Tantalo ir tantalo lydinio strypai

Tantalo ir tantalo lydinio strypų gamybos procesas yra labai sudėtingas ir apima daugybę tikslių procedūrų. Taip pat būtina griežtai kontroliuoti žaliavų grynumą, įrangos tikslumą ir proceso parametrus. Pagrindinė priežastis yra paties tantalo fizinės ir cheminės savybės (pvz., aukšta lydymosi temperatūra, didelis cheminis aktyvumas ir lengva oksidacija), taip pat „didelio grynumo, didelio tikslumo ir didelio našumo“ reikalavimai strypams, naudojamiems pasroviui (pvz., elektronika, medicina, kosmosas). Proceso sudėtingumas toliau skirstomas į keturis pagrindinius etapus: žaliavos paruošimas, plastiko apdirbimas, apdailos apdorojimas ir kokybės tikrinimas.

 

1. Žaliavos paruošimo etapas: Pagrindinis sunkumas yra didelio grynumo kontrolė
Tantalo ir tantalo lydinio strypų žaliavos turi būti išgrynintos nuo „tantalo koncentrato“ iki „aukšto-grynumo tantalo miltelių“, o tada apdoroti miltelių metalurgijos būdu, kad susidarytų „tantalo ruošiniai“. Šis etapas yra tolesnių procesų pagrindas, o sunkumų kyla dėl ruošinių grynumo kontrolės ir tankinimo.
Tantalo koncentrato valymas: Pašalinkite nešvarumus iki ppm lygio
Natūralaus tantalo koncentrato (pvz., tantalito) sudėtyje yra priemaišų, tokių kaip titanas, niobis, volframas ir silicis. Jis turi būti išgrynintas naudojant "rūgšties tirpinimo - ekstrahavimo - atvirkštinio ekstrahavimo" procesą:
Ištirpinkite tantalo koncentratą vandenilio fluorido rūgšties ir sieros rūgšties mišinyje, kad gautumėte fluorotantalo rūgštį (H2TaF7);
Tantalui ir niobiui atskirti naudokite tokias ekstrahavimo priemones kaip metilizobutilketonas (MIBK) (jų cheminės savybės labai panašios, o ekstrahavimo efektyvumas turi būti didesnis nei 99,99%);
Atvirkštinis ekstrahavimas duoda didelio{0}}grynumo fluorotantalo rūgšties tirpalą, kuris vėliau apdorojamas amoniaku, kalcinuojamas ir redukuojamas vandeniliu, todėl gaunami tantalo milteliai, kurių grynumas viršija 99,95 % (4N klasė); (elektroniniam laipsniui jis turi būti 5N, ty 99,999%).
Iššūkiai: priemaišų kiekis turi būti mažesnis nei 10 ppm (pvz., niobio kiekis yra mažesnis arba lygus 5 ppm), kitaip tai rimtai paveiks vėlesnių strypų laidumą ir atsparumą korozijai.

