1866年,德国化学家Werner von Bolton成功从该矿石中提取出纯钽,并确认了其存在。
钽的名称源自希腊神话中的“Tantalus”,寓意着罕见和珍贵。
事实上,钽是一种非常难以提取和加工的金属,因此在早期发现之后并没有得到广泛应用。
钽铌材料及其性能
![钽铌材料及其性能](https://img.taocdn.com/s3/m/3d5eddbfc77da26925c5b09f.png)
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。
钽金属用途特点
![钽金属用途特点](https://img.taocdn.com/s3/m/224a9125fd4ffe4733687e21af45b307e871f90a.png)
钽金属用途特点钽是一种重要的金属材料,具有广泛的用途。
下面将从多个角度对钽的用途特点进行解释,并符合标题中心扩展的要求。
一、钽的物理特性和化学特性决定了其在各领域的应用。
1. 高熔点和抗腐蚀性:钽的熔点达到3017℃,是金属中熔点最高的之一。
同时,钽具有良好的抗腐蚀性,能耐受酸、碱、盐等多种腐蚀介质的侵蚀。
因此,钽常被用于制作化工设备、电解槽等需要耐腐蚀性能的场合。
2. 超导性:低温下,钽具有良好的超导性能,能够在电流通过时产生极低的电阻。
这使得钽在超导磁体、超导电缆、磁悬浮等领域有着广泛的应用。
3. 高密度和高强度:钽的密度达到16.6g/cm³,是重型金属之一。
同时,钽具有较高的强度和硬度,具备良好的耐磨性和抗拉伸性能。
这使得钽可以用于制作高温结构材料、高强度零件等。
4. 良好的热传导性:钽的热传导性能优良,能够在高温下快速传递热量。
因此,钽常被用于高温工艺中的热电偶、热交换器等设备。
5. 低的热中子截面:钽的热中子截面低,对中子的吸收能力较弱,因此在核能领域有着广泛的应用。
钽被用于核反应堆中的结构材料、控制材料等。
二、钽的应用领域多样,具备广泛的用途。
1. 化工领域:由于钽的良好抗腐蚀性,它常被用于制造化学反应器、换热设备、储存罐等化工设备。
钽的耐腐蚀性能使得这些设备能够在恶劣的化学环境下长期稳定运行。
2. 电子领域:钽具有良好的导电性能和耐高温性,因此常被用于电子元器件的制造。
例如,钽电容器(Tantalum Capacitor)是一种重要的电子元件,广泛应用于电子产品、通信设备等领域。
3. 能源领域:钽的超导性能使得它在能源领域有广泛应用。
钽超导材料可用于制造超导磁体,如MRI设备中的磁体、核聚变装置中的磁体等。
此外,钽也可以用于制造电池极片、电解槽等。
4. 医疗领域:由于钽的生物相容性好,不易引起组织排斥和过敏反应,因此常被用于医疗器械的制造。
钽支架、钽假体等可用于骨科手术、血管介入等领域,发挥良好的生物医学效果。
钽热膨胀系数
![钽热膨胀系数](https://img.taocdn.com/s3/m/955d86a1988fcc22bcd126fff705cc1755275f9b.png)
钽热膨胀系数全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:钽是一种金属元素,它具有许多优良的性能,例如高熔点、良好的耐腐蚀性和优异的导电性能。
钽的热膨胀系数是指在温度变化时,钽材料扩张或收缩的程度。
热膨胀系数的大小对于一些工程应用非常重要,特别是在高温环境中使用钽材料的情况下。
本文将介绍钽的热膨胀系数及其在工程中的应用。
钽的热膨胀系数是指在单位温度变化下,钽材料在该温度范围内的长度变化与原始长度之比。
在实际应用中,通常将热膨胀系数表示为每摄氏度的线性膨胀系数,单位为10^-6/℃。
钽的线性膨胀系数在常温下约为6.5×10^-6/℃,在高温下会略有变化。
这意味着当钽材料受热时,其长度会随着温度的升高而增加,而当冷却时则会收缩。
钽的热膨胀系数对于一些工程应用至关重要。
在航空航天领域,由于航天器在工作过程中需要在极端的温度下进行操作,因此需要使用具有合适热膨胀系数的材料来避免因温度变化而引起的材料变形或损坏。
钽由于其较小的热膨胀系数而被广泛应用于航天器的构件制造中,以确保航天器在各种温度条件下都能保持稳定性能。
在化工工业中,钽也常被用作制造反应器、换热器等设备的材料。
由于化工工业中会涉及到高温高压的操作条件,因此需要使用具有良好热膨胀系数的材料来确保设备的稳定运行。
钽的热膨胀系数适中,能够满足化工工业对材料热膨胀性能的要求。
钽的热膨胀系数还在其他领域得到了广泛应用,如放射设备、核工业等。
在这些领域中,由于设备需要在较宽温度范围内工作,因此材料的热膨胀性能成为影响设备稳定性能的重要因素之一。
钽由于其良好的热膨胀系数而被广泛应用于这些领域。
第二篇示例:钽是一种稀有金属元素,化学符号为Ta,原子序数为73,质地坚硬,耐腐蚀,具有良好的导电导热性能,在工业领域有着广泛的应用。
钽的热膨胀系数是其物理性质之一,对于工程设计和制造具有一定的重要性。
本文将就钽的热膨胀系数进行探讨,希望能为读者展现钽的独特魅力。
一、钽的热膨胀系数概述热膨胀系数是描述物质在温度变化过程中长度、面积、体积等物理特性变化的重要参数,通常表示为单位温度变化下长度、面积、体积等物理性质的增量与初始长度、面积、体积等的比值。
0.5纯钽丝的知识-概述说明以及解释
![0.5纯钽丝的知识-概述说明以及解释](https://img.taocdn.com/s3/m/4a99d9b6f605cc1755270722192e453610665bc3.png)
0.5纯钽丝的知识-概述说明以及解释1.引言1.1 概述钽是一种具有很高的熔点和良好的耐腐蚀性能的金属元素,在工业界具有广泛的应用。
纯钽丝则是由纯度为0.5的钽元素制成的细丝,具有更高的纯度和更优越的性能。
本文将对0.5纯钽丝的相关知识进行详细介绍。
