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钽铌材料及其性能钽钽铌材料及其性能钽1. 钽金属钽金属(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. 钽的化合物钽的化合物(tantalum compound)2.1 钽的氧化物钽的氧化物(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TaC 为深棕色粉末，熔点 3880℃，沸点5500℃，密度 14.4g/cm3，具有较好的化学稳定性，仅能溶于硝酸和氢氟酸混合溶液中钽的碳化物在低于 1000～1100℃时，在空气中不易氧化在氮或氨的作用下，易生成氮化物2.4 钽的氢化物钽的氢化物(tantalum hydride)在常温的空气中，钽的氢化物非常稳定。

在高真空下加热至1000～1200℃时，分解放出氢在 350℃以下，钽与氢几乎不发生作用，随着温度的升高，反应速度加快氢在钽中的溶解度，随温度增高而降低在一定温度和压力下，氢化钽中最大氢含量相当于 H/Ta 为 0.02～0.08(即 TaH 0.2～TaH 0.8)2.5 钽的氮化物钽的氮化物(tantalum nitride)钽的氮化物有 TaN、Ta2N、Ta3N5三种TaN 为带蓝色的灰色粉末，熔点 2980～3090℃，密度 14.4g/cm3，不溶于硝酸、氢氟酸和硫酸中，但溶于热的碱性溶液并释放出氨或氮气钽的氮化物在空气中加热时生成氧化物，放出氮气2.6 钽的硼化物钽的硼化物(tantalum boride)钽的硼化物有一硼化物 TaB 和二硼化物 TaB2TaB 的密度14.0g/cm3， 比电阻 100.0μΩ.cm； TaB2的熔点 3200℃， 密度 11.7g/cm3，比电阻 86.5μΩ.cm，不被盐酸和王水所侵蚀，但能被热的硫酸和氢氟酸缓慢地分解2.7 钽的硒化物钽的硒化物(tantalum selenate)钽的硒化物为 TaSe2，比电阻 2.23×10- 3Ω.cm，在室温空气中的相对磨擦系数 0.08，在空气中的氧化温度 600℃，在真空中的分解温度 900℃。

2.8 钽的硅化物钽的硅化物(tantalum silicone)钽的主要硅化物是 TaSi2， 也存在一些其它化合物如 Ta2Si、 Ta5Si3TaSi2熔点 2200℃，密度 8.83g/cm3，比电阻 8.5Ω.cm，不被矿物酸侵蚀， 但能被氢氟酸分解， 在熔融的 Na2CO3和 NaOH 中能完全被分解2.9 钽酸盐钽酸盐(tantalate)钽酸盐最重要的是钾盐和钠盐钾的钽酸盐有 K2O:Ta2O5从 3:7 至 10:3 的， 最常见的稳定钽酸盐有偏钽酸钾(K2O.Ta2O5)；六钽酸钾(4K2O.3Ta2O5)钾的钽酸正盐易溶于水，但偏盐溶解度较小，KTaO3在 25℃时的溶解度为 4.87×10- 5mol/L钽酸钠有 Na2O:Ta2O5为 4:3、 7:5、 1:1、 1:3 和 2:7 的， 如 NaTaO3、Na5TaO5、4Na2O.3Ta2O5.25H2O 等钠盐在水和苛性钠溶液中的溶解度很小，25℃时 NaTaO3盐的溶解度为 5.5×10- 5mol/L2.10 钽的有机络合物钽的有机络合物(tantalum organic complex compound)钽有机络合物最主要的是单宁酸的化合物，其颜色为柠檬黄色，煮沸后从弱酸性溶液(pH＝3～4)中析出。

2.11 钽的醇盐钽的醇盐(tantalum alkoxide)五价的钽醇盐是高挥发性的，这些醇盐可以在 6.67～1333Pa 压力下蒸馏而不发生分解钽醇盐的沸点受链长的影响3. 钽酸锂晶体钽酸锂晶体(lithium tantalate crystal)钽酸锂（LiTaO3，简称 LT）是一种典型的人工提拉法生长的晶体，属三方晶系，3m 点群，它具有良好的压电、铁电、光电、热释电效应，应用领域广泛，涉及工业、民用、军事等各方面其压电性能优越，温度漂移小，人们利用这些特性，制作大量的声表面器件，利用其光电效应，制作光电调制器、滤波器；利用热释电效应，制作红外探测器随着对其研究的不断深入，人们利用它制成了超晶格结构，使其在非线性领域的应用引起广泛的关注，大大拓宽了其应用范围4. 电容器级钽粉电容器级钽粉(capacitor grade tantalum powder)4.1 高压低比容钽粉（高压低比容钽粉（high voltage- low capacity tantalum powder））高压低比容钽粉一般是指应用到 35V 以上的固体电解电容器并具有 4,000μFV/g 以下的比容的钽粉。

