铌粉

　　铌，化(huà)學符号Nb，是(shì)一(yī)種帶光(guāng)澤的(♥​de)灰色金(jīn)屬，具有(yǒu)順磁性，原子(zǐ)序數(shù)αβ&¥41，原子(zǐ)量92.90638，屬于元素周期表上(shàng)的(de)Ⅴ‌<B族。1801年(nián)英國(guó)C.哈切特從(cóng)铌鐵(t$✘iě)礦中分(fēn)離(lí)出一(yī)種新元素的(de)氧化(‌'huà)物(wù)，并命名該元素為(wèi)columb✘✔ium(中譯名钶)。熔點2468℃，沸點4742℃，密度8.5♠♣₽€7g/cm³。高(gāo)純度铌金€ ↓∑(jīn)屬的(de)延展性較高(gāo)，但(dàn)♦✔¥會(huì)随雜(zá)質含量的(de)增加而變硬。铌對(duì¥ )于熱(rè)中子(zǐ)的(de)捕獲截面很β (hěn)低(dī)，因此在核工(gōn¶÷←g)業(yè)上(shàng)有(yǒu)相(xiàng)當的(de)用(yòng)處。

　　铌在低(dī)溫狀态下(xià)會(huì)呈現(xiàn)超導體(tǐ)性質。在标β‌σ準大(dà)氣壓力下(xià)，它的(de)臨界溫度為(wèi)9.2K，是(shì)☆£所有(yǒu)單質超導體(tǐ)中最高(gā↕£∏o)的(de)。其磁穿透深度也(yě)是(shì)所有(yǒu)元素中最高(gāo)♦§₽的(de)。铌是(shì)三種單質第II類超導體(tǐ)之一(yī)，其他(tā)✘∞↔‍兩種分(fēn)别為(wèi)釩和(hé)锝。铌金(jīn)屬的(de)純γ₽度會(huì)大(dà)大(dà)影(yǐng)響其超導性質。铌對(duì)于熱(rè)中‌γ σ子(zǐ)的(de)捕獲截面很(hěn)低(dī)， ¶©因此在核工(gōng)業(yè)上(shàng)有(yǒ★​↕u)相(xiàng)當的(de)用(yòng)處。

　　室溫下(xià)铌在空(kōng)氣中穩定，在氧氣中紅(hóng)熱(rè)時(shí)也≠₩(yě)不(bù)被完全氧化(huà)，高(gāo)溫下(xià)與>✔硫、氮、碳直接化(huà)合，能(néng)與π"< 钛、锆、铪、鎢形成合金(jīn)。不(bù)與無機(jī)酸或堿作(zu≈≈ò)用(yòng)，也(yě)不(bù)溶于王水♠™(shuǐ)，但(dàn)可(kě)溶于氫氟酸。铌的(de)氧化(huà)态為(wèi<π♥)-1、+ 2、+3、+4和(hé)+5，其中以+5價化(£♥‍huà)合物(wù)最穩定。

　　铌金(jīn)屬室溫下(xià)在空(kōng)氣中是(shì)極其穩定的(de)，不© &₩(bù)與空(kōng)氣作(zuò)用(yòng)。雖然它在單質狀态下(xià)的(de)熔✔®點較高(gāo)(2,468°C)，但(dàn)其密度卻比其他(tā)難熔金(jī≤¶♠n)屬低(dī)。铌還(hái)能(néng)抵禦各種侵蝕，并能(né♦₽™±ng)形成介電(diàn)氧化(huà)層。

　　铌的(de)電(diàn)正性比位于其左邊的(de)锆元素低(dī)。其原子(zǐ♣₹↔)大(dà)小(xiǎo)和(hé)位于±δ♥≥其下(xià)方的(de)钽元素原子(zǐ)≥÷幾乎相(xiàng)同，這(zhè)是(sh® ♦ì)镧系收縮效應所造成的(de)。這(zhè★§)使得(de)铌的(de)化(huà)學性質與钽非常相(xiàng)近>π×(jìn)。雖然它的(de)抗腐蝕性沒有(yǒu)钽這(zhè¶∞₹)麽高(gāo)，但(dàn)是(shì)它價格更低(dī)，也(yě)更為(wèi)常見(j‌↑β✔iàn)，所以在要(yào)求較低(dī)的(de)情況下(xià)常¥✘✔用(yòng)以代替钽，例如(rú)作(zuò)化(huà)工(g₩"★≈ōng)廠(chǎng)化(huà)學物(wù)槽內(nè×₩ε×i)塗層物(wù)料。

　　铌粉，金(jīn)屬铌的(de)粉末，在其表面生(shēng)成的(de)緻密氧化(hu♦☆à)膜具有(yǒu)單向導電(diàn)的(de)閥金(jīn)屬性質。其氧化(huà)物(wù)₩£≥氧化(huà)铌Nb2O5為(wèi)白(bái)色粉末，純度可(kě)達99.999βε✔%，用(yòng)于生(shēng)産高(gāo)純铌酸锂晶體÷↓↔(tǐ)和(hé)特種光(guāng)學"↓玻璃添加劑。這(zhè)種陽極氧化(huà)膜的(de)化(huà)學性能(n≥✔​‍éng)穩定、電(diàn)阻率高(gāo)™‌≠δ、漏電(diàn)流小(xiǎo)、介電(diàn)常數(shù)大(dà)。電→±♣≠(diàn)容器(qì)用(yòng)铌粉電(diàn)性能(néng δ¥§)比電(diàn)容為(wèi)3300～3600μF·≤♦δ®V/g，漏電(diàn)流值為(wèi)1×10-3π₹€μA/(μF·V)。采用≤§©(yòng)還(hái)原-氫化(huà)法、鈉還(hái)原法≤₽‍®等制(zhì)取。用(yòng)于制(zhì)造電(diàn)解電(diàn)容φ α器(qì)及步話(huà)機(jī)和(hé)一(yī)般工(gōng§÷★₹)業(yè)電(diàn)器(qì)設備。

　　铌的(de)制(zhì)取

　　金(jīn)屬铌可(kě)用(yòng)電(diàn)解® <✔熔融的(de)七氟铌酸鉀制(zhì)取，也(yě)可(kě)用(yòng)金(jīn)屬鈉還(h$∞±♥ái)原七氟铌酸鉀或金(jīn)屬鋁還(hái)原五氧化(huà)₽≠£二铌制(zhì)取。純铌在電(diàn)子(zǐ)管中Ω≤ >用(yòng)于除去(qù)殘留氣體(tǐ)，鋼₩★ε中摻铌能(néng)提高(gāo)鋼在高(gāo)溫時(shí)的(de)抗氧化±π"​(huà)性，改善鋼的(de)焊接性能(néng)。铌還(hái)用(yòng)于制(€←zhì)造高(gāo)溫金(jīn)屬陶瓷。

　　開(kāi)采所得(de)的(de)礦石要(yào)經過分(fēn)¶₹☆離(lí)過程，使五氧化(huà)二钽(Ta2O5)和(hé)五​•氧化(huà)二铌(Nb2O5)從(cóng)其他(tā)礦®↔×物(wù)中脫離(lí)出來(lái)。加工(gōng)過程的(de)首™β♣↕個(gè)步驟是(shì)與氫氟酸反應：

　　Ta2O5+ 14 HF → 2 H2[TaF7] + 5 H2O

　　Nb2O5+ 10 HF → 2 ₩™H2[NbOF5] + 3 H2O

　　讓-夏爾·加利薩·德馬裡(lǐ)尼亞發明(míng)了(le)∑©産業(yè)規模的(de)分(fēn)離(lí)δ₩≈¥方法，利用(yòng)了(le)铌和(hé)钽的(de)氟化(huà)物(wù)配合物(wγ‌ù)所擁有(yǒu)的(de)水(shuǐ)溶±&πδ性差異。新的(de)方法則使用(yòng)類似環己酮的(de≥↔←)有(yǒu)機(jī)溶劑把氟化(huà)物(wù)從(có✔∏ ✔ng)水(shuǐ)溶液中萃取出來(lái)，再用(yòng)水(shuǐ)将铌和(hé)钽的(dε$©→e)配合物(wù)從(cóng)有(yǒu)機(jī)€☆>溶劑中分(fēn)别提取。加入氟化(hu‌← à)鉀能(néng)使铌沉澱成氟化(huà)鉀配合物(wù)， γ​而加入氨則可(kě)沉澱出五氧化(huà)二铌：