纯钽丝的制备方法包括多种,主要有电化学法、磁控溅射法、化学气相沉积法等。
这些制备方法在不同的工艺条件下,能够控制钽丝的直径、纯度和力学性能等重要参数。
因此,纯钽丝在制备过程中需要一定的技术支持和设备保障。
纯钽丝具有多种物理性质,包括高熔点、高密度、良好的导电性、优异的机械性能等。
其高熔点使得纯钽丝可以在高温环境下长时间稳定工作,而高密度则使得纯钽丝在应用中更加坚固耐用。
此外,纯钽丝的良好导电性使其成为电子元器件的理想材料之一,而其优异的机械性能也使其在航空航天等领域有重要应用。
纯钽丝的应用领域广泛,主要包括电子工业、化工工业、航空航天等。
在电子工业中,纯钽丝常被用作电容器的极片、电子真空器件的阴极等。
在化工工业中,纯钽丝常被用作反应容器的材料,由于其良好的耐腐蚀性能,在强酸、强碱等腐蚀介质中表现出良好的稳定性。
在航空航天领域,纯钽丝常被用作发动机、导弹等高温部件的材料,其耐高温性能能够保证设备在极端环境下的正常工作。
总之,0.5纯钽丝是一种具有广泛应用价值的高性能材料。
本文将在接下来的章节中详细介绍纯钽丝的制备方法、物理性质以及应用领域,旨在让读者对纯钽丝有更深入的了解。
文章结构意味着对整篇文章内容进行合理组织和安排,以确保读者能够清晰地理解和掌握文章的主旨和要点。
本文对于"0.5纯钽丝的知识"的文章结构设计如下:1. 引言1.1 概述在本部分,将首先简要介绍纯钽丝的背景和重要性,引起读者的兴趣和好奇心。
1.2 文章结构在本部分,将详细说明整篇文章的结构和内容安排,以提供读者对文中内容的预览。
2. 正文2.1 纯钽丝的制备方法本部分将介绍纯钽丝的制备方法,包括常见的物理方法、化学方法,以及其他可能的制备途径,并对各种方法的优缺点进行分析和比较。
钽研究报告-中国钽市场深度分析及发展趋势研究咨询报告(2020-2023年)
![钽研究报告-中国钽市场深度分析及发展趋势研究咨询报告(2020-2023年)](https://img.taocdn.com/s3/m/e848725e876fb84ae45c3b3567ec102de2bddfd6.png)
技术创新与人才短缺
技术创新和人才短缺是制约钽行业发展的关键因素。应对 策略包括加大科研投入,加强产学研合作,培养高素质人 才等。
政策建议和产业发展方向探讨
01
加强政策引导和支 持
航空航天占比稳定
航空航天领域对钽的需求相对稳定,未来占比变化不大。
未来市场需求预测
需求总量增长
随着全球经济的复苏和新兴市场的崛起,钽的市场需求总量将持续 增长。
需求结构变化
随着下游应用领域的不断拓展和技术的不断进步,钽的需求结构将 发生变化,高端应用领域的需求占比将逐渐提升。
价格波动
受市场供需关系、国际贸易形势、汇率波动等多种因素影响,钽的 价格将呈现波动上涨的趋势。
政策法规环境分析
产业政策
中国政府出台了一系列支持有色 金属产业发展的政策,为钽市场 的发展提供了良好的政策环境。
环保政策
随着环保意识的提高,中国政府 加强了对钽矿开采和冶炼环节的 环保监管,推动钽产业向绿色、 低碳方向发展。
出口政策
中国政府实施出口退税等政策措 施,鼓励钽制品出口,提高国际 竞争力。
竞争格局变化将影响市场价格波动
国内外企业竞争加剧,市场份额争夺将更加激烈,市场价格波动将受 到一定影响。
07 行业发展趋势与挑战应对
行业发展趋势预测
钽市场需求增长
随着5G、新能源汽车等新兴产业的快速发 展,钽市场需求将持续增长,特别是在高端 电子、航空航天等领域。
技术创新推动产业升级
随着科技的不断进步,钽的提取、加工和应用技术 将不断创新,推动产业升级和高质量发展。
最新-钽金属医学运用研发 精品
![最新-钽金属医学运用研发 精品](https://img.taocdn.com/s3/m/28397f276c85ec3a87c2c536.png)
钽金属医学运用研发金属材料具有优异的综合力学性能和抗疲劳特性,特别适用于人体承力部位的骨替代植入。
因此,不锈钢、钛合金和钴基合金等多种金属材料作为生物医用材料已经广泛应用于临床,并且取得了较好的治疗效果。
但是,复杂的人体内环境会引起材料腐蚀而导致有毒元素的释放[1],从而导致金属材料的生物相容性降低。
此外,金属材料的弹性模量与人体骨组织相差过大,易产生应力遮挡效应,不利于新骨的生长和重塑,甚至导致二次骨折口]。
以上这些不足对于金属材料作为生物医用材料的临床应用产生了一定负面影响。
目前,钽金属以其特有的优势吸引医学工作者和材料科研人员的关注。
与现有医用金属材料相比,钽主要具有两方面的明显优势1钽具有更为优异的耐蚀性能,常温下,钽与盐酸、浓硝酸甚至王水都不发生化学反应,一般的无机盐对钽均没有腐蚀作用;2钽的生物相容性更佳,植入一段时间后,生物组织易在钽表面上生长,所以钽又有亲生物金属之称_4]。
金属钽的诸多优势为其在医疗领域的应用提供了广阔的发展空间。
钽是一种略带兰色的浅灰色金属,质地坚硬,密度为16.5/。
,熔点为3014℃,弹性模量为186~191,冷加工后钽的抗拉强度为200300,延伸率为10~25,具有良好的延展性和韧性。
2世纪5年代后,由于钽在化工、电子、机械加工、电气和航天等工业中的应用不断扩大,促进了钽提取工艺研究和生产的发展。
我国于2世纪6年代初期建立了钽的冶金工业,为钽在工业领域中的广泛应用建立了必要的原料基础。
随着人们对钽研究的不断深入以及医务人员对其临床应用的肯定,钽金属已成为生物医用材料领域中一个很有前景的发展方向。
1钽应用的生物学基础不溶性的钽盐经过口腔或局部注射均不被人体吸收,胃肠道对可溶性钽盐的吸收量也极小。
钽一旦进入人体后,负责清除钽的主要载体是吞噬细胞,体内吞噬细胞在接触钽尘1后均可存活且无细胞变性,仅伴有葡萄糖氧化的明显增加。
而在相同条件下,矽尘则可使吞噬细胞出现严重胞浆变性和死亡,这说明钽是无细胞毒性的[5]。
钛钽合金的组织结构与腐蚀行为研究
