钽板是一种以钽(Ta)为主要材料制成的板材。钽是一种具有高熔点、高硬度和良好化学稳定性的金属。钽板通常具有银灰色的外观,表面光滑。
化学成分%,不大于 | |||||||||||
牌号Grade | C | N | O | H | Fe | Si | Ti | Ni | Nb | W | Mo |
Ta1 | 0.004 | 0.005 | 0.02 | 0.002 | 0.005 | 0.005 | 0.002 | 0.005 | 0.05 | 0.002 | 0.002 |
Ta2 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | 0.0015 | 0.03 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.1 | 0.04 | 0.03 |
高熔点:钽的熔点高达 2996℃,这使得钽板能够承受极高的温度,在高温环境下仍能保持其结构完整性。例如,在一些高温炉的内部构件中,钽板可以作为隔热或耐热部件使用。
高密度:钽的密度为 16.65g/cm³,所以钽板相对较重。这种高密度特性使其在需要质量较大的材料来提供稳定性或屏蔽性能的应用中具有优势。
良好的导电性和导热性:钽是一种优良的导体,其导电性和导热性有助于在电子设备中实现快速的信号传输和有效的热量散发。例如,在一些高性能的电子散热片或导电元件中可以应用钽板。
优异的耐腐蚀性:钽板在常温下对大多数化学物质都具有出色的耐腐蚀性。它能抵抗酸、碱、盐溶液的腐蚀,甚至在王水(浓硝酸和浓盐酸按体积比 1:3 组成的混合物)等强腐蚀性试剂中也表现出良好的耐受性。这主要是因为钽表面会形成一层极薄但致密的氧化膜,阻止了化学物质与钽基体的进一步接触。这种耐腐蚀性使得钽板在化工、电子电镀等腐蚀性环境较强的行业中得到广泛应用。
熔炼与浇铸
原料准备:首先要选用高纯度的钽矿石或钽废料作为原料,经过一系列的提炼过程得到纯度较高的钽金属。这些原料通常需要进行预处理,如破碎、研磨等操作,以方便后续的熔炼。
熔炼过程:采用电子束熔炼(EBM)或真空电弧熔炼(VAR)等方法将钽原料熔化成液态。电子束熔炼是利用高速电子束的能量来熔化钽,这种方法可以精确控制熔炼过程,并且能有效去除杂质。真空电弧熔炼则是在真空环境下,通过电弧产生的高温使钽原料熔化,在水冷铜坩埚中凝固成铸锭。
浇铸成型:将熔炼好的钽液倒入预先设计好的模具中,浇铸成板坯。浇铸过程需要控制好温度、速度和浇铸压力等参数,以确保板坯的质量和尺寸精度。
轧制加工
热轧阶段:将浇铸后的钽板坯加热到适当的温度范围(一般在 1200 - 1500℃之间)进行热轧。热轧可以改善钽板的组织结构,使其更加致密均匀,并且可以减小板坯的厚度。在热轧过程中,需要控制好轧制道次、轧制速度和压下量等参数,以避免出现裂纹等缺陷。
冷轧阶段:热轧后的钽板经过退火处理(一般在 1000 - 1200℃之间进行真空退火)以消除应力后,进行冷轧。冷轧可以进一步提高钽板的尺寸精度和表面质量,并且可以根据需要将钽板轧制成更薄的厚度。冷轧过程同样需要严格控制轧制参数,如轧制压力、速度等。
酸洗:为了去除钽板表面在加工过程中形成的氧化皮和杂质,通常采用酸洗的方法。酸洗溶液一般选用氢氟酸和硝酸的混合液,酸洗过程需要严格控制溶液的浓度、温度和酸洗时间,以防止过度酸洗对钽板造成损害。
机械抛光和化学抛光:根据应用需求,钽板可能需要进行抛光处理。机械抛光是通过研磨材料(如砂纸、抛光轮等)对钽板表面进行研磨,以获得光滑的表面。化学抛光则是利用化学溶液与钽板表面的化学反应,使表面平整光亮。
电子工业
电容器制造:钽是制造钽电容器的关键材料。钽板经过蚀刻、氧化等工艺处理后,制成钽电容器的阳极。钽电容器具有体积小、容量大、高频特性好等优点,广泛应用于电子产品中,如手机、电脑、数码相机等。
电子设备的散热部件:由于钽板的导热性良好,在一些高性能的电子设备(如服务器、高端显卡等)中,可以作为散热片或散热基板使用,帮助散发电子元件产生的热量,提高设备的稳定性和使用寿命。