　　H2[NbOF5] + 2 KF → K2[Nb₹↑OF5]↓ + 2 HF

　　然後：

　　2 H2[NbOF5] + 10 NH4OH → Nb2O5↓✔σ$÷ + 10 NH4F + 7 H2O

　　從(cóng)化(huà)合物(wù)到(dào)金(j♥<™¶īn)屬态的(de)還(hái)原方法有(yǒu)幾種。一(yī)是(φ$≈shì)對(duì)K2[NbOF5]和(hé)氯♦§≤化(huà)鈉的(de)熔融混合物(wù)進行(xíng)電(÷→₩diàn)解，二是(shì)用(yòng)鈉對(duì)氟化(h♠÷βuà)铌進行(xíng)還(hái)原。這(zhè)種方法所得(de)出的(de)铌≠> α金(jīn)屬具有(yǒu)較高(gāo)的(de)純度。在大(dà)規模生(shēng)産​‍₽中，則一(yī)般使用(yòng)氫或碳對(duì)Nb2O5進行∑δ(xíng)還(hái)原。另一(yī)種方法♥✘÷利用(yòng)鋁熱(rè)反應，其中氧化(huà)鐵(tiě)和(h↓€≈é)氧化(huà)铌與鋁反應：

　　3 Nb2O5+ Fe2O3+ 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + ×☆×>6 Al2O3

　　少(shǎo)量類似硝酸鈉的(de)氧化(huà)添加劑可(σ♦λkě)以加強以上(shàng)反應。這(zh​☆βΩè)樣會(huì)産生(shēng)氧化(hu​✘✔‍à)鋁和(hé)铌鐵(tiě)合金(jīn)，後者可(kě)用(yòng)于鋼鐵(tiě)>& 生(shēng)産。铌鐵(tiě)一(yī)般含有(y¶≥ǒu)60%至70%的(de)铌。如(rú)不(bù)加入氧化(huà)鐵(tiě)，>♦¥σ鋁熱(rè)反應會(huì)産生(shēng)铌金(jīn)↕¶☆§屬，不(bù)過要(yào)經純化(huà)過程才可(kě)制(zhì)成具超導性質© ∏ε的(de)高(gāo)純度铌合金(jīn)。世界最大(dà)的(de)兩家(jiā)铌∏ 經銷商所用(yòng)的(de)方法是(shì)真空(kōng)電(diàn)子(zǐ)束熔煉。•"♠♦

　　铌的(de)應用(yòng)

　　超導應用(yòng)

　　具有(yǒu)超導性能(néng)的(de)σ ‌♠元素不(bù)少(shǎo)，铌是(shì)其中臨界₹>δ<溫度最高(gāo)的(de)一(yī)種。而用(yòng)铌制(zhì)♠™®→造的(de)合金(jīn)，臨界溫度高(gāo)達絕對(duì)溫度十八點五到(dào)二十一(←≠ ♠yī)度，是(shì)目前最重要(yào)的(de)超導材料。

　　高(gāo)溫合金(jīn)

　　世界上(shàng)很(hěn)大(dà)一(yī)部份铌以純金(jīn)屬态或以高(gπ‍āo)純度铌鐵(tiě)和(hé)铌鎳合金(jīn)的(de)形态，用(yòng)于生(sh¥≠<ēng)産鎳、鉻和(hé)鐵(tiě)基高(gā≈←o)溫合金(jīn)。這(zhè)些(xiē)合↓₩δ÷金(jīn)可(kě)用(yòng)于噴射引擎、燃氣渦輪發動機(jī)、火 ""(huǒ)箭組件(jiàn)、渦輪增壓器(qì)和(hé)耐熱(rè)燃燒器(qì)材。铌在高(>γgāo)溫合金(jīn)的(de)晶粒結構中會(huì)形成γ&≤✘‌#39;'相(xiàng)态。這(zhè)類合金(jīn)一(yī)般含有•§(yǒu)最高(gāo)6.5%的(de)铌。₹↔Inconel 718合金(jīn)是(shλσ←&ì)其中一(yī)種含铌鎳基合金(jīn)，各元素含量分(fēn)别為(wèi)：鎳50♣©≈÷%、鉻18.6%、鐵(tiě)18.5%、铌5%、钼3.1%、↓♦δ$钛0.9%以及鋁0.4%。應用(yòng)包括作(zuò)為(wèi)高→Ω₹(gāo)端機(jī)體(tǐ)材料，如(rú)曾用(yòng)于雙子(zǐ) ✘©座計(jì)劃。

