Tantal zeichnet sich durch außergewöhnliche chemische Stabilität aus und ist hochbeständig gegenüber verschiedenen starken Säuren, starken Laugen und Königswasser. Es behält seine Stabilität auch bei hohen Temperaturen. Dies verleiht Tantalrohre einen einzigartigen Vorteil in der Chemie, Medizin und anderen Bereichen, in denen Kontakt mit korrosiven Substanzen erforderlich ist.
Hoher Schmelzpunkt: Tantal besitzt einen Schmelzpunkt von bis zu 2996 °C, was zu einer ausgezeichneten Hochtemperaturbeständigkeit führt. Es kann über längere Zeiträume in Hochtemperaturumgebungen stabil betrieben werden und eignet sich daher für die Luft- und Raumfahrt, die Elektronik und andere Bereiche mit hohen Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit.
Mittlere Härte und Duktilität: Dank seiner mittleren Härte lässt sich Tantal zu feinen Drähten ziehen oder zu dünnen Folien verarbeiten. Diese Eigenschaft ermöglicht es Tantalrohren, während der Verarbeitung Form und Maßgenauigkeit beizubehalten und erleichtert so verschiedene Umform- und Fügevorgänge. Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient: Diese Eigenschaft führt zu minimalen Maßänderungen von Tantalrohren bei unterschiedlichen Temperaturen und trägt so zu einer stabilen Leistung in Anwendungen bei, die hohe Maßgenauigkeit erfordern, wie z. B. Präzisionsinstrumente und elektronische Geräte. Herstellungsverfahren: Pulvermetallurgisches Tantalpulver wird gepresst und gesintert und anschließend zu Rohren gewalzt oder gestreckt. Hochreine Tantalblöcke werden durch Elektronenstrahlschmelzen extrudiert und zu Rohren gezogen. Oberflächenbehandlungen wie Polieren oder Beizen verbessern die Korrosionsbeständigkeit und die Oberflächengüte. Tantalrohre erfahren bei Kaltumformprozessen wie Walzen oder Ziehen eine Kaltverfestigung. Vor der Weiterverarbeitung ist in der Regel eine Glühung bei 1000–1200 °C erforderlich, um innere Spannungen abzubauen, die Verarbeitbarkeit des Rohrs wiederherzustellen und weitere Bearbeitungsschritte wie Durchmesser- und Wandstärkenreduzierung zu ermöglichen, um die gewünschten Abmessungen zu erreichen. Fertige Tantalrohre befinden sich meist in einem weichen oder halbharten Zustand und müssen vor dem Einsatz entweder vollständig zur Rekristallisation oder unvollständig geglüht werden, um innere Spannungen abzubauen. Da Tantal bei hohen Temperaturen stark chemisch reaktiv ist, reagiert es mit Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und anderen gasförmigen Bestandteilen der Luft oder der erhitzten Atmosphäre sowie mit Prozessschmierstoffen und Ölen auf der Rohroberfläche. Dies führt zur Absorption von Gasen oder Oxidation der Tantalrohroberfläche und beeinträchtigt deren Leistungsfähigkeit. Laut aktueller Literatur wurde das Glühen von Tantalrohren sowohl international als auch national lange Zeit in herkömmlichen Vakuumglühöfen durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird Widerstandsheizung eingesetzt, die auf Strahlungswärmeübertragung basiert. Dies führt zu einer langsamen Erwärmung, wodurch die im Tantalgitter gespeicherte Verformungsenergie allmählich abnimmt und die Keimbildungsfähigkeit für die Rekristallisation geschwächt wird. Die geglühten Körner sind relativ grob, und die langsame Abkühlgeschwindigkeit trägt zusätzlich zum Kornwachstum während der Abkühlung bei. Dies führt zu einer relativ geringen Festigkeit und Plastizität des Produkts.
Tantal besitzt einen sehr hohen Schmelzpunkt, und seine Rekristallisationsglühtemperatur ist entsprechend hoch. Herkömmliche Vakuumglühöfen stoßen aufgrund der Materialeigenschaften an ihre Grenzen, was zu einer relativ niedrigen Temperaturgrenze führt. Selbst mit extrem verlängerten Haltezeiten ist es schwierig, die gewünschte Rekristallisationsglühtemperatur für hochschmelzendes Tantal zu erreichen. Mit herkömmlicher Vakuumglühung erzielt das Tantalrohr eine Zugfestigkeit von 210 MPa, eine Streckgrenze von 140 MPa und eine Bruchdehnung von 25 %.
Die Glühung erfolgt in einem Vakuum-Induktionsglühofen: Ein automatisches Förderband transportiert das Tantalrohr mit einer Geschwindigkeit von 10–50 cm/min durch den Induktionsspulen-Heizbereich des Ofens. Der Heizbereich muss innerhalb von 3–5 Sekunden die Rekristallisationstemperatur des Tantalrohrs (1300–1600 °C) erreichen. Die hitzebeständige Hülse mit dem Tantalrohr durchläuft kontinuierlich den Heizabschnitt der Induktionsspule, wodurch eine stufenförmige Temperaturverteilung entlang der gesamten axialen Richtung des Rohrs entsteht.
Unter dieser Temperaturverteilung ist die Kristallstruktur des Rohrs gleichmäßig in axialer Richtung verteilt. Neue Kristallkeime, die sich während des Erholungsprozesses ohne Gitterverzerrung bilden, neigen weniger zur Aggregation und Rekristallisation, wodurch das Kornwachstum verhindert wird. Anschließend erfolgt eine schnelle Abkühlung im Vakuum-Induktionsglühofen: Die aus dem Heizabschnitt austretende hitzebeständige Hülse mit dem Tantalrohr wird gleichmäßig in den Kühlwassermantel des Kühlabschnitts eingeführt und dort schnell abgekühlt. Das Tantalrohr kühlt innerhalb von 1–2 Minuten auf 300–600 °C ab, woraufhin der Vakuum-Induktionsglühofen die Heizung stoppt. Das Rohr kühlt dann auf Raumtemperatur ab.
Das Tantalrohr tritt durch die Induktionsspule in den Induktionsofen ein und wird gleichzeitig und kontinuierlich schnell abgekühlt. Das wichtigste technische Merkmal dieser Erfindung ist, dass sowohl das Erhitzen als auch das schnelle Abkühlen des Tantalrohrs innerhalb des Induktionsglühofens erfolgen.