这种粉一般是采用钽锭氢化制粉工艺和片状化制粉工艺4.2 高 （低） 压高 （低） 比容钽粉 （高 （低） 压高 （低） 比容钽粉 （high/ low voltage- low/ high capacitytantalum powder））高（低）压高（低）比容是指钽粉所制造的电容器应用在某一电压范围里和具有某一比容范围，实际上这没有明确的界限，特别是对于比容高低的概念，根据时间和地域变化很大，如在上世纪 70 年代，国内把 3,000μFV/g 比容的钽粉称为高比容钽粉， 80 年代初把 10,000μFV/g 比容的钽粉称为高比容钽粉， 而 80 年代末则把 20,000μFV/g以上的钽粉称为高比容钽粉，现在国内外一般都是把 30,000μFV/g以上的钽粉称为高比容钽粉国外对于钽粉的使用范围较广，例如钠还原粉可以从低压使用到 50V，个别甚至更高的电压4.3 中压高比容钽粉 （中压高比容钽粉 （medial voltage- high capacity tantalum powder））中压高比容钽粉一般是指应用到 25~50V 的固体电解电容器具有5,000~30,000μFV/g 比容的钽粉。

这种粉一般为片状钽粉和钠还原钽粉4.4 低压高比容钽粉（低压高比容钽粉（low voltage- high capacity tantalum powder））低压高比容钽粉一般是指应用到 25V 以下的固体电解电容器具有 30,000μFV/g 以上比容的钽粉这种粉一般为钠还原钽粉近年来正在新开发的氧化钽还原的钽粉 有人宣称这种粉的最高比容达到了 200,000μFV/g 甚至更高5. 电容器级钽丝电容器级钽丝(capacitor grade tantalum wire)电容器级钽丝是用于制作钽电解电容器阳极引线的钽丝 其优点是氧化膜介电常数大，可靠性高与冶金级钽丝相比，电容器级钽丝化学纯度高，表面光洁度好，抗氧脆性好电容器级钽丝是以钽粉为原料利用粉末冶金方法烧结成钽条后，再经过轧制、拉拔等金属塑性加工手段制成的，表面应光滑、清洁，无沟槽、毛刺等缺陷电容器级钽丝的重要性能指标包括抗拉强度、 直线度、 化学成分和漏电流等电容器级钽丝的直径一般在Φ0.15mm～Φ1.0mm 之间，抗拉强度一般在 400Mpa~1700 Mpa 之间6. 钽靶材钽靶材(tantalum target)熔点 2996℃,密度 16.68g/cm3,导热系数(25℃):54(W/M.K), 钽靶通常用熔炼钽锭加工或粉末冶金加工法制备。

钽靶的纯度＞99.95%，表面光滑，晶粒直径＜100μm，晶粒织构主要是［111］型织构由于钽具有高导电性、高热稳定性和对外来原子的阻挡作用，故用贱射镀膜法在集成电路上镀上钽膜，可防止铜向基体硅中扩散的阻挡层因而作为电极材料和表面工程材料 （BM） ，钽靶材已经被广泛应用于液晶显示器（LCD）以及耐热耐腐蚀高导电等镀膜工业中7.钽陶瓷钽陶瓷(tantalum ceramics)钽陶瓷是由陶瓷相与金属钽粉或 Ta2O5粉末组成的复合材料陶瓷相是具有高熔点、高硬度、高强度的氧化物或难熔化合物，加入金属钽粉或 Ta2O5粉末后可提高其塑性和导热性，缓冲应力钽陶瓷可用作宇航材料和硬质合金的添加物8.钽基合金钽基合金(tantalum base alloy)为了改善金属性能，在金属钽中添加一些难熔金属，以形成钽基合金 用于改善其耐腐蚀性和在高温下保持其高强度和优良的加工性能包括 Ta- W 系列、Ta40Nb、Ta- 8W- 2Hf、Ta- 111、Ta- 222、钽铬合金、钽钨铪合金钽铪合金用于火箭、导弹和喷气发动机的耐热高强度材料，钽拾钨合金熔点 30800C，密度 16.6g/cm3,且具有高温韧性，耐冲击，可在高温 25000C 下使用。

铌铌1. 铌金属铌金属(niobium)铌是稀有高熔点金属熔点 2467℃，密度 8.6g/cm3，晶格类型：体心立方导热系数（25℃）52W/M·K线膨胀系数（0~100℃）7.1×10- 6在钢中加入极少量铌，能大大提高钢的强度，改善钢的机械和焊接性能，提高抗腐蚀性能铌可用做电容器、铌基高温合金，FS—85 合金是航天飞机上轨道操作系统发动机的结构材料，C—103合金可作为火箭喷嘴材料，其它铌合金如 Nb—Zr、Nb—Ti、Nb—Ti—Ta 等可作为超导材料，广泛应用于核磁共振医用人体图象仪、高能加速器、超导储能器、磁悬浮列车等铌基化合物和络合物，可作为催化剂，起清除污染、选择氧化、氢化处理等作用2. 铌的化合物铌的化合物(niobium compound)2.1 铌的氧化物铌的氧化物(niobium oxide)铌的氧化物最有应用价值的是 Nb2O5Nb2O5为白色粉末，无味无臭，比重 4.55g/cm3，熔点 1512℃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，生成铌酸盐Nb2O5具有α、β、γ三种变体，在 800- 900℃生成低温变体α－Nb2O5，在 1000- 1150℃生成中温变体β－Nb2O5，在 1200- 1250℃完全生成高温变体γ－Nb2O5。

不同变体的氧化物其晶格常数、密度和其它性质都有明显的区别铌的低价氧化物有 NbO2、 N。