钽铯等稀有金属在电子领域应用PPT课件.ppt

创发金属材料 金属钽的应用 1 钽金属 金属钽于1802年由瑞典化学家AG Ekeberg发现 1922年在美国扇钢公司进行工业化规模生产 钽和钽合金具有高密度 高熔点 耐蚀 优异的高温强度 良好的加工性 可焊性及低的塑 脆转变温度 优异的动态力学性能及经氧化处理后表面形成致密 稳定 高介电常数的无定形氧化膜等特点而被广泛应用于电子 化工 航空航天 武器等领域 在钽及钽合金材研究方面 美 俄等国的研究较为深入 主要涉及合金密度 动态力学性能 抗氧化 抗腐蚀和高温蠕变等方面的内容20 世纪 50 70年代 美 苏间军备竞争大大促进了钽及钽合金的发展 特别是核动力系统用ta w Ta w Hf Ta w Hf Re C等系列合金70 年代后 由于美 苏财政紧张等原因 钽及钽合金的研究步伐放慢 但中国加快了在此领域的研究步伐 80年代后期至今 美 俄等国钽及钽合金的研究又逐渐活跃起来 主要包括抗氧化的ta ti合金 武器系统用Ta和Ta w合金 2 我国钽的现状分布 钽 Ta2O5 总保有储量为8 4万吨 居世界首位 钽分布于13个省 区 的92个矿区 江西钽矿最丰富 内蒙古 广东次之 三省合计占全国储量72 5 以江西宜春铌钽矿 内蒙古白云鄂博铌钽矿 我国所规定的钽铌矿床储量计算的最低工业品位指标为 Nb Ta 2O5 0 016 0 028 我国大部分钽铌矿床品位都接近或略高于最低工业品位指标 Ta2O5品位超过0 02 的几乎没有 而Nb2O5品位超过0 1 的也只有几个碳酸岩类型的矿床 其他类型矿床Nb2O5品位均在0 02 左右 3 近期 全世界范围内工业化的进程与美元的贬值加速了金属 非金属等资源价格的大幅上涨 稀有金属市场需求进一步加大 钽 铌 等高新技术产品的研发和生产进入了一个新的增长时期 在国内同行业中第一个被 国际钽铌研究中心 TIC 接纳为成员 国家科技部认定的国家级重点高新技术企业的宁夏东方有色金属集团 在其34个系列产品中 占有23个品种属新材料领域的高新技术产品 钽粉 钽丝分别占世界20 和45 的市场份额 同时也是我国国防 核能 宇航 电子 冶金和化工等高新技术领域极为重要的新材料供应基地 代表着我国稀有金属工业正在走向一个新的转折点 钽的熔点高 发射电子能力强 并具有吸气能力 所以可以作电子管及其它电真空器件之用 如用钽作电子管的阳极 栅极和旁热阴极等受热元件 尤其是用作大功率振荡管的元件 有时也用铌钽合金或金属铌代替金属钽使用 固体电解质的钽电容器 体积小 容量大 绝缘电阻大 可在 80 到200 的温度范围内使用 微型钽电容器广泛用于无线电发射台 雷达电子计算机等设备中 用钽作电解电容器和整流器 当阳极氧化时 能形成稳定的氧化膜 此氧化膜在酸性电解质中稳定 并且只允许电流单向从电解质到金属方向流动 在逆方向上Ta2O5膜的比电阻非常大 7 5x1012 cm 介电常数 11 6 也可以用含5 15 Nb的铌钽合金或金属铌作电容器 但钽比铌能耐更高的电压和具有较少的剩余电流 4 我国铌钽的生产现状 我国主要钽铌矿山概况表 5 我国主要铌钽冶炼厂有 宁夏有色金属冶炼厂 东方有色 西北稀有金属材料研究院 株洲硬质合金厂 九江有色金属冶炼厂 广西栗木有色金属公司 广东从化钽铌冶炼厂钽铌冶炼 加工工艺不断创新 如 湿法冶炼 矿浆萃取 火法分解 低酸萃取 离线分析 在线分析及微机监控 氟钽酸钾冷结晶 连续喷射沉淀生产低氟Ta2O5 Nb2O5的工艺 过氧化沉淀生产高纯Ta2O5 Nb2O5等 铌钽产品主要有 钽粉 铌粉 钽丝 锭 棒 板 管 片 等 钽在市场应用的份额 6 金属钽主要应用于电子工业 全球约有60 65 的钽用于钽电容器 钽电容器体积小 容量大 可靠性高 寿命长 耐压性能好 功能稳定 且能在其他电容器如铌电容器 陶瓷电容器不能满足的苛刻条件下正常工作 因此其在通讯 计算机集成电路 汽车电子控制系统 数码电器等方面得到了极为广泛的应用 近年来世界钽电容器的发展以每年约20 的速度递增 钽现实生活中应用领域 7 钽应用领域 主要电子工业 金属钽表面生成的致密氧化膜 具有单向导电的阀金属性质 适合生产高可靠 长寿命的电容器 广泛用于军事设备和高技术领域如导弹 雷达 电视机 电子计算机 手机等 到2000年世界就生产了钽电容器240亿支 四 石油 化学工业 铌和钽具有高度耐蚀性 良好的强度和加工塑性 因而是化工设备的优良结构材料 多用于无机酸生产 硝酸 硫酸 盐酸 石油炼制等设备中 二 航天航空工业 铌和钽的热强合金具有良好热强性能 抗热性能和加工性能 广泛用于制造航空发动机的零部件 燃气轮机的叶片 