在实际应用中,铌与其它金属一样都呈灰色。然后,通过采用涂氧化层的方法可以让它闪耀出一组漂亮的颜色。但是,铌不仅仅只是外观好看而已。铌与钽一样,对许多金属都具有耐腐蚀性,而且在低温环境下也能轻松制备铌。

铌的特殊性在于它具有很高的抗腐蚀性,并且重量相对较轻。我们用铌制造出各种颜色的硬币镶件、涂装用的耐腐蚀蒸发舟以及金刚石生长所需的、尺寸稳定好的坩埚。得益于较高的生物适应性,铌也被用作假体材料。由于转变温度很高,铌也是超导电缆和磁铁的理想材料。

铌丝
铌丝
铌丝
铌的用途
原子序数41
CAS编号7440-03-1
原子质量92.91
熔点2 468 °C
沸点4 900 °C
原子体积0.0180 [nm³]
20 ℃时密度8.55 [g/cm³]
晶体结构体心立方
晶格常数0.3301 [nm]
地球的地壳丰度20.0 [g/t]

纯度品质保证

我们的品质值得您信赖。我们仅使用纯度最高的铌作为输入材料。从而确保您从极高材料纯度中获益。

应用
应用
铌
铌特性
特性
天然状态和制备
状态

铌的应用领域:硬币和金刚石

铌的应用领域与其自身的材料特性一样精彩纷呈。我们主要撷取其中的两种进行介绍,具体如下:

珍贵闪耀

铸造成硬币后,我们的铌能够发出最绚丽的光芒。阳极电镀法会在铌币的中心产生一层氧化层。入射光被反射后引起氧化层在一组不同的颜色下闪闪发光。改变涂层厚度能影响颜色。从红色到蓝色:任何颜色均可。

出色的可成形性和耐化学性

正是良好的抗腐蚀性和出色的可成形性,使得铌成为多晶硅金刚石合成工艺所需坩埚的理想材料。我们的铌坩埚适用于高压、高温的合成工艺。

纯铌熔化质量

我们提供的铌材料可随时熔化成板状、带状和杆状。当然,我们也很乐意制造复杂的零件。我们的纯铌具有以下特性:

  • 熔点高达2 468℃
  • 室温下高度延展性
  • 再结晶温度介于850℃ 和1 300℃(取决于变形程度和纯度)之间
  • 对水溶液和金属熔体的抗腐蚀性好
  • 对碳、氧、氮和氢的高度溶解性(变脆风险)
  • 超导电性
  • 良好的生物适应性

优秀的全能材料:铌的材料特性

铌属于难熔金属。难熔金属是指熔点比铂高(1 772℃)的金属。在难熔金属中,单个金属原子的结合能特别大。难熔金属同时具有熔点高蒸汽压低弹性模量大高度热稳定性的特点。难熔金属也表现出热膨胀系数低的特点。与其它难熔金属相比,铌的密度相对较低,只有8.6 g/cm。

铌在周期表中所处的周期与钼相同。因此它的密度和熔点与钼差不多。同样,铌与钽一样都容易发生氢脆化。因此,铌的热处理需要在高真空、无氢气的环境中进行。铌和钽对所有酸都具有极佳的抗腐蚀性,同时还具有良好的可成形性。

-263.95℃温度条件下,铌的转化温度为所有难熔金属中最高。当低于该温度时,铌会变成超导体。此外,铌还具有一系列特殊特性:

特性
原子序数41
原子质量92.91
熔点 2 468 °C / 2 741 K
沸点4 900 °C / 5 173 K
原子体积 1,80 · 10-29[m3]
蒸汽压在1800 ℃温度下 在2200 ℃温度下 5 · 10-6 [Pa]
4 · 10-3 [Pa]
20 ℃ (293 K)时密度 8.55 [g/cm3]
晶体结构体心立方
晶格常数 3.294 · 10-10 [m]
20 ℃ (293 K)时硬度变形硬度
再结晶硬度
110 - 180 [HV10]
60 - 110 [HV10]
20 ℃ (293 K)时弹性模量 104 [GPa]
泊松数0.35
20 ℃ (293 K)时线性膨胀系数 7.1 · 10-6 [m/(m·K)]
20 ℃ (293 K)时导热性 52 [W/(m·K)]
20 ℃ (293 K)时比热 0.27 [J/(g·K)]
20 ℃ (293 K)时导电性7 · 106 [1/(Ω·m)]
20 ℃ (293 K)时电阻0.14 [(Ω·mm2)/m]
20 ℃ (293 K)时声音传播速度纵波
横波
4 900 [m/s]
2 100 [m/s]
电子溢出功4.3 [eV]
热中子俘获截面 1.15 · 10-28 [m2]
再结晶温度(退火时间:1小时)850 - 1 300 °C
超导电性(转化温度) < -263.95 °C
/ < 9.2 K

