製品紹介
バー
ビーズと球体
ボルト＆ナット
坩堝
ディスク
繊維
映画
フレーク
フォーム
フォイル
顆粒
ハニカム
インク
ラミネート
しこり
メッシュ
メタライズド・フィルム
プレート
粉類
ロッド
シーツ
単結晶
スパッタリングターゲット
チューブ
洗濯機
ワイヤー
コンバータと計算機
私たちのために書く
純タンタルまたはタンタル・タングステン合金
高純度タンタルとは？
高純度タンタルとは、通常純度99.9％（3N）、重要な用途ではさらに高い99.99％以上（4N）のTaの金属を指します。この精製度では、タンタルは他の金属ではほとんど得られない特性を兼ね備えている。化学的に不活性で、生体適合性に加え、優れた耐食性を示し、環境と反応することなく、非常に高温で使用することができます。
高純度タンタルの最も特徴的な特性の一つは、化学的攻撃に対する耐性です。空気や水分に触れると、タンタル上に薄く緻密な酸化皮膜が形成され、天然のバリアとして機能します。この不動態皮膜は非常に安定しているため、タンタルは多くの条件下で塩酸、硝酸、さらにはアクアレギアのような攻撃的な酸に耐えることが可能です。そのため、高純度タンタルは、化学処理装置、熱交換器、反応容器など、汚染や腐食を許容できない量に使用されます。
機械的には、高純度タンタルは比較的柔らかく、特に延性がある。薄板への圧延、細線への伸線、複雑な形状への成形が割れずに可能です。優れた成形性は、タンタルが精密成形が必要な医療用インプラントや半導体製造ツールに好まれる理由の一つです。また、その延性は、ほとんどの耐火金属に比べて溶接や加工を大幅に簡素化します。
高純度タンタルは高温での加工性に優れ、融点は3000℃を超える。しかし、高熱に対する安定性は維持するものの、温度と加えられる応力が高くなるにつれて機械的強度が低下する。純タンタルは長時間の熱負荷でクリープを起こすことがあり、これは時間の経過とともにゆっくりと変形する可能性があることを意味する。この制限は、高温で持続的な機械的応力を必要とする用途に関連する。
言い換えれば、高純度タンタルは、過度の機械的強度よりも耐食性、清浄性、生体適合性が重要な場合に選択される材料です。
タンタル-タングステン合金はどうですか？
タンタル-タングステン合金は、タンタル本来の利点を維持しながら、純タンタルの機械的欠点を克服するために作られました。通常2.5重量％から10重量％の範囲で、タングステンの添加は、劇的に高い強度、改善された熱安定性、高温でのクリープに対するはるかに優れた抵抗でそれを強化する。
タングステンは、最も高密度で高融点の金属のひとつである。タンタルと組み合わせると、タングステン原子はタンタル格子に溶解し、金属構造内の転位の動きを妨げます。固溶によるこの強化効果は、純粋なタンタルでは軟化し始める高温での降伏強度と引張強度を増加させます。
タンタル-タングステン合金の非合金タンタルに対する主な利点の一つは、耐クリープ性です。航空宇宙部品、真空炉部品、原子力システムなどでは、材料は高温で一定の応力に長時間さらされます。このような条件下で、タンタル-タングステン合金は変形に強く、機械的特性を未合金のタンタルよりもはるかに良好に維持します。再結晶温度も高いため、長時間熱にさらされても合金の微細構造と強度が保たれます。
重要なことは、タングステンの添加はタンタルの耐食性を大きく損なわないということです。タンタル-タングステン合金は、多くの酸や攻撃的な化学的環境でも高い耐性を維持するため、最も過酷な化学的・熱的条件下でも適用が可能です。
トレードオフは加工性である。高純度タンタルと比較して、タンタル-タングステン合金は硬く、延性が低い。成形、機械加工、溶接には、より制御された条件、より大きな力、より高度な専門知識が必要とされる。このため、特に複雑な形状の場合、製造コストが高くなる可能性がある。しかし、高温での機械的信頼性が重要な場合は、このような課題も受け入れられ、期待されることが多い。
実際には、タンタル-タングステン合金は、構造/耐荷重用途に好まれ、純タンタルは、腐食が支配的な環境に好まれます。
比較データ表
|
特性 |
高純度タンタル |
タンタル-タングステン合金 (Ta-10W) |
|
標準純度 |
≥99.9%以上のTa |
~90% Ta / 10% W |
|
密度 (g/cm³) |
~16.6 |
~17.0 |
|
融点 (°C) |
3017 |
~3050 |
|
引張強さ (MPa) |
200-350 |
500-900 |
|
降伏強さ (MPa) |
140-280 |
400-700 |
|
伸び (%) |
25-40 |
10-20 |
|
弾性率 (GPa) |
~186 |
~200 |
|
再結晶温度 (°C) |
~1200 |
>1400 |
|
耐クリープ性 |
中程度 |
良好 |
|
耐食性 |
優秀 |
優れている |
|
加工難易度 |
低い |
中～高 |
詳しくはスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。
最終的な視点
高純度タンタルとタンタル-タングステン合金の選択は、どちらの材料が「より優れているか」という問題ではなく、特定の環境においてどちらがより適切であるかという問題である。高純度タンタルは、化学的に攻撃的で、汚染に敏感で、加工集約的な用途に最適です。タンタル-タングステン合金は、高温および/または機械的ストレスの条件下で、強度、安定性、および長期的な性能のために設計されています。
Chin Trento
