Техника - молодёжи 1944-09, страница 26

Р. НИ ЛЕН ДЕР, главный инженер завода, кандидат технических наук

И. С УЗДА ЛЬ ЦЕВ, инженер завода

Не так давно слово «тантал» для многих было лишь пустым звуком. Хотя так-тал и обнаружен уже полтораста лет назад, но даже для специалистов этот металл оставался просто элементом, занимающим определенное место в периодической таблице Менделеева. Понадобилось его лет, чтобы выделить тантал в значительном количестве, и только менее четверти века прошло с тех пор, как он начал приобретать промышленное значение.

Причиной такого позднего признания практической ценности тантала было незнание его свойств и трудность получения его из руд.

Первые попытки производства и применения тантала относятся к началу XX века, когда пытались изготовлять из танталовой 'проволоки накаливающиеся нити в осветительных электролампах. Однако тантал не получил широкого применения для этой цели вследствие несовершенства методов его производства и был заменен более «тугоплавким металлом — вольфрамом.

Внимание работников техники было вновь привлечено', к танталу лет 25 тому назад, когда его применили в выпрямителях радиобатарей. Погруженный в раствор соответствующего электролита, тантал покрывается чрезвычайно устойчивой окисной, так называемой «анодной» пленкой, свободно пропускающей переменный ток от раствора к танталу, но «запирающей» ему путь в- обратном 'направлении; Таким образом, переменный ток выпрямляется, го есть превращается в постоянный.

Электрические конденсаторы из тантала обладают самой высокой эффективностью, Особенно ценно их свойство самовосстанавливаться. Если при высоком напряжении поверхность конденсатора пробивается искрой, в месте пробоя немедленно обра-зуется- изолирующая пленка, и конденсатор продолжает работать.

В радиотехнике используют также другую интересную способность тантала — жадно поглощать газы при высокой температуре. С какой бы тщательностью ни производилось откачивание воздуха из баллона радиолампы, небольшие количества газов, поглощенные внутренней поверхностью стекла или отдельных деталей, остаются после запайки баллона. Свойство тантала поглощать эти газы способствует сохранению вакуума в радиолампах.

Интерес представляет также высокая рассеивающая способность тантала, благодаря чему аноды, изготовляемые из этого металла, не накаливаются. Такие аноды применяются в радиолампах, особенно в аппаратах военной радиосвязи.

Большая химическая стойкость делает тантал ценнейшим материалом для химического машиностроения. Большинство органических кислот, солей, газов, спиртов, альдегидов, кетонов, эфиров и т п.

вовсе не действует на тантал. Высокая же прочность тантала позволяет применять тонкостенную аппаратуру из этого металла даже при значительных давлениях. Например, стенки толщиной 0,4—0,5 мм выдерживают давление ТО кг на 1 см². Примером высокоэффективного применения тантала в химической -промышленности может служить компактная танталовая установка для поглощения хлористоводородного газа, которая заменяет существующие громоздкие системы. Такая установка не требует специального изолированного помещения, так как не пропускает наружу вредных паров и газов.

Однако, прежде чем использовать тантал для изготовления того или иного оборудования или детали, необходимо его получить из руды.

Одной из основных особенностей тантала является то, что механическую обработку давлением (ковку,. прокатку, волочение) можно производить лишь с химически чистым металлом. Поэтому необходимо предварительно провести тщательную очистку исходных полуфабрикатов, служащих для выделения из них тантала.

С другой стороны, высокая температура плавления тантала делает невозможной его получение обычными, принятыми в металлургии методами плавления или восстановления.

Исходным, сырьем для получения тантала служат таяталовые рудьг: танталит, колумбит и др, Руды эти содержат до 15%. ниобия. Это обстоятельство является серьезным препятствием для получения, чистого тантала, так как отделение его от ниобия чрезвычайно трудно вследствие близости химических свойств этих металлов.

Танталосодержащие руды дробят на шаровых мельницах и сплавляют с каустической содой в чугунных котелках, подогреваемых до температуры 850—900°. Полученный «сплав выщелачивают горячей водой. При этом удаляются растворимые в воде примеси (окислы кремния, алюминия, олова, вольфрама и др.). Тантал же и ниобий образуют вместе с некоторыми другими металлами нерастворимые в воде натриевые соли.

Эти соли обрабатываю!' соляной кислотой, в которой растворяются соединения железа, марганца и кальция. Соли же тантала и ниобия превращаются при этом в лятиокиси, которые затем уже растворяют в плавиковой (фтористоводородной) кислоте и вновь осаждают хлористым калием. При этом выпадают кристаллы фтортанталата и фторниобата калия,

Для использования в электропромышленности нет необходимости разделять эти металлы, так как их сплавы по своим свойствам не отличаются от чистого тантала. Однако если необходимо отделить тантал от ниобия, то при обработке пятиокиси этих металлов плавиковой кислотой процесс ведут таким образом, чтобы образующийся труднорастворимый фтортанталат калия- отделялся от легкорастворямого фторниобата. Таким образом, удается отделите тантал от ниобия.

Очищенные вторичной кристаллизацией фтортанталат и фторниобат промывают и сушат.

Теперь конечный полуфабрикат, очищенный от всех посторонних примесей, надо превратить в металл. Для этого в конические железные тигли загружают слоями кристаллы фтортанталата и кусочки метал

лического натрия. Сверху помещают защитный слой хлористого калия, предохраняющий натрий от сгорания, и подогревают тигли паяльной лампой. Прогрев достаточно произвести где-нибудь в одном месте. Далее реакция восстановления протекает сама, с большим выделением тепла.

Затем сплавленную массу, состоящую из порошка металлического тантала (или сплава тантала с ниобием) и фтористых солей, выбивают из тигля и промывают сначала холодной, затем- теплой водой. Промытый порошок обрабатывают соляной кислотой для удаления загрязняющих примесей и сушат в сушильном шкафу. Этим завершают первый цикл процесса.

Второй цикл начинается прессованием порошка в призматические бруски (600 X 20X20 мм) прямоугольного сечения— «штабики», которое производят на гидравлических прессах под давлением- 500 ат-

Для большей прочности штабиков к очищенному порошку примешивают некоторое количество порошка, полученного из металлических отходов .тантала.

Спрессованные штабики помещаются в печь, где при постоянном подъеме температуры до 1500° С и непрерывном откачивании выделяющихся газов штабики спекаются. Спекшиеся стержни зажимают в специальные электроды (щипцы) сварочных аппаратов и пропускают через них постепенно увеличивающийся ток. При повышении температуры до 2750° все газы, в том числе и жадно поглощаемый танталом водород, улетучиваются, а остающийся порошок сваривается в компактный, но пористый брусок.

Такой брусок применяют для изготовления конденсаторов, где требуется пористый металл.

Вакуумная печь для спекания порошкообразного ram ала,

Если же тантал предназначен для других целей, брусок для устранения пористости подвергают проковке и двукратному отжигу на том же сварочном аппарате. Процесс сварки и отжига производят при непрерывном удалении отходящих газов с помощью мощного ртутного вакуумного насоса.

Полученные бруски плотного металла идут уже непосредственно на механическую обработку. Тантал представляет собой металл серого цвета с температурой плавления 2850°, удельный вес его 18,6. Чистый тантал при комнатной температуре очень тягуч; поэтому его подвергают обработке на холоде.

Тантал можно прокатывать на холоде из крупного бруска до самой тонкой жести (0,01 мм) без промежуточного- отжига. Однако танталовая. нить из неотожженно-го металла легко рвется и может быть вытянута только до диаметра не менее 0,1 мм.