Išvalymas milteliniu būdu: išvengiama porų ir netolygios sudėties
Didelio-grynumo tantalo milteliai turi būti pagaminti į tankų tantalo ruošinį (paprastai žinomą kaip "tantalo luitą") naudojant "presuojant - sukepinimą", kad būtų pagrindas tolesniam plastiko apdorojimui:
Šaltasis izostatinis presavimas: supilkite tantalo miltelius į elastingą formą ir spauskite 150-200 MPa slėgiu, kad susidarytų "žaliasis ruošinys" (kurio tankis 60%-70% teorinio tankio);
Vakuuminis sukepinimas: sukepinkite tantalo miltelius aukšto vakuumo aplinkoje (vakuuminis laipsnis, mažesnis arba lygus 1 × 10⁻³ Pa) 10–20 valandų, kad tantalo miltelių dalelės išsisklaidytų ir susijungtų, o galiausiai suformuotumėte tantalo strypo ruošinį, kurio santykinis tankis yra didesnis nei arba lygus 98 % nikelio. volframo, niobio ir kitų lydinio elementų miltelius prieš spaudžiant reikia sumaišyti proporcingai, kad būtų užtikrinta vienoda sudėtis).
Iššūkiai: reikia tiksliai kontroliuoti sukepinimo temperatūrą (dėl per žemos temperatūros ruošinys bus laisvas, o esant per aukštai temperatūrai susidarys stambūs grūdai); Vakuuminė aplinka turi būti griežtai izoliuota nuo deguonies (tantalas yra linkęs jungtis su deguonimi aukštoje temperatūroje, kad susidarytų oksiduotas tantalas, todėl ruošinys tampa trapus).
II. Plastiko apdirbimo etapas: didelio kietumo ir darbo grūdinimo įveikimas, užtikrinant matmenų tikslumą
Tantalo lydymosi temperatūra siekia 2996 laipsnius. Kambario temperatūroje jis turi didelį kietumą ir yra linkęs į „darbinį sukietėjimą“ (po plastinės deformacijos kietumas greitai pakyla, todėl reikia dažnai minkštinti). Todėl plastmasinis strypo apdirbimas turi būti atliekamas naudojant „keletą karštojo apdorojimo + šalto apdorojimo takų“ derinį, palaipsniui sukant tantalo ruošinį į tikslinio skersmens strypą. Pagrindinis sunkumas yra temperatūros valdymas ir vienoda deformacija.
Terminis apdorojimas: aukšto lydymosi temperatūros apribojimo peržengimas ir pradinis formavimas
Šiluminio apdorojimo tikslas – susukti didelius -dydžio tantalo ruošinius į mažus-skersmens „atliekos strypus“. Įprastas procesas yra „karštas kalimas + karštas valcavimas“:
Karštas kalimas: Tantalo ruošinį įkaitinkite iki 1200–1400 laipsnių (tantalo rekristalizavimo temperatūra yra maždaug 1000 laipsnių, ji turi būti aukštesnė už šią temperatūrą, kad būtų išvengta sukietėjimo). Tada ant hidraulinio preso jis kaliamas į cilindrinį ruošinį (deformacijos dydis kalimo metu turi būti kontroliuojamas 30–50%, kad būtų išvengta ruošinio įtrūkimų);
Karštas valcavimas: pašildykite kaltinį ruošinį iki 1100{1}}1300 laipsnių, tada susukite į „karšto valcavimo strypą“, kurio skersmuo yra 20–50 mm (sumažėjimas per praėjimą turi būti 15 % arba mažesnis, o norint išvengti dydžio nukrypimų dėl temperatūros svyravimų, reikia įrengti internetinę temperatūros matavimo sistemą).
Iššūkiai: terminis apdorojimas turi būti atliekamas naudojant inertinių dujų (pvz., argono) apsaugą (tantalas yra linkęs oksiduotis aukštoje temperatūroje); Įranga turi atlaikyti aukštą temperatūrą ir aukštą slėgį (volučio medžiaga turi būti karščiui{0}}atsparus lydinys, pvz., H13 plienas).