　　C-103是(shì)一(yī)種铌合金(jīn)，它含有(yǒu←©)89%的(de)铌、10%的(de)铪和(hé)1%的(de)钛，可(kě)用(yòng)≥​ 于液态火(huǒ)箭推進器(qì)噴管，例如(rú)阿波羅登 ✔月(yuè)艙的(de)主引擎。阿波羅服務艙則使用(yòng)另一(yī)種铌<₽★合金(jīn)。由于铌在400°C以上(shàng)會(huì)開(kāi)始•₩λ氧化(huà)，所以為(wèi)了(le)防止它變得(de)易碎，須在其表面" 塗上(shàng)保護塗層。

　　铌基合金(jīn)

　　C-103合金(jīn)是(shì)1960年(nián)代™β'初由華昌公司和(hé)波音(yīn)公司共同研發的(de)铌合金(★₹≈₩jīn)。由于冷(lěng)戰和(hé)太空(≤♣ ®kōng)競賽的(de)緣故，杜邦、美(měi)國(guó)聯合碳化(huà)物(wφ←ù)、通(tōng)用(yòng)電(d®↕iàn)氣等多(duō)個(gè)美(měi)國(guó)公司都(dōu)≈♦在同時(shí)研發铌基合金(jīn)。铌$ ™σ和(hé)氧容易反應，所以生(shēng)産過程需在真空(kōng)或惰性氣體(tǐ)環境下(x≈πià)進行(xíng)，這(zhè)大(dà)大(d™>₽₹à)增加了(le)成本和(hé)難度。真空(kōng)電✔σ£(diàn)弧重熔(VAR)和(hé)電(diàn)子(zǐ)束熔煉(EBM)是(shì)當時<÷(shí)最先進的(de)生(shēng)産過程，促使了(le)各種铌合©<<金(jīn)的(de)發展。1959年(nián)起，研究項目在測試‌★¥了(le)“C系”(可(kě)能(néng)取了(le★←)舊(jiù)名钶“Columbium”的(de)首字母>→)中共256種铌合金(jīn)後，終于制(zhì)得(de)了(le)C-103。這(zhè)些©≠♥✘(xiē)合金(jīn)都(dōu)可(kě)熔化(huà)成顆粒狀或片狀。華昌當§ ↕時(shí)擁有(yǒu)從(cóng)核級锆合金(jīn)提煉而成的(de≈‍)铪元素，并希望發展它的(de)商業(yè)應用(yòng)。C系中擁有(yǒu)所±✔¶謂103成份比例的(de)Nb-10Hf-1Ti合金(jīn)在可(Ω±kě)模鍛性和(hé)高(gāo)溫屬性之間(jiāδ‌₹Ωn)有(yǒu)著(zhe)最佳的(de)平衡，因$$₹>此華昌于1961年(nián)利用(yòng)VAR和(hé)± EBM方法生(shēng)産了(le)首批500磅C-10¥™→3合金(jīn)，應用(yòng)于渦輪引擎部件(jià¶λn)和(hé)液态金(jīn)屬換熱(rè)器(​™qì)。同期的(de)其他(tā)铌合金(jīn)還(hái)有(yǒu)：芬斯蒂爾冶金(j→™īn)公司的(de)FS85(Nb-10W-28Ta-1Zr)、華昌和(hé)‍§波音(yīn)的(de)Cb129Y(Nb-10W-10Hf-0‍>.2Y)、聯合碳化(huà)物(wù)的(de)Cb752(Nb-10W-2.5Zr)及蘇必λ®利爾管道(dào)公司的(de)Nb1Zr。

　　醫(yī)療應用(yòng)

