Тантал и его сплавы

Тантал среди других металлов выделяется исключительной химической стойкостью в сильных кислотах, в расплавах ще­лочных металлов и рядом электрических и других свойств.

Ниже приведены важнейшие физические свойства тантала.

Атомный вес ...............................................................180,948

Атомный диаметр, А ................................................. 2,854

Атомный объем, см³/г-атом .................................... 10,90

Плотность, г/см³ .......................................................... 16.6

Кристаллическая решетка.......................................... К.о.ц.

Период решетки, А ..................................................... а = 3,296

Координационное число ........................................... 8

Температура плавления, °С ....................................  2996

Температура кипения, °С ........................................   5425

Скрытая теплота плавления, кал/г .......................... 41,5

Скрытая теплота испарения, кал/г  ......................... 995

Теплота сгорания, кал/г .            1346

Удельная теплоемкость, кал/г-град, при температуре, °С:

0 ..................................... 0,034

727 ................................ 0,0365

1227 .............................. 0,0385

1727 .............................. 0,041

2227 .............................. 0,0465

2727 .............................. 0,056

Теплопроводность, кал/см-сек-град, при температуре, °С:

20.................................... 0,13

828 ................................. 0,1715

1106 ............................... 0,1795

1416................................ 0,1885

1547 ............................... 0,188

1830 ............................... 0,198

Коэффициент линейного расширения, 1/град, в интервале температур, °С:

20—500 ........................ 6,6*10^-6

20—1500 .....................  8*10^-6

Удельное электрическое сопротивление, мком-см, при температуре, °С:

20.................................... 12,5 

700     ............................. 43,6

1000 .............................. 54,6

1500   ............................ 72

2000 .............................. 87,0

Температура перехода в сверхпроводящее состояние, °К ........ 4,38               

Работа выхода электронов, эв.......................................................... 4,12

Электронная эмиссия, ма/см², при температуре, °С:

1000 ............................. 1*10^-5

1230   ........................... 4,7*10^-3

1730   ........................... 19,5

Магнитная восприимчивость э.м.с., при температуре °С:

25................................... 0,849*10^-6

1870   ........................... 0,685*10^-6

Поперечное сечение захвата тепловых ней тронов, барн/атом ...... 21,3 +/- 1

Поперечное сечение рассея­ния тепловых нейтронов, барн/атом .. 5 +/- 1

Суммарное лучеиспускание при температуре, °С:

1400 ............................ 0,29

2000 ............................ 0,25

2327............................. 0,30

2527............................. 0,308

Общее излучение, вт/см², при температуре. °С:

1300 ............................. 7,3

1530 ............................ 12,8

1730 ............................ 21,2

Тантал высокой чистоты, полученный термической диссоциацией ТаCl₄ в виде листа, имеет:   σ_b = 24 кГ/мм², σ_0,2 = = 19,5 кГ/мм² и δ = 32%.

Тантал промышленной чистоты в отожжен­ном состоянии при комнатной температуре имеет  σ_b = 42 кГ/мм², при 980°С σ_b = 14 кГ/мм². В деформированном состоянии σ_b = 97 кГ/мм², δ = 4%, ψ = 6% [130].

Температура пластично-хрупкого перехода тантала лежит ниже —196° С.

При нагреве на воздухе тантал, гак же как ниобий, начиная с 200—300°С заметно окисляется. Наряду с окислением происходит диффузия газов в металл и непосредственно под окисной пленкой образуется газонасыщенный слой, толщина которого за­висит от температуры и времени нагрева.

Кроме чистого тантала, для промышленности большой интерес представляют некоторые сплавы на его основе.

Наиболее эффективными легирующими добавками тантала являются вольфрам, молибден и ниобий, образующие с ним твердые растворы замещения. Структура их подобна структуре однофазных ниобиевых сплавов.

В промышленности наиболее широкое применение получил сплав тантала с 10% (по массе) вольфрама.

Этот сплав, выплавленный в электронно-лучевой печи, при комнатной температуре в отожженном состоянии (отжиг при 1500° С) имеет следующие механические свойства: σ_b = = 63 кГ/мм², σ_0,2 = 58 кГ/мм², δ = 27 - 30%, Е = 16500 - 18800 кГ/мм², а_н = 3,3 кГ-м/см². Сплав, выплавленный в дуговой печи, имеет:  σ_b = 96 кГ/мм², δ = 25%, НВ = 230 кГ/мм².

По имеющимся литературным данным, весьма высокой прочностью обладают также сплавы тантала с гафнием. Так, сплав с 5% Hf в деформированном состоянии (степень деформации 50%) имеет при 1200° С предел прочности σ_b = 36 кГ/мм².

В настоящее время из тантала и его сплавов изготовляют листы, полосы, фольгу, проволоку и тонкостенные трубки. Исход­ной заготовкой служит спеченный брикет (штабик) или слиток, полученный дуговой или электронно-лучевой плавкой. В плавленом металле среднее содержание примесей составляет: 0,001% С, 0,0045% 0₂, 0,0015% N₂.

Тантал и его сплавы применяют в различных областях техники.

Их используют в электровакуумной промышленности и радиоэлектронике для изготовления сухих электролитических кон­денсаторов, катодов косвенного нагрева, в качестве нагревателей в вакуумных печах. Известно также применение чистого тантала и его сплавов с ниобием в химическом аппаратостроении.