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                    淺析鉭的性質及其應用

                    2015/09/02
                    瀏覽量:

                    (一)鉭的性質

                    鉭是世界第三的難熔金屬,其熔點僅比鎢,鉬低,高達2980℃,純鉭略帶藍色色澤,塑性極佳,在冷狀態下無需中間退火就可軋成很薄的板(厚度可小于0.01毫米)。

                       鉭發射電子的能力弱,因為鉭的電子逸出功率低于鎢鉬等難熔金屬,已在電真空技術中得到廣泛應用。

                    鉭具有極強的抗腐蝕能力,可媲美玻璃,在中溫(約150℃)環境下,只有氟、氫氟酸、三氧化硫(包括發煙硫酸)、強堿和某些熔鹽對鉭有影響。金屬鉭在常溫時性能穩定,但當加熱到高于500℃時則會加速氧化生成Ta205。

                     

                    (二)鉭的用途

                    鉭的主要冶金產品為鉭粉及鉭合金。

                    1.電容器鉭粉及其應用

                    鉭可以作為電容器的陽極,通過陽極氧化直接生成介電氧化膜。鉭電容器之所以比其他電容器優越,在于氧化鉭介電膜具有高的介電常數和擊穿電壓。鉭粉的純度越高,鉭電容器陽極膜的擊穿電壓就越高,因為鉭粉的比表面積很高,即便在壓制和燒結之后由于它特殊的孔隙結構仍然保持很高的比表面積,使得鉭電容器具有高比容。我們通常所說的高比容鉭粉適用于低于25伏的工作電壓下的鉭電容器,主要用鈉熱還原氟鉭酸鉀制備;中壓(35~40伏)和高壓(50~63伏)鉭粉則供工作電壓在25伏以上的鉭電容器使用,因其對純度和粉末物理性能要求較高,如對C、O和粒度的控制,必須用電子束熔煉成錠,再經氫化爆裂重新制成鉭粉。

                    目前電容器鉭粉正朝著高比容、高純度的方向發展,國外鉭粉的比容已達到40000~50000微法·伏/克;70000微法·伏/克鉭粉已開始試用,個別廠家已向試制100000微法·伏/克的方向奮進。

                    2000年鉭電容器年產量達到250億個,年需鉭粉800噸、鉭絲近150噸。由于鉭電容器在-55~125℃的寬溫度范圍內電容保持穩定,具有高可靠性能并兼以緊湊、高效及擱置時間長等特點,使得其在電腦、通信系統、飛機、導彈、船舶及武器系統用的儀表與控制系統中的應用經久不衰,成為鉭最主要的應用。另外,除鉭粉外,鉭箔用于箔型電容器,鉭絲用作電容器陽極引線。

                      2.鉭及其合金與應用

                      鉭作為合金的基體元素極其受到歡迎,因為鉭具有包容間隙元素的容限性及合理的彈性模量。鉭具有高耐腐蝕性并且易于實現惰性氣體鎢弧焊接(GTA),因此適于制造各種化工設備,如制造各種熱交換器、蛇管、冷凝管、冷卻管和插入式加熱器等。例如卡伯特公司制造的標準規格為1.2米×3.7米×0.9毫米的鉭薄板已可通過爆炸連接工藝做成鋼、銅和鋁的內襯,用此內襯鉭材料可制造出大型、相對便宜的化工設備。爆炸焊接是一種利用炸藥在極短時間內釋放的高能量進行金屬連接或加工的方法,可實現基材與覆(蓋)層之間大面積焊接或復合,是發揮基材成本相對較低、覆層耐觸、耐高溫等特殊功能的有效方法。此外,鉭坩堝適用于在真空下進行的高溫化學反應及特種玻璃的熔化。鉭還可抗某些液態金屬的腐蝕,例如可與1375℃的液態鈉接觸。

                      所有的鉭及鉭合金產品都用電子束爐熔鑄加工,根據產品用途,為獲得成分均勻的鑄錠,鉭在電子束爐中熔煉凈化之后,還要進行真空電弧重熔(VAR)。

                      鉭合金的延脆轉變溫度最低(-196℃)、低溫塑性好、加工硬化系數小、優異的高溫強度,是1600-1800℃下工作的理想結構材料。在目前已形成Ta-W和Ta-Nb兩個合金系的材料,多用于制造航空航工業與空間核動力系統的零部件。

                      3.鉭的其他應用及應用分配比例
                     目前,鉭最大、前景也最樂觀的應用領域是電子工業,估計占總消費量(目前全球金屬鉭的年消費量約為900
                    噸)的66%;第二是切削刀具工業,占總消費量的22%;第三是鉭作為超合金的高溫強化添加劑,占消費總量的6%;第四是在化工部門的閥門、熱交換器和插入式加熱器等化工設備中,占消費總量的3%;第五是用于軍事用途,占消費總量的2%;第六是用于醫學領域,占消費總量的1%。

                     

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