热物理特性

与所有难熔金属一样,铌也具有很高的熔点和较高的密度。铌的导热性与钽差不多,但是低于钨。铌的热膨胀系数比钨高,但是却远远低于铁或铝。

铌的热物理特性随温度变化而变化:

铌和钽的线性热膨胀系数
铌和钽的比热容
铌和钽的导热性

机械特性

铌的机械特性与其纯度,尤其是氧、氮、氢和碳元素的含量有关。即使这些元素的浓度很低,也会产生明显作用。制造方法变形程度热处理等是影响铌材料特性的其它因素。

与几乎所有难熔金属一样,铌具有体心立方晶格。铌的脆韧转变温度低于室温。因此,铌很容易成形

在室温条件下,铌的断裂伸长率超过20%。随着变形的加剧,它变得越来越强韧和坚固,同时材料的断裂伸长率下降。虽然材料失去延展性,但它不会变脆。

在104 GPa、室温条件下,铌的弹性模量低于钨、钼或钽。弹性模量随温度升高而下降。在1 800℃附近,弹性模量为50 GPa。

铌的弹性模量与钨、钼和钽的弹性模量比较。

由于延展性好,铌非常适合成型加工,例如弯曲、冲压、压制或深冲压。为防止冷焊,最好使用钢质或硬质金属工具。使用切削加工法很难处理铌。金属屑很难完全断裂。因此我们建议使用配备卷屑器的工具。与钨和钼相比,铌具有优异的可焊性

您有关于难熔金属机械特性的相关问题吗?我们很高兴用我们的多年经验为您提供帮助。

化学特性

在自然条件下,铌的表面覆有一层致密的氧化层。该氧化层能够保护铌,使其具有极高的抗腐蚀性。在室温条件下,很少有其它无机物能够腐蚀铌:浓硫酸、氟、氟化氢、氢氟酸和草酸。铌不受氨水溶液腐蚀。

碱溶液、熔融的氢氧化钠和氢氧化钾能够腐蚀铌。形成间隙溶解的元素,尤其是氢,也能导致铌变脆。当温度升高并且接触含多种化学物组分的溶液时,铌的抗腐蚀性会下降。室温时,铌能完全耐受除氟以外的所有非金属物质。但是,当温度约为150℃时,铌能与氯、溴、碘、硫和磷发生反应。

对水、水溶液和非金属的抗腐蚀性
< 150 ℃ 的热水耐腐蚀
无机酸 110℃以下浓度< 30 %的盐酸
100℃以下浓度< 98 %硫酸
190℃以下浓度< 65 %的硝酸
浓度< 60 %的氢氟酸
90℃以下浓度< 85 %的磷酸
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
不耐腐蚀
耐腐蚀
有机酸 100℃以下浓度< 100 %的乙酸
浓度<10 %的草酸
150℃以下浓度< 85 %的乳酸
150℃以下浓度< 20 %的酒石酸
耐腐蚀
不耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
碱液浓度< 5 %的氢氧化钠
浓度< 5 %的氢氧化钾
20℃以下浓度< 17 %的氨水溶液
20℃以下浓度< 20 %的碳酸钠
不耐腐蚀
不耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
盐溶液 < 150℃的氯化铵
< 150℃的氯化钙
< 150℃的氯化铁
< 150℃的氯酸钾
< 150℃的体液
< 150℃的硫酸镁
< 150℃的硝酸钠
< 150℃的氯化锡
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
非金属
< 100℃的氯
< 100℃的溴
< 100℃的碘
< 100℃的硫
< 100℃的磷
< 800℃的硼
不耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀
耐腐蚀

 

 

铌能够耐受多种金属,如Ag, Bi, Cd, Cs, Cu, Ga, Hg, K, Li, Mg, Na 和 Pb,前提条件是这些熔体的氧元素含量较低。Al, Fe, Be, Ni, Co以及 Zn 和 Sn都能将铌腐蚀。