　　铌在外(wài)科(kē)醫(yī)療上(shàng)也(yě)占↕Ω有(yǒu)重要(yào)地(dì)位，它不(bù)僅可(kě)以用(yòng)來(láiγσ♠÷)制(zhì)造醫(yī)療器(qì)械，而且是(shì)很(hěn)好( σ☆hǎo)的(de)“生(shēng)物(wù)适應性材料&rdquo•ε★;。

　　铌電(diàn)解電(diàn)容器(qì)沒有(yǒu)“辜負&rd"✘quo;人(rén)們的(de)厚望，它具有(yǒu)很(hěn)多(du'γō)其他(tā)材料比不(bù)上(shàng)的(de)優點。

　　它比跟它一(yī)般大(dà)小(xiǎo)的(de)其他(t∞λā)電(diàn)容器(qì)“兄弟(dì)&rdquo±&;的(de)電(diàn)容量大(dà)五倍，而且非常可₩φ$(kě)靠、耐震，工(gōng)作(zuò)溫度範圍大(dà)，使用(yòng)壽命長(★λ×cháng)，已經大(dà)量地(dì)用(y✘←òng)在電(diàn)子(zǐ)計(jì)算(suàn)機↔γΩ(jī)、雷達、導彈、超音(yīn)速飛(fēi)機(jī)、自(zì)動控 ★↓'制(zhì)裝置以及彩色電(diàn)視(shì)、立體(tǐ)電(diàn)視(shì)等的(d∞♣e)電(diàn)子(zǐ)線路(lù)中。

　　鋼鐵(tiě)應用(yòng)

　　在鋼的(de)各種微(wēi)合金(jīn)化(huà)元素中，廢铌是(sh₽✘ì)最有(yǒu)效的(de)微(wēi)合金✔≠¥(jīn)化(huà)元素，铌的(de)作(zuò)用(yòng)如(π←♥∑rú)此之大(dà)，以至于鐵(tiě)原子↕ ®ε(zǐ)中含有(yǒu)豐富的(de)铌原子(zǐ)，就(ji><γγù)能(néng)達到(dào)改善鋼性能(néng)的(de)目的(de)。實際上ε&(shàng)鋼中加入0.001%—0.1%的(de)铌，就(jiù)足以改變鋼的(™±★de)力學性能(néng)。例如(rú)：當加入0.1%的(de)合 φλ 金(jīn)化(huà)元素時(shí)，提高(gāo)鋼的(de)屈♦×服強度依次為(wèi)：铌118MPa;釩71.5MPa;≤★ Ω钼40MPa;錳17.6MPa;钛為(wèi)零。實際上(shàng)鋼中隻需加入0∑‍.03%—0.05%Nb，鋼的(de)屈服強度便可(k✔₹λě)提高(gāo)30%以上(shàng)。而∑≤鋼的(de)成本每噸僅增1美(měi)元。≠∞↓例如(rú)：普通(tōng)中碳鋼的(de)屈服強度一(yī)般為(wèi÷£)250MPa，加入微(wēi)量铌可(kě)使強度提高(✘↕"gāo)到(dào)350—800MPa。

　　铌作(zuò)為(wèi)微(wēi)合金(jīn)化(hu ₽à)元素加入鋼中并不(bù)改變鐵(tiě)的(de)結構，而是(shì)•<與鋼中的(de)碳#氮#硫結合，改變鋼的(de)顯微(wēi)結構。铌對÷©(duì)鋼的(de)強化(huà)作(zuò)用(yòng)主要(yào)是(shì)的>↕®♠(de)是(shì)細晶強化(huà)和(hé)彌散強化(huà)，铌能(n♦σ§Ωéng)和(hé)鋼中的(de)碳氮生(shēng)成穩定₩₩的(de)碳化(huà)物(wù)和(h₩δé)碳氮化(huà)物(wù)。而且還(hái)可(kě)♣γ以使碳化(huà)物(wù)分(fēn)散并形成具有(yǒu)細晶化(huà)的(de)鋼♦£✔±。