半导体制造:在半导体生产过程中,钽板可以作为溅射靶材,用于沉积钽薄膜。这些钽薄膜可用于制作集成电路中的金属化层、阻挡层等,对提高半导体器件的性能和可靠性起到重要作用。
化工行业
化工反应釜和管道内衬:钽板的耐腐蚀性使其在化工领域的反应釜和管道内衬材料方面有很大的应用价值。它可以抵抗各种强酸、强碱和有机溶剂的腐蚀,确保化工生产过程的安全和稳定。例如,在制药、精细化工等行业的腐蚀性反应环境中,钽板内衬的反应釜能够有效防止设备被腐蚀。
化工传感器:钽板可以用于制造化工传感器的敏感元件,利用其对某些化学物质的特殊反应性或稳定性,来检测化工过程中的温度、压力、化学物质浓度等参数。
航空航天领域
航空发动机部件:在航空发动机的高温部件中,钽板的高熔点和良好的耐高温性能可以发挥作用。例如,钽板可以作为隔热屏或某些高温结构部件的材料,保护发动机内部的关键部件免受高温燃气的侵蚀,提高发动机的可靠性和性能。
航天器的热防护系统:对于航天器在进入大气层时面临的高温环境,钽板可以作为热防护材料的一部分。它能够承受再入过程中的高温,并且通过自身的热传导和辐射特性,帮助散发热量,保护航天器内部结构。
医疗领域
医疗器械和植入物:钽板在医疗领域也有一定的应用。例如,在一些外科手术器械中,钽板可以作为部件材料,利用其耐腐蚀性和生物相容性,确保器械在使用过程中的安全性和可靠性。此外,钽板也可以作为某些植入物(如骨板、牙种植体等)的材料,与人体组织良好地相互作用,减少排异反应。
核能领域
核反应堆部件:在核反应堆中,钽板可以用于制造一些能够承受高温、高辐射环境的部件。例如,作为燃料元件的包壳材料或反应堆内部的结构部件,钽板的化学稳定性和抗辐射性能可以防止核燃料泄漏,保证核反应堆的安全运行。
以下是一些常见的钽及钽合金的牌号:
纯钽牌号
FTa1:经粉末冶金后,以压力加工方式生产的纯度较高的纯钽产品,其杂质含量相对较低,具有良好的化学稳定性和物理性能,适用于对纯度要求较高的电子、化工等领域.
FTa2:也是经粉末冶金后加工的纯钽产品,但纯度略低于 FTa1,不过仍能满足一般性的工业应用需求,在一些对成本较为敏感,同时对钽的性能要求不是极其苛刻的场合使用.
Ta1:通过真空电子束或电弧熔炼后,再经压力加工生产的高纯度纯钽产品,具有极高的化学纯度,能更好地发挥钽本身的特性,常用于高端电子元件、精密仪器制造等领域.
Ta2:由真空电子束或电弧熔炼加工而成,纯度稍低于 Ta1,可用于一般的电子工业和化工设备制造等,是一种比较常用的纯钽材料等级.
钽合金牌号
TaNb3:钽铌合金,其中铌的含量在 1.5% - 3.5% 之间。这种合金在保持钽的部分优良性能的基础上,通过添加铌元素改善了某些性能,如提高了材料的强度和韧性,同时在一定程度上降低了成本,可应用于化工、航空航天等领域的一些结构件制造.
TaNb20:铌含量在 17.0% - 23.0% 的钽铌合金,该合金具有良好的超导性能,在低温物理研究和超导技术领域有重要应用,比如在超导磁体的制造中可作为超导材料使用.
TaNb40:铌含量为 35.0% - 42.0% 的钽铌合金,其性能特点与 TaNb20 类似,但由于铌含量更高,其超导性能等方面可能会有更突出的表现,具体应用场景也主要集中在超导及一些特殊的物理研究领域.
TaW2.5:钽钨合金,钨含量为 2.5%。添加钨元素提高了钽的高温强度和硬度,使其能够承受更高的温度和机械载荷,常用于航空航天的高温部件以及一些高温工业设备中,如发动机的耐高温结构件等.
TaW10:钨含量为 10% 的钽钨合金,相比 TaW2.5,其高温性能更为优异,强度和硬度更高,在化工、航空航天、原子能工业和高温元器件等对材料高温性能要求极高的领域应用广泛.
TaW12:钨含量为 12% 的钽钨合金,具有更高的高温强度和硬度,可满足一些极端高温环境下的使用要求,如在某些先进的航空发动机或高温化工反应设备中的关键部件制造等。
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