![钛钽合金的组织结构与腐蚀行为研究](https://img.taocdn.com/s3/m/e8160df77e192279168884868762caaedd33ba6d.png)
钛钽合金的组织结构与腐蚀行为研究随着科技的发展和人们对材料性能要求的提高,钛钽合金作为一种重要的高性能材料被广泛应用于航空、航天、医疗等领域。
然而,其在使用过程中会遭遇各种腐蚀环境,使其性能受到影响。
因此,研究钛钽合金的组织结构与腐蚀行为具有重要意义。
本文将从以下几个方面进行研究。
一、钛钽合金的组织结构钛钽合金是由钛和钽两种金属元素组成的合金,具有高强度、高韧性、高耐腐蚀性等优良性能。
其组织结构主要包括α相、β相和ω相。
其中,α相是钛钽合金的主要组织相,具有良好的机械性能和耐腐蚀性能;β相是一种高温相,具有良好的塑性和可加工性;ω相是一种低温相,通常只在特定的合金中出现。
钛钽合金的组织结构对其性能具有重要影响,因此需要对其进行深入研究。
二、钛钽合金的腐蚀行为钛钽合金具有良好的耐腐蚀性能,但在某些特定的腐蚀环境下仍会发生腐蚀。
钛钽合金的腐蚀行为包括化学腐蚀、电化学腐蚀和应力腐蚀等。
化学腐蚀是指在没有电流的情况下,金属表面与腐蚀介质中的化学物质发生化学反应,导致金属表面发生损伤。
电化学腐蚀是指在电解质中,通过外加电势或电流作用下,金属表面与电解质发生化学反应,导致金属表面发生损伤。
应力腐蚀是指在受到应力的情况下,金属表面与腐蚀介质发生化学反应,导致金属表面发生损伤。
钛钽合金的腐蚀行为与其组织结构密切相关,因此需要对其进行深入研究。
三、钛钽合金的腐蚀机理钛钽合金的腐蚀机理主要包括化学腐蚀、电化学腐蚀和应力腐蚀等。
化学腐蚀是由于金属表面与腐蚀介质中的化学物质发生化学反应导致的;电化学腐蚀是由于金属表面与电解质发生化学反应导致的;应力腐蚀是由于金属表面在受到应力的情况下与腐蚀介质发生化学反应导致的。
钛钽合金的腐蚀机理与其组织结构、表面状态、腐蚀介质等因素密切相关,因此需要对其进行深入研究。
四、钛钽合金的防腐措施为了提高钛钽合金的耐腐蚀性能,可以采取以下防腐措施。
一是改善其组织结构,使其具有更好的耐腐蚀性能。
钽元素高温合金的重要成分
![钽元素高温合金的重要成分](https://img.taocdn.com/s3/m/47a9164378563c1ec5da50e2524de518964bd30d.png)
钽元素高温合金的重要成分钽元素是一种重要的金属元素,具有许多独特的性质和应用领域。
在高温合金中,钽元素被广泛应用,因为它在高温下表现出优异的耐腐蚀性和高硬度。
本文将探讨钽元素在高温合金中的重要成分及其应用。
第一部分:钽元素的性质及优势钽元素是一种银白色的金属,具有较高的熔点和热稳定性。
它具有良好的耐腐蚀性能,对一些强酸和氧化剂具有较好的抵抗能力。
此外,钽元素还具有良好的导热性和电磁屏蔽能力,使其成为一种重要的结构材料。
第二部分:钽元素在高温合金中的应用钽元素在高温合金中扮演着重要的角色,可以根据不同的需求与其他元素合金化,提高合金的耐腐蚀性和力学性能。
以下是钽元素在高温合金中的几个典型应用:1. 钽基合金钽基合金是指以钽为主要成分的合金材料。
这种合金具有良好的耐热、耐腐蚀性和优异的力学性能,在航空航天、化工和核工业等领域得到广泛应用。
例如,钽合金可以用于制造火箭喷嘴、化工设备和核反应堆组件等。
2. 钽钨合金钽钨合金是由钽和钨两种元素混合而成的合金。
它具有较高的熔点和耐腐蚀性,可在高温环境下稳定使用。
钽钨合金常用于高温设备的制造,如高温炉、电子元件等。
3. 钽铼合金钽铼合金是由钽和铼两种元素混合而成的合金。
它具有良好的高温机械性能和耐热腐蚀性能,在航空航天、化工和电子工业等领域得到广泛应用。
例如,钽铼合金可以用于制造高温炉的零件、电子器件的外壳等。
第三部分:钽元素高温合金的发展与前景随着科技的进步和工业的发展,对高温合金的需求也越来越高。
钽元素作为高温合金的重要成分之一,具有广阔的发展前景。
未来,随着高温合金材料的研究和应用的不断深入,钽元素的应用领域将会进一步扩展。
结论钽元素是高温合金中的重要成分之一,其优异的性能和广泛的应用领域使其成为了当今材料科学领域的研究热点。
在未来的发展中,钽元素将继续在高温合金的制备与应用领域发挥重要作用,为各个领域的技术进步做出贡献。
金属钽的相
![金属钽的相](https://img.taocdn.com/s3/m/d3a821c7fbb069dc5022aaea998fcc22bdd14352.png)
金属钽的相介绍金属钽是一种重要的工业金属,具有高熔点、耐腐蚀和高强度的特性,广泛用于电子、化工、航空航天等领域。
钽的相态是指钽在不同温度和压力下所处的稳定状态。
本文将全面、详细、完整地探讨金属钽的相态,包括其晶体结构、相变规律以及相关应用。
金属钽的晶体结构金属钽的晶体结构由钽原子排列组成。
在常温下,钽的结构为体心立方晶系。
在该结构中,钽原子分布在晶格的顶点和正中心位置。
钽原子之间通过金属键相互连接,形成稳定的晶体结构。
体心立方晶系的晶格参数决定了钽的原子间距和结构稳定性。
钽的相变规律钽的相变规律是指钽在不同温度和压力下相态变化的规律。
钽在常温下属于α相,随着温度的升高,钽会发生相变。
钽的相变温度范围较窄,主要分为两个相变点,分别是β相转α相和β相转为液态。
β相转α相在约1356摄氏度的温度下,钽会发生β相转α相的相变。
此时,钽的晶体结构由体心立方转变为面心立方。
相变过程中,钽原子重新排列,晶体结构发生变化。
这种相变是可逆的,即在下降温度时,钽可以再次转变为β相。
β相转液态随着温度的继续升高,钽会在约3017摄氏度时发生β相转液态的相变。
在液态状态下,钽的原子没有规律地分布,失去了晶体结构的稳定性。
这种相变是不可逆的,一旦钽转变为液态,就无法通过降温回变为β相。
金属钽的应用金属钽由于其稳定性和优良的特性,在各个领域具有广泛的应用。