对金属熔体的抗腐蚀性
不耐腐蚀 在 < 1 000 °C 时耐腐蚀
不耐腐蚀  在 < 950 °C 时耐腐蚀
在 < 850 °C 时耐腐蚀 在 < 1 000 °C 时耐腐蚀
在 < 400 °C 时耐腐蚀不耐腐蚀
在 < 670 °C 时耐腐蚀 在 < 600°C 时耐腐蚀
不耐腐蚀 在 < 1 100 °C 时耐腐蚀
在 < 400 °C 时耐腐蚀 在 < 550°C 时耐腐蚀
在 < 1 000 °C 时耐腐蚀不耐腐蚀
在 < 1 200 °C 时耐腐蚀不耐腐蚀
不耐腐蚀

 

铌与惰性气体不会发生反应。因此,纯惰性气体可用作保护气体。但是,当温度升高时,铌会与空气中的氧气、氮气和氢气发生剧烈反应。通过在温度超过1700℃的高真空中对材料进行退火可再次去除氧元素和氮元素。在约800℃的较低温度下可去除氢元素。该处理工艺会导致材料因挥发性氧化物和结构再结晶而发生减少。

对气体的抗腐蚀性
氧气和空气 < 230℃时耐腐蚀 水蒸汽 < 150℃时耐腐蚀
氢气 < 250℃时耐腐蚀一氧化碳 < 800℃时耐腐蚀
氮气 < 300 ℃时耐腐蚀二氧化碳 < 400 ℃时耐腐蚀
< 700 ℃时耐腐蚀惰性气体 耐腐蚀
氨气 < 300 ℃时耐腐蚀

 

您希望在高温炉中使用铌吗?请注意,铌会与难熔氧化物或石墨制成的结构件发生反应。即使是非常稳定的氧化物,例如铝、镁或锌的氧化物,在高温下与铌接触后也会分解。铌与石墨接触可产生碳化物,导致铌变脆。虽然铌与钼或钨组合使用时一般不会出现问题,但是它可能会与六方氮化硼或氮化硅发生反应。下表列出的极限温度适用于真空。如果您使用保护气体,则数值在100℃ 和 200℃之间甚至更低。

氢脆化
20℃以下浓度为98%的硫酸 > 25℃时的氢原子
190℃时浓度为10%的硫酸 20℃时的草酸
100℃ 时浓度为85%的磷酸 100℃时浓度为5%的氢氧化钠
100℃ 时浓度为30%的盐酸 250℃时的氢气

防止氢脆化的措施:

  • 对金属进行电气绝缘
  • 金属正极化(约 + 15 V)
  • 在溶液中添加氧化剂
  • 成型金属表面
  • 与贵金属(例如Pt, Au, Pd, Rh, Ru)接触

通过在800℃条件下进行高真空退火,可对因存在氢气而发生脆化的铌进行复原。

天然状态和制备

1801年,英国化学家 Charles Hatchett对一块来自美洲的重黑石进行了分析。他发现其中含有一种当时还未知的元素,为了纪念它的原产国,他将该元素命名为Columbium。最常用的名称-niobium-可追溯到1844年,来源于第二位发现者Heinrich Ros。Heinrich Ros是第一位分离铌和钽的人。过去,人们无法区分这两种材料。Rose以国王Tantalus女儿的名字Niobe命名。他这样命名是希望强调两种金属之间的紧密联系。1864年,C. W. Blomstrand用还原法第一次制备了金属铌。经过长期的争论,直到几百年以后,铌才有了正式称呼。国际纯粹与应用化学联合会将“niobium”作为铌的正式名称。

在自然界中,铌最常见的形式是钶铁矿石,也称铌铁矿,其化学分子式为(Fe,Mn) [(Nb,Ta)O3]2。铌的另一重要来源为烧绿石,这是一种结构复杂的铌酸盐。澳大利亚、巴西和部分美洲国家都发现了此类矿藏。

开采的矿石经过多道不同的工艺后可制得浓度高达70%的(Ta,Nb)2O5。然后将得到的产物溶解于氢氟酸和硫酸中。接着再利用萃取工艺将钽和铌的氟化物混合物分离。铌的氟化物被氧气氧化后生成五氧化铌,再在2000℃的温度下用碳还原,得到金属铌。最后采用电子束再溶解工艺获得纯度超高的铌。

您可以从这里下载我们的安全数据表: