Взаимодействие с танталом

Кислород с танталом, как и ниобий, образуют твердый раствор внедрения и ряд окислов — ТаО, ТаО₂ и Та₂Об. Растворимость кислорода в тантале при 1550° С составляет 3,7, при 1200° С—>2,9 и при 750° С—1,4% (ат.). При комнатной температуре содержание кислорода в твердом растворе не превышает 0,02% (по массе). С увеличением содержания кислорода в тантале в пределах твердого раствора наблюдается увеличение модуля упругости (со 180 до 198,4 ГПа) и возрастание прочности при одновременном уменьшении пластичности.

Вследствие уменьшения растворимости кислорода с понижением температуры происходит распад твердого раствора с образованием тонкой пленки моноокиси ТаО по границам зерен, что приводит к ослаблению межзеренной связи и к снижению пластичности металла. При содержании кислорода в тантале выше предела растворимости [3,7% (ат.)] имеет место образование межзеренных прослоек эвтектики Та — ТаО, которые также отрицательно влияют на способность тантала к пластической деформации. Поэтому допустимое содержание в тантале кислорода не должно превышать предела его растворимости при комнатной температуре 0,01—0,02% (по массе). При нагреве в среде, содержащей кислород, тантал, как и ниобий, заметно окисляется начиная с 200—300° С. На рис. 6 [12] показаны кинетические кривые окисления тантала при различных температурах.

Азот с танталом образует твердый раствор внедрения в широкой области концентраций. По данным работы [13], тантал при комнатной температуре растворяет 2% (ат.) азота, при 1000° С — 4, при 2300° С — 13%.

Границам зерен вызывают резкое снижение пластичности тантала. Поэтому азот в тантале является одной из наиболее вредных газовых примесей, и его допустимое содержание не должно превышать предела растворимости при комнатной температуре 0,05—0,1% (по массе).

Водород с танталом образует твердый раствор внеппения в гипоидную базу 6 (ТарН). имеющую гексагональную решетку. При нагревании тантала в присутствии водорода образуется гидрид Та₂Н, который способствует охрупчиванию тантала. Поэтому водород, как и азот, считается одной из наиболее вредных’ примесей в тантале, и содержание водорода допускается в пределах сотых долей процента.

Тантал, как и ниобий, обладает большой адсорбционной способностью по отношению к водороду и другим газам. С повышением температуры

В системе Та — N установлено существование четырех соединений азота с танталом: TaN_o,os (с о. ц. к. решеткой тантала), TaN (с плотноупакованной гексагональной решеткой), TaN₀,8-0,9 (с простой гексагональной решеткой) и TaN (с гексагональной решеткой с периодами: а = 0,52 нм, с=0,29 нм, с/а=0,561) [14]. Нитрид TaN образуется при 1000° С, но только в среде без кислорода; в присутствии кислорода образуются сложного состава оксинитриды тантала. Нитриды и оксинитриды тантала являются хрупкими фазами, и их выделения по адсорбционная способность тантала снижается и содержание адсорбированного водорода резко уменьшается. Сильное поглощение танталом водорода в области низких температур, по видимому, связано с образованием гидридной фазы. С повышением температуры гидрид-ная фаза неустойчива и диссоциирует с выделением водорода.

В работе [15] было показано, что компактный тантал или в виде порошка является весьма активным геттером и обладает способностью адсорбировать не только водород, но и азот, кислород, окись углерода и углекислый газ. При поглощении этих газов образуются различные соединения — нитриды, гидриды, окислы и карбиды. Ниже приведены условия работы танталовых геттербв в форме пластин, проволоки и порошка [15]:

Углерод мало растворим в твердом тантале и образует с ним два карбида: Та₂С и ТаС. Характер взаимодействия углерода с танталом виден на диаграмме состояния (рис. 7). По данным работы [16], твердый тантал растворяет около 3% (ат.) С, образуя твердый раствор внедрения. При этом период о. ц. к. решетки а тантала уменьшается от 0,3306 до 0,3303 нм.

Карбид Та₂С имеет гексагональную решетку с периодами: а = 0,31 нм, с=0,49 нм, а карбид ТаС — кубическую решетку с периодом а = 0,45 нм.

В присутствии уже малых количеств углерода по границам зерен образуются прослойки хрупких карбидов, что приводит к резкому снижению пластичности тантала.