Šaltasis apdorojimas: padidina tikslumą ir paviršiaus kokybę, pašalina defektus
Karštai valcuotų strypų matmenų tikslumas (±0,5 mm) ir paviršiaus šiurkštumas (Ra didesnis arba lygus 6,3 μm) negali atitikti pasroviui keliamų reikalavimų. Todėl juos reikia toliau apdoroti „šalto tempimo / šalto valcavimo“ būdu:
Tarpinis minkštinimas: prieš apdorojant šaltuoju būdu karštai valcuotus strypus reikia atkaitinti vakuuminėje aplinkoje 1000–1200 laipsnių temperatūroje (laikant 2–4 valandas), kad būtų pašalintas ankstesnio apdorojimo sukeltas sukietėjimas ir atkurtas plastiškumas;
Šaltasis tempimas: po atkaitinimo strypas praleidžiamas per deimantinę formą (kurios formos angos skersmuo yra šiek tiek mažesnis už strypo skersmenį), o tempimo mašina naudojama įtempimui kambario temperatūroje, kad strypas praeitų pro formos angą ir palaipsniui sumažintų skersmenį iki tikslinio dydžio (pavyzdžiui, elektroninių -klasės strypų skersmuo turi būti mažesnis nei ±0 mm arba lygus accuracy kaip ±0 mm);
Keli pravažiavimai: dėl didelio tantalo sukietėjimo apdorojimo metu kiekvieno praėjimo deformacijos dydis turi būti kontroliuojamas 10 %-20 %. Šis procesas turi būti kartojamas „atkaitinimas – piešimas“ 3–5 kartus, kad galiausiai būtų pasiektas tikslinis dydis ir paviršiaus šiurkštumas (Ra Mažiau arba lygus 0,8 μm).
Iššūkiai: šaltojo tempimo formoms reikalingas itin didelis kietumas (pagamintas iš deimantų arba kubinio boro nitrido), o tai brangu; reikia tiksliai apskaičiuoti kiekvieno praėjimo deformacijos dydį; kitu atveju strypas gali „pasikreipti“ arba turėti paviršiaus įtrūkimų.

Tolesnėse pramonės šakose (pvz., sveikatos priežiūros, aviacijos ir kosmoso srityse) taikomi pritaikyti tantalo lydinio strypų mechaninių savybių (stiprumo, kietumo) ir atsparumo korozijai reikalavimai. Būtinas tolesnis optimizavimas naudojant apdailą ir terminį apdorojimą:
Apdailos apdorojimas: padidinkite matmenų tikslumą ir paviršiaus švarumą
Šlifavimas be centro: atlikite becentrį strypo šlifavimą po šaltojo tempimo, kad sureguliuotumėte skersmens tikslumą ±0,01 mm tikslumu ir sumažintumėte paviršiaus šiurkštumą iki Ra Mažiau nei 0,4 μm arba jam lygų;
Valymas ir pasyvavimas: nuvalykite strypo paviršių azoto rūgšties ir fluoro rūgšties mišiniu, kad pašalintumėte likusius alyvos ir oksido sluoksnius ir suformuotumėte tankią oksido plėvelę (Ta2O₅), kad pagerintumėte atsparumą korozijai;
Pjovimas ir tiesinimas: Nupjaukite ilgą strypą iki nurodyto ilgio (pvz., 1–3 m) pagal kliento reikalavimus ir pašalinkite lenkimą tiesinimo mašina, kad būtų užtikrintas tiesumas Mažesnis arba lygus 0,1 mm/m.
Individualus terminis apdorojimas: sureguliuokite mechanines savybes
Tirpalo apdorojimas: tantalo lydinio strypus (pvz., Ta-Nb lydinį) pašildykite vakuuminėje aplinkoje 1500–1800 laipsnių temperatūroje ir greitai atvėsinkite, kad lydinio elementai būtų homogenizuoti ir padidintų stiprumą;
Senėjimo apdorojimas: kai kuriuos lydinius (pvz., Ta-W lydinį) reikia palaikyti 800-1000 laipsnių temperatūroje 10–15 valandų, kad nusodintų antrosios fazės dalelės ir dar labiau padidėtų kietumas (iki HV 300 ar daugiau);
Atkaitinimas žemoje-temperatūroje: elektroninį -klasės tantalo strypą reikia atkaitinti 600–800 laipsnių kampu, kad būtų pašalintas vidinis įtempis ir sumažinta savitoji varža (užtikrinti, kad varža būtų mažesnė arba lygi 13 μΩ・cm, atitinkanti kondensatorių reikalavimus).
Iššūkiai: terminio apdorojimo parametrai turi būti tiksliai suderinti su lydinio sudėtimi ir tolesniais reikalavimais (pavyzdžiui, tantalo strypai medicininiams implantams turi būti mažo kietumo ir didelio atsparumo, todėl reikia sumažinti atkaitinimo temperatūrą; aviacijos ir kosmoso -klasės strypams reikia didelio kietumo, todėl senėjimo temperatūrą reikia padidinti).

