Das derzeit wichtigste und effektivste Verfahren zur Herstellung hochreiner Tantalbarren ist das Vakuum-Elektronenstrahlschmelzen. Dabei wird das Tantal-Rohmaterial unter Hochvakuum mit einem hochenergetischen Elektronenstrahl beschossen, wodurch es schmilzt und durch Abtropfen in einen wassergekühlten Kupfertiegel erstarrt. Der Reinigungsmechanismus dieses Prozesses ist entscheidend: die Tiefenentgasung. Gasförmige Verunreinigungen im metallischen Tantal (wie Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff) verdampfen und entweichen unter Vakuum und hoher Temperatur in großen Mengen und werden so effektiv entfernt.
Verdampfung metallischer Verunreinigungen: Während des Schmelzprozesses verdampfen und trennen sich aufgrund der hohen Temperatur auch metallische Verunreinigungen mit niedrigerem Schmelzpunkt (wie bestimmte Alkalimetalle). Verdichtung. Der Tantalblock weist nach der Verdichtung eine dichte Struktur mit deutlich reduzierten inneren Defekten (wie Lunker und Rissen) und einer Dichte von typischerweise über 16,5 g/cm³ auf (die theoretische Dichte von Tantal beträgt 16,65 g/cm³). Durch ein oder mehrere Elektronenstrahlschmelzverfahren (z. B. zwei Verfahren in unterschiedlicher Orientierung) lassen sich hochreine Tantalblöcke mit einer Reinheit von ≥ 99,995 % gewinnen. Der Gesamtgehalt der wichtigsten Verunreinigungen W, Mo und Nb kann unter 20 ppm gehalten werden, der Gehalt an gasförmigen Verunreinigungen liegt bei C ≤ 10 ppm, O ≤ 15 ppm, N ≤ 10 ppm und H ≤ 2 ppm. Das Unternehmen hat bahnbrechende Fortschritte und eine industrielle Integration im gesamten Produktionsprozess von hochreinem Tantalpulver, hochreinen Tantalbarren und 12-Zoll-Tantal-Targetrohlingen erzielt und damit die Fähigkeit zur Lieferung großer Mengen im Inland unter Beweis gestellt. Die Reinheit entspricht internationalem Standard: Der Reinheitsgrad des ultrareinen Tantal-Targetrohlings erreicht 5N9 (99,9999 %) und durchbricht damit ausländische Technologiebarrieren und Produktmonopole. Hauptanwendungsgebiete: Hochreine Tantalbarren sind kein Endprodukt, sondern werden üblicherweise zu wichtigen Industriekomponenten weiterverarbeitet, vorwiegend für Sputtertargets und -rohlinge für Halbleiterchips. Sie werden auch als Barriereschichtmaterialien in Kupferverbindungsprozessen eingesetzt, um die Diffusion von Kupfer in das Siliziumsubstrat zu verhindern, und sind wichtige Verbrauchsmaterialien bei der Herstellung von KI-Chips und 5G-Chips.
Hochreines Tantal kann als Diffusionsbarriereschicht oder Legierungszusatz bei der Herstellung von Tieftemperatur-Supraleiterdrähten wie NbTi/Cu verwendet werden. Es verhindert die Reaktion zwischen Kupfer und dem supraleitenden Kerndraht und gewährleistet so die supraleitenden Eigenschaften.
In Hochtemperaturlegierungen verbessert Tantal die Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit von Materialien signifikant und eignet sich daher für extreme Umgebungen wie Triebwerke in der Luft- und Raumfahrt. In anderen Bereichen wird es zum chemischen Korrosionsschutz und in Tantalkondensatoren eingesetzt, wo seine hervorragende Korrosionsbeständigkeit und seine elektrochemischen Eigenschaften genutzt werden.
Hochreine Tantalblöcke sind ein zentraler Werkstoff, der mittels Vakuum-Elektronenstrahlschmelzen hergestellt wird. Fortschritte in der heimischen Produktion sind von großer strategischer Bedeutung für die Sicherung der Halbleiterindustrie und die Förderung zukunftsweisender Bereiche wie Supraleitung und Hochtemperaturlegierungen. Hochreine Tantalblöcke werden hauptsächlich zu Sputtertargets für die Halbleiterfertigung verarbeitet. (Weitere Informationen zur heimischen Substitution von 12-Zoll-Tantal-Targetrohlingen finden Sie weiter unten.)
In der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich wird Tantal als Zusatzstoff bei der Herstellung von Hochtemperaturlegierungen oder direkt als Strukturwerkstoff eingesetzt. Es verbessert die Hochtemperaturbeständigkeit (Betriebstemperaturen über 1800 °C), die Korrosionsbeständigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit von Werkstoffen erheblich und eignet sich daher für Komponenten in extremen Umgebungen wie Triebwerks-Heißzonen, Raketendüsen und Raketenspitzen. Als wichtiges Additiv oder Barriereschichtmaterial wird es bei der Herstellung von Tieftemperatur-Supraleiterdrähten wie NbTi/Cu eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Leistung des supraleitenden Kerndrahts nicht durch Diffusion in der Kupfermatrix beeinträchtigt wird. Dies ist grundlegend für die Realisierung großer wissenschaftlicher Geräte wie MRT-Geräte und Teilchenbeschleuniger. Die Nachfrage ist stabil, die technischen Anforderungen jedoch hoch. Es findet auch Verwendung in der Herstellung von Tantal-Kondensatoren, chemisch korrosionsbeständigen Geräten und als Hartmetallzusatz. Dank seiner ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit, hohen Dielektrizitätskonstante und seines hohen Schmelzpunktes wird es in der Unterhaltungselektronik, der chemischen Industrie und im militärischen Bereich breit eingesetzt. Dies sind etablierte Anwendungsgebiete mit einem stabilen Markt. Tantal und Niob dominieren nicht nur den heimischen Markt, sondern erreichen auch einen internationalen Marktanteil von rund 40 %. Dies unterstreicht die starke Wettbewerbsfähigkeit hochreiner, in China hergestellter Tantalbarren auf dem Weltmarkt.