在美国几乎所有喷气式战斗机的发动机的热部件都采用铌合金 三硬质合金 碳化钽硬度仅次于金刚石 是硬质合金的重要添加剂 碳化钽硬质合金广泛用于机械加工 汽车工业 石油地质钻探工具等方面 四 超导材料 一些铌合金和化合物具有较高的超导转变温度 用于各种工业超导体制造 如超导发电机 加速器大功率磁体 超导磁储能器 核磁共振成像设备等 五 医疗领域 钽和铌具有良地的生物相容性和抗生理腐蚀性 医疗上钽和铌用于制造接骨板 颅骨板骨螺钉 种植牙根 外科手术用具等 什么是钽电容 钽电容知识 钽电容的优点和缺点钽电容全称是钽电解电容 电容也属于电解电容的一种 使用金属钽做介质 不像普通电解电容那样使用电解液 钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸烧制 电阻本身几乎没有电感 但也限制了它的容量 此外 钽电容内部没有电解液 很适合在高温下工作 钽电容的特点是寿命长 电容器耐高温 准确度高 滤高频改波性能极好 不过容量较小 价格也比铝电容贵 而且耐电压及电流能力较弱 三极管它被应用于大容量滤波的地方 像CPU插槽附近就看到钽电容的身影 多同陶瓷电容 电解电容配合使用或是应用于电压 钽电容电流不大的地方 8 钽电容好的原因 固体钽电容器电性能优良 激光打标工作温度范围宽 而且形式多样 体积效率优异 具有其独特的特征 钽电容器的工作介质是在钽金属表面生成的一层极薄的五氧化二钽膜 此层氧化膜介质与组成电容器的一端极结合成一个整体 激光打标机不能单独存在 因此单位体积内所具有的电容量特别大 即比容量非常高 因此特别适宜于小型化 在钽电容器工作过程中 具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点所在的性能 剪板机使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力 而不致遭到连续的累积性破坏 这种独特自愈性能 保证了其长寿命和可靠性的优势 钽电容的特性 钽电容器具有非常高的工作电场强度 折弯机并较任何类型电容器都大 以此保证它的小型化 钽电容的特性 钽电容器可以非常方便地获得较大的电容量 在电源滤波 交流旁路等用途上少有竞争对手 shearingmachine钽电容的特性 钽电容器具有单向导电性 即所谓有 极性 应用时应按电源的正 负方向接入电流 电容器的阳极 正极 接电源 极 阴极 负极 接电源的 极如果接错不仅电容器发挥不了作用 而且漏电流很大 pressbrake短时间内芯子就会发热 破坏氧化膜随即失效 钽电容的特性 钽电容器工作电压有一定的上限平值 但这方面的缺点对配合晶体管或集成电路电源 是不重要的 9 电容的应用范围日益 crm钽电容器不仅在军事通讯 航天等领域应用 而且钽电容的应用范围还在向工业控制 影视设备 saas通讯仪表等产品中大量使用 我国主要生产企业生产量 10 中国钽铌工业已实现了 从小到大 从军到民 从内到外 的转变 形成了世界唯一的从采矿 冶炼 加工到应用的工业体系 高 中 低端产品全方位的进入了国际市场 中国成为世界钽冶炼加工第三强国 进世界钽铌工业大国的行列 钽还是提炼超强钢 耐蚀钢和耐热钢合金的重要元素 可以提供发展火箭 宇宙飞船 喷气飞机等空间技术必需的特殊材料 用钽和钨制成的无磁性合金广泛适用于电气工业 特别是钽和碳组成的碳化钽 具有极大的硬度 即使是高条件下和金钢石也不相上下 用它做成的车刀 可高速切削许多坚硬的合金 用它制成的各种钻头 可以替代最坚硬的合金或金钢石 因此 钽还被认为是冶炼中的 维生素 在现代医学中 钽同样可以发挥重要的作用 研究证明 钽不仅对人体没有任何损害 而且人体的肌肉还可以在上面生长 医学上称之谓生物相溶性 医生利用钽的这种特性 用来修补 封闭人体破碎了的头盖骨和四肢骨折的裂缝及缺损 同时 还可以将钽制成比头发丝还要细十分之一的细丝 用作内脏手术使用的缝合线 或者嵌入人造眼球 这种钽丝甚至可以替代肌腱和神经纤维 医学家用钽板制成人造耳朵 安装在头部之后 再从腿上移植皮肤 经过一段时间后 新移植的皮肤长得很好 使人几乎看不出是一只人造的钽耳朵 11 钽也是制作电子发射管 高功率电子管零件的材料 钽制的抗腐蚀设备用于生产强酸 溴 氨等化学工业 金属钽可作飞机发动机的燃烧室的结构材料 钽钨 钽钨铪 钽铪合金用作火箭 导弹和喷气发动机的耐热高强材料以及控制和调节装备的零件等 钽易加工成形 在高温真空炉中作支撑附件 热屏蔽 加热器和散热片等 钽可作骨科和外科手术材料 碳化钽用于制造硬质合金 钽的硼化物 硅化物和氮化物及其合金用作原子能工业中的释热元件和液态金