Tantal - für Kondensatoren und Trauringe

Leistungsfähige Kondensatoren aus Tantal sind bekannt und geschätzt. Aber Trauringe aus Tantal? Das ist neu, vielleicht sogar überraschend und sicher außergewöhnlich.

Tantal ist zwar kein Edelmetall, durch seine vorteilhaften Eigenschaften doch sehr wertvoll. Sie ermöglichen Tantal für extrem kleine Kondensatoren zu verwenden, die lange halten und wenig Strom verbrauchen. Das Metall wird immer beliebter in vielen verschiedenen Bereichen.

Tantal hat das chemische Symbol Ta und ist duktiles, graphitgraues, glänzendes Übergangsmetall. Wie bereits erwähnt wird Tantal vorwiegend für Kondensatoren mit hoher Kapazität bei gleichzeitig geringer Größe verwendet. Da das Metall ungiftig und in Bezug auf Körperflüssigkeiten inert ist, wird es auch für Implantate, etwa für Knochennägel, eingesetzt.

Tantal ist mit seiner sehr hohen Schmelztemperatur von 3017°C hitzebeständig, dazu ist es auch leicht zu walzen, zu schweißen und zu schmieden. Es lässt sich polieren und sich bereits in kaltem Zustand verformen, besitzt auch eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Dadurch gehört es zu wichtigsten Veredler bei der Produktion von hochfesten und hitzebeständigen Stählen.

                                             Abb.1 Anwendungsbespiele für Tantal a) Kondensatoren, b) Trauring

Tantal gehört zu den seltensten Metallen unserer Erde. Es ist weitaus seltener als Gold und sogar seltener als Platin. Das Element wurde 1802 von Anders Gustav Ekeberg sowohl in einem Tantalit-Erz aus Kimito in Finnland als auch in Yttererde aus Ytterby in Schweden gefunden. Er trennte ein sehr beständiges Oxid (Tantal(V)-oxid) ab, das sich in keiner Säure löste. Diese Unfähigkeit Säure aufzunehmen veranlasste Ekeberg in Anspielung auf die mythologische Figur des Tantalos das Metall Tantal zu nennen.

Etwas früher, im Jahr 1801, fand Charles Hatchett in einem Erz aus Massachusetts ein ihm unbekanntes Element, das er „Columbium“ nannte. Heinrich Rose untersuchte die Erze genauer. Ihm gelang es 1844 zu beweisen, dass es in den Erzen der Columbit-Tantalit-Mischkristallreihe zwei unterschiedliche Elemente gibt. Er benannte das leichtere, im Mineral Columbit vorkommende Element nach Niobe, der Tochter des Tantalos, Niob. 

Nach der Entdeckung des neuen Elements wurde von verschiedenen Chemikern versucht, Tantal auch elementar darzustellen. Der erste, der reines, duktiles Tantal herstellen konnte, war Werner von Bolton 1903. Er erreichte dies durch Reduktion der glühenden Oxide im Vakuum sowie durch Schmelzen von unreinem Tantalmetall im Vakuum und elektrischem Flammenbogen. 

Da in den zur Tantalgewinnung verwendeten Erzen Tantal und Niob immer zusammen vorliegen, müssen sie für eine Gewinnung der Reinmetalle getrennt werden. Dies wird durch die große Ähnlichkeit der beiden Elemente erschwert. Zu den wichtigsten Tantal-Minerale gehört Coltan, das durch Kinderarbeit im Bergbau in Kongo zu einer traurigen Berühmtheit gelangte.

Die erste Anwendung des neuen Elementes war als Glühfaden in Glühlampen. Der Grund für den Wechsel vom vorher verwendeten Osmium zu Tantal lag darin, dass es leichter zu verarbeiten ist und eine höhere mögliche Nutztemperatur bis zu 2300 °C besitzt. 

Die leistungsstarken Kondensatoren aus Tantal oder Tantaloxid sind in der Elektronik unentbehrlich. Ein Tantal-Elektrolytkondensator, auch Tantal-Elko genannt, hat eine der höchsten Energiedichten aller Kondensatortypen. Seine Anodenelektrode besteht aus Tantal, auf dem durch anodische Oxidation eine gleichmäßige, dielektrische Schicht aus Tantalpentoxid erzeugt wurde. Ein flüssiger oder fester Elektrolyt bildet die Kathode des Kondensators. Tantal-Elektrolytkondensatoren kennt man hauptsächlich als Kondensatoren in Tropfenform (Abb. 1a) mit radialen Anschlüssen.

Tantalkondensatoren haben mehrere Vorteile gegenüber anderen: Sie sind klein, leistungsstark und eignen sich für hohe Frequenzbereiche. Digitale Schaltungen produzieren hochfrequentes elektrisches Rauschen, die von einer Schaltung auf die andere übertagen werden kann. Tantalkondensatoren absorbieren und dämpfen dieses Rauschen besonders gut. 

Im Schmuckbereich fasziniert beim Tantal das Grobe, das Rohe, das Ungezähmte, was die Stärke des dunklen Materials symbolisiert, und seine gleichzeitige Eleganz. Das zusammen verleiht dem ungewöhnlichen Schmuckmaterial eine geradezu geheimnisvolle Ausstrahlung. Durch die Kombination mit verschiedenen Edelmetallen, Diamanten (Abb. 1b) oder Edelsteinen entstehen unglaublich kontrastreiche und schöne Kompositionen.<<