Тантал и ниобий

Та и Nb имеют следующие преимущества: высокую пластичность до и после отжига, достаточно высокую коррозионную стойкость, способность поглощать газы, малый коэффициент линейного термического расширения (КЛТР), хорошую свариваемость с другими металлами.

Минералы Та: K₂ТаF₇ – фтортанталат калия и Та₂O₅.

Минералы Nb: K₂NbF₇ – фторниобат калия и Nb₂O₅.

Получение проволок из Та и Nb включают следующие операции: получение металлических порошков Та и Nb, прессование штабиков, сварка штабиков, ковка и отжиг штабиков, волочение проволоки, очистка и отжиг проволоки.

Порошки Та и Nb получают несколькими методами:

1) Для получения порошков Та и Nb из первых минералов применяется натриевотермический способ с использованием метода СВС (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза) по реакциям: K₂ТаF₇ + 5 Na → Та + 5 NaF + 2 KF↑; K₂NbF₇ + 5 Na → Nb + 5 NaF + 2 KF↑. Реакция проходит в конических тиглях при послойной загрузке реагентов после точечного нагрева в нижней части конуса, температура при реакции достигает 1000^оС. В результате получаются порошки Та и Nb, основная часть частиц (до 70 %) которых имеет размеры 2,5 мкм и менее, а в порошке присутствуют примеси, (%): Ti (0,02 – 0,06); Fe (0,04 – 0,06); Si (0,03 – 0,06); C (0,1 – 0,15); O₂ (0,5).

2) Для получения порошков Та и Nb из Та₂О₅ и Nb₂O₅ используется карботермический способ, состоящий из трех этапов: а) получение карбидов Та и Nb в графито-трубчатых печах в атмосфере Н₂: Та₂O₅ + 7 С → → 2 ТаC + 5 CО↑; Nb₂O₅ + 7 С → 2 NbC + 5 CО↑; б) карботермическое восстановление Та и Nb при температуре 2 000 ^оС в вакууме: Та₂O₅ + + 5 ТаC→ 7 Та + 5 CО↑; Nb₂O₅ + 5 NbC → 7 Nb + 5 CО↑; в) гидрирование, измельчение и дегидрирование, при этом в порошке присутствуют примеси, %: С – 0,3; О – 0,5.

3) Электролиз расплавленных фтористых сред, при этом применяются электролиты из смесей солей K₂TaF₇ + KCl + KF или K₂NbF₇ + KCl + +KF, в которые периодически добавляются Та₂O₅ или Nb₂O₅ соответственно. Для получения сплавов Та + Nb питание ванн происходит смесью Та₂O₅ и Nb₂O₅. Электролиз проводится при температуре 680 – 720 С и плотности тока на катоде (50 А/дм² – в начале процесса) и на аноде (120 А/дм²). Грансостав Та порошков: < 40 мкм – 11 – 12 %, от 40 до 74 мкм – 16 – 20 %, от 74 до 297 мкм – 61 – 67 %, более 297 мкм – 3 – 5 %. Проводится размол до размера менее 33 мкм.

Дальнейшая переработка порошкового Та или Nb в компактный металл осуществляется методом ПМ (спекание штабиков), электронно-лучевой или электродуговой плавкой.

Штабики размером 20 × 20 × 20 × 600 мм прессуются при давлении 3 – 4 Тс/см² (для натриевотермического Та) и 6 Тс/см² (для электролитического Та).

Сварка штабиков проводится в вакууме (10^-3 – 10^{-4 мм рт. ст.) при 2 600 о}С и выдержке 4 – 5 ч для Та, при 2 400 ^оС и выдержке 4 ч для Nb.

Ковка штабиков в пластины или прутки до 30 – 60 % деформации и отжиг проводятся в вакууме при 2 600 ^оС в течение 2 ч для Та и при 2 300 ^оС в течение 1 – 2 ч для Nb. Изготовление ленты (0,05 мм) и проволоки из Та (до 0,01 мм) проводится при комнатной температуре.

Три метода получения проволоки: волочение при комнатной температуре (после оксидирования проволоки электролитическим методом в растворе H₂SO₄), смазка – аминовое масло; волочение с нагревом до 500 – 600 ^оС с применением графитовой смазки (аквадаг); волочение проволоки в медной оболочке при смазке мыльно-масляной водной эмульсией.

Очистка проволоки Та от графитовой смазки проводится химической обработкой в горячей смеси H₂SO₄ с хромовым ангидридом.

Отжиг танталовой проволоки проводится в вакууме (не выше 5·10^{-5 мм рт.ст.) при 1 400 – 1 450 о}С и скорости перемотки 1,6 – 3 м /мин.

Дата добавления: 2014-11-25