美国威斯康星大学麦迪逊分校工程师使用超音速冷喷涂技术，生产出一种新的核聚变“主力军”材料，可承受聚变反应堆内的恶劣条件。最近发表在《物理写作》杂志上的这一进展，有助于实现更高效的紧凑型聚变反应堆。

“吞吐氢气”材料可作核聚变防火墙

核聚变科学家正在迫切寻找一种经济的方式，以制造能在聚变反应堆中直面高温等离子体的部件。

在聚变装置中，等离子体(一种电离的氢气)被加热到极高的温度，等离子体中的原子核相互碰撞并融合。这种聚变过程产生能量。然而，一些氢离子可能被中和并从等离子体中逸出。这些氢中性粒子会在等离子体中造成功率损失，使维持高温等离子体和运行有效的小型聚变反应堆变得具有挑战性。这项研究首次证明，将冷喷涂技术用于聚变应用有好处。

钽是一种可以承受高温的金属，擅长捕获氢。研究人员使用冷喷涂工艺使不锈钢上沉积了一层钽。喷涂过程中，涂层材料颗粒以超音速的速度喷涂到不锈钢表面。撞击时，颗粒会像煎饼一样变平，覆盖整个表面，同时保留涂层颗粒之间的纳米级边界。研究人员发现，这些微小的边界有助于吞入氢粒子。

研究人员在与聚变反应堆相关的极端条件下测试了钽涂层，发现它表现得非常好。实验还发现，当材料加热到更高的温度时，钽涂层能在不改变自身的情况下吐出捕获的氢粒子。这一过程本质上可使材料再生，以便再次使用。

冷喷涂方法不仅提高了钽捕获氢离子的能力，还允许人们能在现场修复反应堆部件。

研究人员创造出一种耐火金属复合材料，它具有良好的氢气处理方式，以及耐腐蚀性和弹性，这是等离子体设备和聚变能源系统设计的突破。

钽元素是什么？如何诞生的？有什么用途？

钽是一种化学元素，原子序数为73，化学符号为Ta，是一种重金属，属于周期表中的过渡金属。钽是一种坚硬、耐腐蚀、耐高温金属，具有很高的密度和熔点。它在自然界中很少出现，通常与铌一起存在于某些矿石中，如钽铌矿和锡石。

“苦难中诞生”的金属

01 只有火柴头大的钽棒

非常有意思的是，1922年首次获得的工业用钽棒只有火柴头那么大，而现在生产的钽棒要比它大1000倍。

钽在地壳中的含量只有0.0002%。但是，迄今为止，在自然界发现的钽矿石却已有130多种。钽在矿石中总是和铌共生。钽的主要原料是钽铁矿和铌铁矿，这些矿床在非洲和南美洲都有发现。

02 兴趣大增

第二次世界大战以前,钽-铌矿石的年产量只有600-900吨，到1944年，就增加了好几倍。1940-1944年之间，单在美国，钽的产量就增加了11倍。对这种金属兴趣大增的原因是钽的许多有价值的性能在这一时期逐渐发现，各个工业部门的人们对其中每一种性能都很感兴趣。

钽是一种略呈蓝色的浅灰色金属，它的熔点(3000°C)仅低于钨和铼。钽具有高强度和高硬度，延展性也高。纯钽很容易进行各种机械加工，例如冲压、轧制(钽板可以轧薄至0.04毫米)和拉成细丝等。

03 王水岂能奈我何?

但是，钽最重要的性能是它具有极高的抗化学腐蚀性。在这方面,它仅次于贵金属,而且还不是在各种情况下都次于贵金属。即使在王水和浓硝酸这样有名的化学腐蚀剂中，钽也不溶解。在200℃高温下，将钽浸在70%的硝酸中，它根本就不腐蚀;在150℃的硫酸中也是一样。即便在200℃的硫酸中浸泡一年，钽的腐蚀损失也不超过0.006毫米。这种性能使钽成为化学工业中很有价值的结构材料。

盐酸、硫酸、硝酸、磷酸和醋酸等多种酸及过氧化氢、溴和氯 气等的生产，都采用钽制设备。有一家化学工厂用不锈钢设备生产氯化氢气，只工作了两个月就损坏了,后来用钽代替了不锈钢，设备中最薄部分(03~0.5毫米)的寿命也增加到二十年之久。氢氟 酸是唯一能使钽“投降”的腐蚀剂。

钽阴极可用于电解提炼金和银。尽管王水可以溶解金和银。但是对钽却不产生危害。

钽在工业上有很多用途

以下是一些主要用途：

电子行业：钽被广泛应用于电子行业，尤其是电容器制造中。钽电容器是一种高质量、高性能的电容器，其性能优于其它电容器。由于钽电容器具有体积小、重量轻、电容值大、频率特性好、损耗小等优点，因此广泛应用于电子器件中。

航空航天工业：钽具有高强度、高温稳定性、耐腐蚀性好等特点，因此在航空航天工业中得到广泛应用。钽在航空发动机喷气喉咙、导 弹、火箭、卫星等发射器件中都有应用。

化学工业：由于钽具有优异的抗腐蚀性，因此在化学工业中也得到广泛应用。钽被用于制造化学反应器、换热器、管道等设备。

医疗器械：钽在医疗器械中也得到广泛应用，如人工骨关节、牙科植入物等。钽具有高生物相容性和良好的机械强度，因此在医疗器械中被广泛使用。

其他行业：钽还被用于制造船舶、化肥、电子管等。

文章来源： 科技日报，悠闲肉丝，不白小知识