IV. Kokybės tikrinimo etapas: Griežtai kontroliuokite visą procesą, kad pašalintumėte defektus

Tantalo ir tantalo lydinio strypų panaudojimas dažnai apima „pagrindinius komponentus“ (pvz., orlaivių variklio mentes, širdies stentus), o dėl nekokybiškos kokybės gali įvykti rimtos saugos avarijos. Todėl patikrinimo etapas apima visą procesą ir turi itin aukštus standartus:
Komponentų tikrinimas: naudokite ICP{0}}MS (induktyviai susietos plazmos masės spektrometriją), kad aptiktumėte priemaišų turinį ir įsitikintumėte, kad grynumas atitinka standartus (pvz., bendras elektroninių -klasės tantalo strypų priemaišų kiekis turi būti mažesnis arba lygus 10 ppm);
Mechaninio veikimo bandymas: mėginys, skirtas tempimo bandymams (tempimo stipriui, takumo ribai, pailgėjimo koeficientui nustatyti), kietumo bandymams (HV arba HRC), siekiant užtikrinti, kad būtų laikomasi klientų reikalavimų (pvz., medicininės -klasės tantalo strypų pailgėjimo greitis turi būti didesnis nei 20 %);
Neardomasis bandymas: naudokite ultragarsinį defektų aptikimą (vidiniams įtrūkimams ir poroms aptikti), sūkurinės srovės defektų aptikimą (paviršiaus defektams aptikti), kad įsitikintumėte, jog strypai neturi vidinių ar paviršiaus defektų;

Matmenų ir paviršiaus tikrinimas: skersmens tikslumui nustatyti naudokite lazerinį skersmens matavimo prietaisą, Ra vertei aptikti naudokite paviršiaus šiurkštumo matavimo prietaisą, o grūdelių dydžiui stebėti naudokite metalografinį mikroskopą (siekdami užtikrinti, kad grūdeliai būtų vienodi ir nebūtų nenormalaus augimo).
Pagrindinė sudėtingo tantalo ir tantalo lydinio strypų gamybos proceso priežastis
Tantalo ir tantalo lydinio strypų gamybos procesas yra sudėtingas, iš esmės nulemtas „medžiagos charakteristikų“ ir „taikymo reikalavimų“:
Medžiagos charakteristikų apribojimas: dėl aukštos tantalo lydymosi temperatūros, didelio cheminio aktyvumo ir lengvo sukietėjimo darbe kiekvienam procesui (pvz., sukepinimo, karšto apdorojimo, šaltojo tempimo) reikia specialios įrangos (vakuuminių krosnių, aukštos{0}temperatūros valcavimo staklių, deimantų formų) ir griežtos aplinkos kontrolės (apsauga nuo inertinių dujų, didelis vakuumas);
Itin griežti vartotojų reikalavimai: elektronikos pramonei reikalingas didelis grynumas (5N klasė), maža savitoji varža, medicinos pramonei reikalingas didelis biologinis suderinamumas ir nėra priemaišų, aviacijos ir kosmoso pramonė reikalauja didelio kietumo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Dėl šių reikalavimų procesas turi būti tobulinamas (pvz., keli atkaitinimo procesai, pritaikytas terminis apdorojimas, viso -proceso neardomasis bandymas).
Todėl tantalo ir tantalo lydinio strypų gamybai reikalingas itin didelis techninis akumuliavimas (pavyzdžiui, proceso parametrų optimizavimas), investicijos į įrangą (vienos gamybos linijos investicijos viršija 100 mln. juanių), kokybės kontrolės galimybės. Visame pasaulyje yra nedaug įmonių, turinčių brandžių gamybos pajėgumų (pvz., „Cabot“ Jungtinėse Amerikos Valstijose, „Dongfang Tantalum“ Kinijoje), o tai dar labiau įrodo proceso sudėtingumą.

Populiarus Žymos: tantalo ir tantalo lydinio strypai, Kinijos tantalo ir tantalo lydinio strypų gamintojai, tiekėjai, gamykla