　　铌還(hái)可(kě)以通(tōng)過誘導析出和(hé≈​)控制(zhì)冷(lěng)卻速度，實現(xiàn)析出物(wù)彌散分(↑₽fēn)布。在較寬的(de)範圍內(nèi)調整鋼的(de)韌性水(shuǐ)平。因此，加入铌不®←(bù)僅可(kě)以提高(gāo)鋼的(de)強度，還(hái)可(kě₩®÷δ)以提高(gāo)鋼的(de)韌性、抗高(gāo)溫氧化(huà)性和(hé)耐蝕性!≤δ降低(dī)鋼脆性轉變溫度，獲得(de)好(hǎo)的(de)焊接性能(néng)∑✘$φ和(hé)成型性能(néng)

　　電(diàn)瓷

　　铌酸锂是(shì)一(yī)種電(diàn)鐵(t∞★iě)性物(wù)質，在手提電(diàn)話(huà)和(hé)光(guāng)調變πφε器(qì)中以及表面聲波設備的(de)制(z↑÷↔hì)造上(shàng)有(yǒu)廣泛的(de)應£φ÷→用(yòng)。它的(de)晶體(tǐ)結構屬于ABO3型，與钽酸锂和©±₩(hé)钛酸鋇相(xiàng)同。铌可(kě)以代替钽電(diàn)容器(qìβαγ)中的(de)钽，降低(dī)成本，但(<♥φ<dàn)钽電(diàn)容器(qì)仍較為§γ‌↑(wèi)優勝。

　　錢(qián)币

　　在錢(qián)币上(shàng)，铌有(yǒu)時(shí)會(huì)‍<∑✘與金(jīn)和(hé)銀(yín)一(yī)起用(yòng)在紀念币₹ε±上(shàng)作(zuò)貴重金(jīn)屬。例如(rú)，奧地(dì)利自™≈©¶(zì)2003年(nián)起，生(shē>©ng)産了(le)一(yī)系列銀(yín)铌歐羅币，其顔色是(shì)陽≠σ•極化(huà)過程形成的(de)氧化(huà)物(wù)表層衍射所産生(sh↕β€✘ēng)的(de)。2012年(nián)，共有(yǒu)十種中心顔色不(bλ≤£ù)同的(de)錢(qián)币，共包括藍(lán)、綠(lǜ)、π 棕、紫和(hé)黃(huáng)。另外(wài)含有(yǒu)铌的(d​∞ e)錢(qián)币還(hái)有(yǒ "∏ u)2004年(nián)的(de)奧地(dì)利賽梅林(lín)鐵(←"‍πtiě)路(lù)150周年(nián)紀念币，以及​Ωλ2006年(nián)歐洲衛星導航紀念币。2011年(nián)，加拿(ná)≥&∏大(dà)皇家(jiā)造币廠(chǎng)開(kāi)始βα♣€鑄造稱為(wèi)“狩獵月(yuè)”(Hunter's ¶¥☆Moon)的(de)5加元純銀(yín)和(hé)铌币。其中的(de)铌經過α≠特殊的(de)氧化(huà)過程，所以沒有(yǒu)兩件(jiàn)成品是(s™₹hì)完全一(yī)樣的(de)。

　　其他(tā)

　　铌(或摻有(yǒu)1%锆)是(shì)高(gāo)壓鈉燈電(diàn)弧管的(∑​de)密封材料，因為(wèi)铌的(de)熱(rè)膨脹系數(shù)與經燒結的(d£δεe)礬土(tǔ)弧光(guāng)燈陶瓷材料非常相(xiàng)近(jìn)。這(zhè ×)種用(yòng)于鈉燈的(de)陶瓷可(kě)以抵禦化(huà)學侵蝕，也€✔(yě)不(bù)會(huì)與燈內(nèi)的(de©>)高(gāo)溫鈉液體(tǐ)和(hé)氣體(tǐ)産生(shēng)還(hái)原反應。铌也✔∑ ∞(yě)被用(yòng)在電(diàn)弧焊條上(shàng≤$)，用(yòng)來(lái)焊接某些(xiē)λ←穩定化(huà)不(bù)鏽鋼。一(yī)些(xiē)大(dà)型水(shuǐ)箱的× (de)陰極保護系統中以铌作(zuò)為(wèi)陽極的(de)材料，陽極一(yī)般π₹≥再鍍上(shàng)一(yī)層鉑。