1.电子领域:金属钽具有良好的导电性和耐高温性,被广泛应用于高温超导材料、电容器、集成电路等领域。
2.化工领域:由于钽的抗腐蚀性能,它被广泛用作化工设备和催化剂的材料。
钽制成的容器和管道可以在腐蚀性介质中长期使用,有效地延长了设备的寿命。
3.航空航天领域:钽具有高熔点和优异的高温性能,被广泛应用于航空航天发动机和燃烧室内衬的材料。
钽能够承受极高的温度和压力,保证了航空航天器在极端环境下的安全运行。
结论金属钽的相态是钽在不同温度和压力下所处的稳定状态。
钽的晶体结构由钽原子组成,体心立方晶系是其常见的晶体结构。
钽电容和电解电容
![钽电容和电解电容](https://img.taocdn.com/s3/m/6046622611a6f524ccbff121dd36a32d7375c7bb.png)
钽电容和电解电容钽电容和电解电容是常见的电子元件,它们在电路中具有不同的特点和应用。
本文将分别介绍钽电容和电解电容的结构、性能和应用,并比较它们之间的异同。
一、钽电容钽电容是一种以钽金属为电极材料的电容器。
它的结构主要由两个钽金属电极、绝缘层和电解质组成。
钽电容的特点是体积小、容量大、耐高温、频率响应快等。
由于钽金属的导电性能优良,钽电容具有较低的ESR(等效串联电阻)和ESL(等效串联电感),因此在高频电路中应用广泛。
钽电容的结构决定了它的一些特性。
首先,钽电容的钽金属电极和绝缘层之间的表面积很大,使得钽电容的电容量相对较大。
其次,钽电容的绝缘层可以采用氧化铝、氧化钽等材料,具有较高的介电常数和绝缘性能,保证了钽电容的稳定性和可靠性。
最后,钽电容的电解质可以是固体或液体,固体电解质钽电容具有更高的工作温度和更长的使用寿命,而液体电解质钽电容容量更大。
钽电容在电子设备中有广泛的应用。
例如,钽电容可以用于手机、平板电脑、摄像机等便携式设备中,因为它们体积小、容量大,可以满足设备轻薄化和高性能的要求。
此外,钽电容还常用于通信设备、电源电路、音频放大器等领域,以提供稳定的电源和滤波功能。
二、电解电容电解电容是一种以金属箔或金属薄膜为电极材料的电容器。
它的结构主要由两个金属电极、电解质和绝缘层组成。
电解电容的特点是容量大、电压稳定、价格低廉等。
由于电解电容的电解质是液体或凝胶状,因此它的电容量相对较大。
电解电容的结构决定了它的一些特性。
首先,电解电容的电解质可以是有机溶液、无机盐溶液等,具有较高的电导率和较低的ESR。
其次,电解电容的电极可以采用铝箔、铝膜等材料,具有较大的表面积,增加了电容量。
最后,电解电容的绝缘层通常采用氧化铝等材料,具有较高的绝缘性能和稳定性。
电解电容在电子设备中也有广泛的应用。
例如,电解电容可以用于电视机、电脑主板、功放等家用电器中,因为它们价格低廉、容量大,可以满足大电流的需求。
钽的特性和在电子产品中的应用
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钽的特性和在电子产品中的应用钽(Ta)是一种化学元素,属于过渡金属元素,原子序数为73,原子量为180.95。
钽具有一些独特的物理和化学特性,使其在电子产品的制造中发挥重要作用。
本文将介绍钽的特性以及其在电子产品中的应用。
一、钽的特性1. 密度高:钽的密度约为16.6 克/立方厘米,使得它能够提供更大的重量和尺寸优势,为电子产品的设计提供了便利。
2. 耐腐蚀性强:钽具有极高的耐腐蚀性,能够在酸性和碱性环境中保持稳定。
这种特性使得钽能够在恶劣的工作环境下使用,并延长电子产品的寿命。
3. 抗氧化性好:钽能够在高温下抵御氧化作用,保持相对稳定的表面状态。
这个特性使得钽在高温电子设备中非常适用。
4. 超导性:钽属于超导金属材料,具有极低的电阻和磁场排斥效应。
这种特性使得钽能够用于超导电子设备的制造,例如MRI扫描仪器。
二、钽在电子产品中的应用1. 电容器:钽电容器是一种高性能的电子元件,其结构主要由钽薄膜和氧化钽组成。
它具有小尺寸、高电容、低串扰以及低频谐振等特点,广泛应用于手机、平板电脑、相机等电子产品中。
2. 导线和连接器:钽可以制成高温、高强度的导线和连接器,用于电子产品中的电路连接。
钽导线和连接器具有优异的导电性能和耐腐蚀性,能够稳定传输电信号,并保持设备的高可靠性。
3. 电阻:钽电阻是一种具有高稳定性和高精度的电阻元件。
它具有低温系数和良好的线性特性,被广泛应用于精密仪器、通信设备和电子计算机等领域。
4. 薄膜技术:钽是一种重要的薄膜材料,可以通过物理气相沉积、溅射、化学气相沉积等方法在电子产品的制造过程中形成薄膜。
这些薄膜可以用于电路隔离、封装、传感器和显示屏等方面。
5. 其他应用:除了上述提到的应用领域,钽还可以用于电子产品中的能量存储、磁记录、光学器件等方面。
钽还可以与其他金属或合金进行复合,以提高材料的性能和使用寿命。
综上所述,钽具有许多优秀的特性,使其成为电子产品制造中不可或缺的材料之一。
金属钽在创伤修复应用的研究进展
![金属钽在创伤修复应用的研究进展](https://img.taocdn.com/s3/m/69ea956db5daa58da0116c175f0e7cd18525185d.png)
金属钽在创伤修复应用的研究进展2.摘要钽金属因其良好的生物相容性、优异的耐腐蚀性和优异的机械强度等多种特性而被广泛应用于骨科和牙科植入物,被认为是一种很有前途的金属植入材料,已成为医用金属材料研发领域的热点,是理想的骨移植替代材料之一。
本综述的主要目的是介绍钽金属作为医用植入材料的相关应用及其研究进展,为钽金属未来的医学研究和应用提供一定价值。
关键词:金属钽创伤修复临床应用前言由于骨骼疾病引发的骨缺损病例日益增多并极大地影响患者的生活质量。
自体和同种异体骨移植因其良好的骨诱导特性而成为修复骨缺损最常用的方法之一,然而却受到供体不足、引发机体强烈免疫反应和传播疾病的潜在威胁[1-3]。
修复巨大的骨缺损具有挑战性,因此开发一种具有良好成骨特性的骨植入材料应用于骨缺损的修复已经成为当下骨组织工程的研究热点[4]。
金属材料比非金属材料具有更优异的机械强度以及耐疲劳特性,非常适于人体承重部位的骨替代植入[5-6]。
钛种植体在人体内环境的作用下产生的腐蚀产物具有细胞毒性,作者简介:赵兴旺,硕士研究生,研究方向:骨组织工程,Email:**********************可能导致局部和全身炎症,对人体有负面影响甚至导致种植体种植失败,不一定能取得理想的临床治疗效果[7-9]。
钽金属是1802年瑞典科学家Ekeberg在钽矿中发现的,并将其命名为tantalus[10]。
钽金属与传统的钛金属相比,钽具有更出色的生物相容性和成骨诱导性[11]。
1.钽的理化性质钽是一种过渡的稀有金属,其熔点高(3014℃) 、质地坚硬且延展性好。
自20世纪40年代以来钽金属被制成外科缝合线、不透射线标志物以及用于神经修复的箔片和网状物首次应用于医疗行业[12]。
钽具有极强的耐腐蚀性,可以抵抗大多数强酸和强碱。
有报道表明,Ta2O5氧化层是亲水性的,亲水性表面更能促进细胞的黏附和增殖[13]。
2.钽的生物学特性金属钽是生物惰性的,因此与体液不发生反应,对人体的组织细胞没有刺激作用。
钽铌材料及其性能
![钽铌材料及其性能](https://img.taocdn.com/s3/m/a101df71eff9aef8941e06a8.png)
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。
钽电容 钽芯-概述说明以及解释
![钽电容 钽芯-概述说明以及解释](https://img.taocdn.com/s3/m/be56d36d0622192e453610661ed9ad51f01d54da.png)
钽电容钽芯-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分:钽电容是一种基于钽材料制造的电子元件,具有良好的电容性能和稳定性。
钽芯作为钽电容的核心组成部分,发挥着重要的作用。
本文将对钽电容和钽芯进行深入探讨,并对其应用领域、优势以及发展趋势进行分析。
钽电容广泛应用于电子产品中的稳压电路、滤波电路以及脉冲电路等,其特点是容量大、体积小、温度稳定性高以及频率响应范围宽。
钽电容的定义将在接下来的章节中详细介绍。
钽芯作为钽电容的核心材料,具有高电容密度、低ESR(等效串联电阻)以及优异的频率响应能力。
钽芯的特性将在本文的第2.2节进行详细阐述。
钽电容和钽芯在电子行业中有着广泛的应用领域,主要包括通讯设备、计算机、汽车电子和工业设备等。
钽电容的应用领域将在第2.3节中进行详细探讨。
钽电容具有许多优势,如高容量、低ESR、温度稳定性好等。
这些优势使得钽电容在电子产品中得到广泛应用。
在第3.1节中,我们将对钽电容的优势进行详细解析。
钽芯的发展趋势是在不断提高电容密度的基础上,降低成本、提高可靠性。
本文的第3.2节将对钽芯的发展趋势进行深入探讨。
最后,我们将对钽电容的未来进行展望,分析其在电子行业中的发展前景。
这将在第3.3节中进行讨论。
在接下来的篇章中,我们将详细介绍钽电容和钽芯的定义、特性、应用领域、优势和发展趋势。
通过对这些内容的全面了解,我们能够更好地理解钽电容在电子领域的重要性和应用前景。
1.2 文章结构文章结构部分将列举出本文的章节安排,包括引言、正文和结论三个主要部分。
引言部分将概述钽电容和钽芯的重要性,并介绍文章的结构和目的。
同时,引言也会包含对钽电容和钽芯的定义以及它们在电子领域中的作用和意义。
正文部分将详细介绍钽电容的定义、钽芯的特性以及钽电容的应用领域。
在2.1部分,我们将解释钽电容的定义,包括其组成、结构和工作原理等方面。
在2.2部分,我们将探讨钽芯的独特特性,如高容量、低ESR (等效串联电阻)、超低漏电流等。
钽及钽合金的制备方法和力学性能研究
![钽及钽合金的制备方法和力学性能研究](https://img.taocdn.com/s3/m/575374d3102de2bd960588a0.png)
beam melting technology. The following contents, such as mechanicalproperty,chemicalbehavior, cold
deformability(mainly,coldrolling),annealingprocessafterrolling,andapplicationsfortantalum andand
0 引言
钽属于难熔金属,其熔点仅次于钨,这增加了钽 及钽合金制备的难度。因此,制备经济且性能优良 并适用于所需领域的钽合金具有重要的意义。目 前,制备钽合金的方法主要是粉末冶金法和电子束 熔炼法。粉末冶金法可以制备形状尺寸要求较高、 较复杂的零件,并且材料无择优取向,可以直接制备 成净成形的产品[1],节省了原材料。粉末冶金法生 产的材料晶粒细小,强度高但塑性较差,而且杂质较 多,这也是粉末冶金法不可避免的弊端。电子束熔 炼法可以制备杂质含量少致密度较高且塑性好的钽 合金,但其晶粒尺寸较大,对材料力学性能不利[2], 一般需要进行后续的退火、冷轧和再结晶退火等处 理,以细化晶粒。采用电子束熔炼法制备的钽 钨合
和不同含钨量的钽 钨合金的力学性能、化学性能、冷变形加工(主要是冷轧)性能、轧制后的退火工
艺以及应用等。
关键词:钽合金;制备方法;强化机制;力学性能
中图分类号:TG113.2 文献标识码:A
文章编号:10081690(2019)01000605
FabricatingandMechanicalPropertyofTantalum andItsAlloy
钽和哈氏合金
![钽和哈氏合金](https://img.taocdn.com/s3/m/7597ae380066f5335a812163.png)
发现人:武拉斯顿 发现年代:1803~1804年
发现过程:
1803~1804年,英国的武拉斯顿,在提炼钯铂的废渣的玫瑰色盐里发现有铑的存在。
元素描述:
银白色金属,质极硬,耐磨,也有相当的延展性。密度12.4克/厘米3。熔点1966±3℃,沸点3727±100℃。化合价2、4和6。第一电离能7.46电子伏特。在中等的温度下,它也能抵抗大多数普通酸(包括王水在内)。在200~600℃可与热浓硫酸、热氢溴酸、次氯酸钠和游离卤素起化学反应。不与许多熔融金属,如金、银、钠和钾以及熔融的碱起反应。
铂族金属和合金有很多重要的工业用途。过去主要是制造蒸馏釜以浓缩铅室法制得稀硫酸,也曾用铂铱合金制造标准的米尺和砝码。在19世纪中叶,俄国曾制造铂铱合金币在市场上流通。目前,铂族金属及其合金的主要用途为制造催化剂。铂铑合金对熔融的玻璃具有特别的抗蚀性,可用于制造生产玻璃纤维的坩埚。铂铱、铂铑、铂钯合金有很高的抗电弧烧损能力,被用作电接点合金,这是铂的主要用途之一。由于铂化学性质稳定,纯铂、铂铑合金或铂铱合金制造的实验器皿如坩埚、电极、电阻丝等是化学实验室的必备物。铂钴合金是一种可加工的磁能积高的硬磁材料。铂和铂合金广泛用于制造各种首饰特别是镶钻石的戒指、表壳和饰针。铂或钯的合金也可作牙科材料。铂、钯和铑可作电镀层,常用于电子工业和首饰加工中。近年来涂钌和铂的钛阳极代替了电解槽中的石墨阳极,提高了电解效率,并延长电极寿命,是氯碱工来中一项重要的技术改进,为钌在工业上使用开辟了新途径。锇铱合金可制造笔尖和唱针。钯合金还用于制造氢气净化材料和高温钎焊焊料等。在化学工业中还使用包铂设备。
钽最早用于制灯丝,后被钨丝代替;化学工业中钽用于制造耐酸设备;由于钽不被人体排斥,可用作修复骨折所需的金属板、螺钉等,还用于制造外科刀具和人造纤维的拉线模等。
钽的晶体结构
![钽的晶体结构](https://img.taocdn.com/s3/m/efa9d430fd4ffe4733687e21af45b307e871f9a3.png)
钽的晶体结构
钽是一种重要的过渡金属元素,具有高熔点、高化学稳定性、优异的耐腐蚀性等特点,在航天、军工、医疗、通信等领域得到广泛应用。
钽具有脆性和低韧度,因此其塑性变形
和断裂行为在材料科学和工程中受到广泛关注。
钽的晶体结构是典型的体心立方晶体结构,属于BCC晶系,晶胞参数a=3.3Å。
在晶体结构中,钽原子位置呈等面心体居中排列,每个格点上有一个钽原子。
钽的BCC结构在很
多方面都是独特的,如其原子半径、电负性、化学稳定性等都与常规的BCC金属有所不同。
同时,钽与其他BCC金属相比,其确立的第一布里渊区更大,更多的电子态被占据,导致
钽基合金具有更高的居里温度和更强的磁相互作用。
在晶体结构研究中,通过衍射技术和电子显微技术可以得到高分辨率的晶体结构图像。
钽的晶体结构图像呈现出颗粒状的结构,钽原子在结构中呈现出一定的拓扑性质。
通过电
子显微技术,人们可以了解到钽在宏观和微观层面上的性质,如其塑性、断裂、疲劳等行为。
此外,在材料研究中,通过在钽微结构中添加杂质元素等方法,可以改变其微观结构,从而改善其力学性能和耐腐蚀性能等特性。
在使用钽的过程中,由于钽的化学性质较为稳定,使得它在高温强腐蚀环境下仍然可
以持续发挥作用。
此外,钽还具有很好的电子导电性,因而广泛用于高温和真空环境下的
电子元件和高温合金等方面。
随着科技的不断发展,人们对钽的研究也在不断深入,相信
在不久的将来,我们会发现更多的钽的应用前景。
[精华]钽和哈氏合金
![[精华]钽和哈氏合金](https://img.taocdn.com/s3/m/a8851417a7c30c22590102020740be1e650ecce0.png)
钽和哈氏合金1.钽,原子序数73,原子量180.9479,元素名来源于古希腊神话中宙斯之子的名字。
1802年瑞典化学家厄克贝里再钽铁矿中发现这一元素,1903年俄国化学家博尔顿分离出纯钽。
钽是一种稀有金属,在地壳中的含量为0.0002%,在自然界中常与铌共存。
主要矿物有钽铁矿、细晶石等。
钽有两种天然同位素:钽180、181。
钽为黑灰色金属,有延展性,熔点2996°C,沸点5425°C,密度16.6克/厘米³,金属钽具有体心立方结构。
钽的化学性质特别稳定,常温下除氢氟酸外不受其它无机酸碱的侵蚀;高温下能溶于浓硫酸、浓磷酸和强碱溶液中;金属钽在氧气流中强烈灼烧可得五氧化二钽;常温下能与氟反应;高温下能与氯、硫、氮、碳等单质直接化合。
钽最早用于制灯丝,后被钨丝代替;化学工业中钽用于制造耐酸设备;由于钽不被人体排斥,可用作修复骨折所需的金属板、螺钉等,还用于制造外科刀具和人造纤维的拉线模等。
2.哈氏合金是超低碳型,Ni、Mo、Cr系列镍基、耐蚀、耐高温材料哈氏合金(Hastelloy),因它具有极好的耐高温性能,抗氧化性,焊缝影响区耐腐蚀性,具有很好的长期热稳定性及可加工性,在农业化工、核设施、生物制药等苛刻工业环境中被应用。
它在湿氧、亚硫酸、醋酸、甲酸和强氧化盐的介质中,也具有优异的耐蚀性、耐均匀腐蚀性及耐晶间腐蚀性,因此在化学工业也被广泛应用,合哈氏金的导电率和导热系数要比低碳钢低得多,而电阻率和膨胀率都比低碳钢高得多,熔池流动性差,润湿性差,穿透力小,熔深浅铑铑(音老),RHODIUM,源自rhodon,意为“玫瑰”,因为铑盐的溶液呈现玫瑰的淡红色彩,1803年发现。
除了制造合金外,铑可用作其他金属的光亮而坚硬的镀膜,例如,镀在银器或照相机零件上。
将铑蒸发至玻璃表面上,形成一层薄腊,便造成一种特别优良的反射镜面。
元素名称:铑体积弹性模量:GPa 380原子化焓:kJ /mol @25℃ 556.5热容:J /(mol² K) 24.98导电性:10^6/(cm ²Ω ) 0.211导热系数:W/(m²K)150熔化热:(千焦/摩尔) 21.50汽化热:(千焦/摩尔) 493.0原子体积:(立方厘米/摩尔) 8.3元素在宇宙中的含量:(ppm) 0.0006元素符号:Rh元素英文名称:元素类型:金属元素元素在太阳中的含量:(ppm) 0.002地壳中含量:(ppm) 0.0002相对原子质量:102.9原子序数:45质子数:45中子数:同位素:摩尔质量:103原子半径:所属周期:5所属族数:VIII电子层排布: 2-8-18-16-1氧化态:Main Rh+3other Rh-1, Rh0, Rh+1, Rh+2, Rh+4, Rh+5, Rh+6晶体结构:晶胞为面心立方晶胞,每个晶胞含有4个金属原子。
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钽金属的结构与性能研究摘要:钽是电子工业和空间技术发展不可缺少的战略原料,钽以其独特的结构和性质,在骨科医学、电子工业、化学工业和冶金工业有很大的应用。
这篇论文主要介绍钽金属的资源、钽金属的制备和钽金属的结构和性质及其应用。
关键字:钽金属;战略原料;资源;制备;结构;应用0 引言钽是由瑞典化学家埃克贝里在1802年发现的,按希腊神话人物Tantalus(坦塔罗斯)的名字命名tantalum。
1903年德国化学家博尔顿(W.von Bolton)首次制备了塑性金属钽,用作灯丝材料。
1940年大容量的钽电容器出现,并在军用通信中广泛应用。
第二次世界大战期间,钽的需要量剧增。
50年代以后,由于钽在电容器、高温合金、化工和原子能工业中的应用不断扩大,需要量逐年上升,促进了钽的提取工艺的研究和生产的发展。
中国于60年代初期建立了钽的冶金工业。
美国是钽消费量最大的国家,1997年消费量达500吨,其中60%用于生产钽电容器。
日本是钽消费的第二大国,消费量为334吨。
21世纪初,随着电容器生产的发展迅速,市场供不应求。
预计,世界钽电容器的生产量达2.50亿件,需消费钽1000吨。
据美国地质调查局的统计,世界钽探明储量14000吨。
其中,澳大利亚4500吨、尼日利亚3200吨、民主刚果1800吨、加拿大1800吨、巴西1400吨。
中国资源量,主要分布在江西、福建、新疆、广西、湖南等省。
从未来发展的需求看,电容器仍是钽的主要应用领域。
如果按储量基础24000吨计算,也只能保证24年的需求。
尽管如此,钽资源的前景仍然是看好的。
首先,在世界十分丰富的铌矿床中,伴生有大量的钽资源。
其中,格陵兰南部加达尔铌、钽矿的钽资源量就达100万吨。
其次,西方已开始利用含Ta2O53%以下的大量锡炉渣。
此外,代用品的研究和利用也有了很快的发展,如铝和陶瓷在电容器领域代替钽;硅、锗、铯可在电子仪器用途上,代替钽制造整流器等。
在郑州大学先进靶材料实验室的李庆奎老师的团队主要做的是高纯钽金属靶材,做出的金属靶材通过磁控溅射等工艺形成的薄膜广泛应用于电子信息产业。
为了更深层次的探究谈金属,我对钽金属的资源、制备、结构、性能和应用进行了探究。
1 钽金属的资源资源钽和铌的物理化学性质相似,因此共生于自然界的矿物中。
划分钽矿或铌矿主要是根据矿物中钽和铌的含量。
钽铌矿物的赋存形式和化学成分复杂,其中除钽、铌外,往往还含有稀土金属、钛、锆、钨、铀、钍和锡等。
钽的主要矿物有:钽铁矿[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重钽铁矿、细晶石和黑稀金矿等。
炼锡的废渣中含有钽,也是钽的重要资源。
已查明世界的钽储量(以钽计)约为134000短吨,扎伊尔占首位。
1979年世界钽矿物的产量(以钽计)为788短吨(1短吨=907.2公斤)。
中国从含钽比较低的矿物中提取钽的工艺,并且取得了巨大的成就。
2 钽金属的制备冶炼方法:钽铌矿中常伴有多种金属,钽冶炼的主要步骤是分解精矿,净化和分离钽、铌,以制取钽、铌的纯化合物,最后制取金属。
矿石分解可采用氢氟酸分解法、氢氧化钠熔融法和氯化法等。
钽铌分离可采用溶剂萃取法〔常用的萃取剂为甲基异丁基铜(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步结晶法和离子交换法。
分离:首先将钽铌铁矿的精矿用氢氟酸和硫酸分解钽和铌呈氟钽酸和氟铌酸溶于浸出液中,同时铁、锰、钛、钨、硅等伴生元素也溶于浸出液中,形成成分很复杂的强酸性溶液。
钽铌浸出液用甲基异丁基酮萃取钽铌同时萃入有机相中,用硫酸溶液洗涤有机相中的微量杂质,得到纯的含钽铌的有机相洗液和萃余液合并,其中含有微量钽铌和杂质元素,是强酸性溶液,可综合回收。
纯的含钽铌的有机相用稀硫酸溶液反萃取铌得到含钽的有机相。
铌和少量的钽进入水溶液相中然后再用甲基异丁基酮萃取其中的钽,得到纯的含铌溶液。
纯的含钽的有机相用水反萃取就得到纯的含钽溶液。
反萃取钽后的有机相返回萃取循环使用。
纯的氟钽酸溶液或纯的氟铌酸溶液同氟化钾或氯化钾反应分别生成氟钽酸钾(K2TaF7)和氟铌酸钾(K2NbF7)结晶,也可与氢氧化铵反应生成氢氧化钽或氢氧化铌沉淀。
钽或铌的氢氧化物在900~1000℃下煅烧生成钽或铌的氧化物。
钽的制取:①金属钽粉可采用金属热还原(钠热还原)法制取。
在惰性气氛下用金属钠还原氟钽酸钾:K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。
反应在不锈钢罐中进行,温度加热到900℃时,还原反应迅速完成。
此法制取的钽粉,粒形不规则,粒度细,适用于制作钽电容器。
金属钽粉亦可用熔盐电解法制取:用氟钽酸钾、氟化钾和氯化钾混合物的熔盐做电解质把五氧化二钽(Ta2O5)溶于其中,在750℃下电解,可得到纯度为99.8~99.9%的钽粉。
②用碳热还原Ta2O5亦可得到金属钽。
还原一般分两步进行:首先将一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氢气氛中于1800~2000℃下制成碳化钽(TaC),然后再将TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空还原成金属钽。
金属钽还可采用热分解或氢还原钽的氯化物的方法制取。
致密的金属钽可用真空电弧、电子束、等离子束熔炼或粉末冶金法制备。
高纯度钽单晶用无坩埚电子束区域熔炼法制取。
3 钽金属的结构与性质晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。
晶胞参数:a=330.13pm,b=330.13pm,c=330.13pm,α= 90°,β = 90°,γ = 90°,莫氏硬度:6.5,熔点:2996℃。
钽的质地十分坚硬,硬度可以达到6-6.5。
它的熔点高达2996℃,仅次于碳,钨,铼和锇,位居第五。
钽富有延展性,可以拉成细丝式制薄箔。
其热膨胀系数很小,每升高一摄氏度只膨胀百万分之六点六。
除此之外,它的韧性很强,比铜还要优异。
物理性质:质地十分坚硬、富有延展性。
化学性质: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SDS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SS,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,仅在氢氟酸和热浓硫酸作用下有所反应。
这样的情况在金属中是比F较罕见的。
4 元素用途钽在酸性电解液中形成稳定的阳极氧化膜,用钽制成的电解电容器,具有容量大、体积小和可靠性好等优点,制电容器是钽的最重要用途,70年代末的用量占钽总用2/3以上。
钽也是制作电子发射管、高功率电子管零件的材料。
钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸、溴、氨等化学工业。
金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料。
钽钨、钽钨铪、钽铪合金用作火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等。
钽易加工成形,在高温真空炉中作支撑附件、热屏蔽、加热器和散热片等。
钽可作骨科和外科手术材料。
碳化钽用在250℃于制造硬质合金。
钽的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金属包套材料。
氧化钽用于制造高级光学玻璃和催化剂。
1981年钽在美国各部门的消费比例约为:电子元件73%,机械工业19%,交通运输6%,其他2%。
5 性质用途钽的线胀系数在0~100℃之间为6.5×10-6K-1,超导转变临界温度为4.38K,原子的热中子吸收截面为21.3靶恩。
在低于150℃的条件下钽是化学性质最稳定的金属之一。
与钽能起反应的只有氟、氢氟酸、含氟离子的酸性溶液和三氧化硫。
在室温下与浓碱溶液反应,并且溶于熔融碱中。
致密的钽在200℃开始轻微氧化,在280℃时明显氧化。
钽有多种氧化物,最稳定的是五氧化二钽(Ta2O5)。
钽和氢以上生成脆性固溶体和金属氢化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。
在800~1200℃的真空下,氢从钽中析出钽又恢复塑性。
钽和氮在300℃左右开始反应生成固溶体和氮化合物;在高于2000℃和高真空下,被吸收的氮又从钽中析出。
钽与碳在高于2800℃下以三种物相存在:碳钽固溶体、低价碳化物和高价碳化物。
钽在室温下能与氟反应,在高于250℃时能与其他卤素反应,生成卤化物。
参考文献[1]陈宝泉.福建南平西坑铌钽矿区玉帝庵矿段含矿伟晶岩特征[J].福建地质.2008(03)[2]杨铸生,段惠敏,王秀京.四川攀西地区铌钽矿床的地质特征及找矿方向[J].四川地质学报.2007(04)[3]鄢明才,迟清华等. 中国不同岩石类型花岗岩类元素丰度及特征[J].物探化探计算技术.The Structure And Performance Study Of Tantalum MetalLiang Peng(Henan Industrial Technology Research Institute of Resources and Materies Zhengzhou University, Zhengzhou450001 China)Abstract:Tantalum is indispensable strategic raw materials to electronic industry and space technology development. with its unique structure and properties ,tantalum in the orthopedic medical, electronic industry, chemical industry and metallurgical industry has a great application. This paper mainly introduces the preparation of tantalum metal resources, tantalum metal and the structure and properties of tantalum metal and its application. Keywords: tantalum metal ;Strategic raw materials ;Resources ;Preparation ;Structure ;application。