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          熱門關鍵詞: 鉭棒

          鈮的應用

          返回列表 來源: 發布日期: 2020-11-11

          鈮的應用
          超導應用
          人們很早以前就發現,當溫度降低到接近絕對零度的時俟,有些物質的化學性質會發生突然的改變,變成一種幾乎沒有電阻的“超導體”。物質開始具有這種奇異的“超導”性能的溫度叫臨界溫度。不用說,各種物質的臨界溫度是不一樣的 。
          要知道,超低溫度是很不容易得到的,人們為此而付出了巨大的代價;越向絕對零度接近,需要付出的代價越大。所以我們對超導物質的要求,當然是臨界溫度越高越好。
          具有超導性能的元素不少,鈮是其中臨界溫度最高的一種。而用鈮制造的合金,臨界溫度高達絕對溫度十八點五到二十一度,是目前最重要的超導材料。
          人們曾經做過這樣一個實驗:把一個冷到超導狀態的金屬鈮環,通上電流然后再斷開電流,然后,把整套儀器封閉起來,保持低溫。過了兩年半后,人們把儀器打開,發現鈮環里的電流仍在流動,而且電流強弱跟剛通電時幾乎完全相同!
          從這個實驗可以看出,超導材料幾乎不會損失電流。如果使用超導電纜輸電,因為它沒有電阻,電流通過時不會有能量損耗,所以輸電效率將大大提高。
          有人設計了一種高速磁懸浮列車,它的車輪部位安裝有超導磁體,使整個列車可以浮起在軌道上約十厘米。這樣一來,列車和軌道之間就不會再有摩擦,減少了前進的阻力。一列乘載百人的磁懸浮列車,只需一百馬力的推動力,就能使速度達到每小時五百公里以上。
          用一條長達二十公里的鈮錫帶,纏繞在直徑為一點五米的輪緣上,繞組能夠產生強烈而穩定的磁場,足以舉起一百二十二公斤的重物,并使它懸浮在磁場空間里。如果把這種磁場用到熱核聚變反應中,把強大的熱核聚變反應控制起來,那就有可能給我們提供大量的幾乎是無窮無盡的廉價電力。
          不久前,人們曾用鈮鈦超導材料制成了一臺直流發電機。它的優點很多,比如說體積小,重量輕,成本低,與同樣大小的普通發電機相比,它發的電量要大一百倍。 [3] 
          高溫合金
          世界上很大一部份鈮以純金屬態或以高純度鈮鐵和鈮鎳合金的形態,用于生產鎳、鉻和鐵基高溫合金。這些合金可用于噴射引擎、燃氣渦輪發動機、火箭組件、渦輪增壓器和耐熱燃燒器材。鈮在高溫合金的晶粒結構中會形成γ''相態。這類合金一般含有最高6.5%的鈮。Inconel 718合金是其中一種含鈮鎳基合金,各元素含量分別為:鎳50%、鉻18.6%、鐵18.5%、鈮5%、鉬3.1%、鈦0.9%以及鋁0.4%。應用包括作為高端機體材料,如曾用于雙子座計劃。
          C-103是一種鈮合金,它含有89%的鈮、10%的鉿和1%的鈦,可用于液態火箭推進器噴管,例如阿波羅登月艙的主引擎。阿波羅服務艙則使用另一種鈮合金。由于鈮在400°C以上會開始氧化,所以為了防止它變得易碎,須在其表面涂上保護涂層。
          鈮基合金
          C-103合金是1960年代初由華昌公司和波音公司共同研發的鈮合金。由于冷戰和太空競賽的緣故,杜邦、美國聯合碳化物、通用電氣等多個美國公司都在同時研發鈮基合金。鈮和氧容易反應,所以生產過程需在真空或惰性氣體環境下進行,這大大增加了成本和難度。真空電弧重熔(VAR)和電子束熔煉(EBM)是當時最先進的生產過程,促使了各種鈮合金的發展。1959年起,研究項目在測試了“C系”(可能取了舊名鈳“Columbium”的首字母)中共256種鈮合金后,終于制得了C-103。這些合金都可熔化成顆粒狀或片狀。華昌當時擁有從核級鋯合金提煉而成的鉿元素,并希望發展它的商業應用。C系中擁有所謂103成份比例的Nb-10Hf-1Ti合金在可模鍛性和高溫屬性之間有著最佳的平衡,因此華昌于1961年利用VAR和EBM方法生產了首批500磅C-103合金,應用于渦輪引擎部件和液態金屬換熱器。同期的其他鈮合金還有:芬斯蒂爾冶金公司的FS85(Nb-10W-28Ta-1Zr)、華昌和波音的Cb129Y(Nb-10W-10Hf-0.2Y)、聯合碳化物的Cb752(Nb-10W-2.5Zr)及蘇必利爾管道公司的Nb1Zr。
          醫療應用
          鈮在外科醫療上也占有重要地位,它不僅可以用來制造醫療器械,而且是很好的“生物適應性材料”。
          比如說吧,用鈮片可以彌補頭蓋骨的損傷,鈮絲可以用來縫合神經和肌腱,鈮條可以代替折斷了的骨頭和關節,鈮絲制成的鈮紗或鈮網,可以用來補償肌肉組織……
          在醫院里,還會有這樣的情況:用鉭條代替人體里折斷了的骨頭之后,經過一段時間,肌肉居然會在鈮條上生長起來,就像在真正的骨頭上生長一樣。怪不得人們把鈮叫作“親生物金屬”哩。
          為什么鈮在外科手術中能有這樣奇特的作用呢?
          關鍵還是因為它有極好的抗蝕性,不會與人體里的各種液體物質發生作用,并且幾乎完全不損傷生物的機體組織,對于任何殺菌方法都能適應,所以可以同有機組織長期結合而無害地留在人體里。
          除了在外科手術中有這樣好的用途外,利用鈮、鉭的化學穩定性,還可以用它們來制造電解電容器、整流器等等。
          特別是鈮,約有一半以上用來生產大容量,小體積,高穩定性的固體電解電容器。全世界每年都要生產幾億只。
          鈮電解電容器沒有“辜負”人們的厚望,它具有很多其他材料比不上的優點。
          它比跟它一般大小的其他電容器“兄弟”的電容量大五倍,而且非??煽?、耐震,工作溫度范圍大,使用壽命長,已經大量地用在電子計算機、雷達、導彈、超音速飛機、自動控制裝置以及彩色電視、立體電視等的電子線路中。
          鋼鐵應用
          在鋼的各種微合金化元素中,廢鈮是最有效的微合金化元素,鈮的作用如此之大,以至于鐵原子中含有豐富的鈮原子,就能達到改善鋼性能的目的。實際上鋼中加入0.001%—0.1%的鈮,就足以改變鋼的力學性能。例如:當加入0.1%的合金化元素時,提高鋼的屈服強度依次為:鈮118MPa;釩71.5MPa;鉬40MPa;錳17.6MPa;鈦為零。實際上鋼中只需加入0.03%—0.05%Nb,鋼的屈服強度便可提高30%以上。而鋼的成本每噸僅增1美元。例如:普通中碳鋼的屈服強度一般為250MPa,加入微量鈮可使強度提高到350—800MPa [4]  。
          鈮作為微合金化元素加入鋼中并不改變鐵的結構,而是與鋼中的碳#氮#硫結合,改變鋼的顯微結構。鈮對鋼的強化作用主要是的是細晶強化和彌散強化,鈮能和鋼中的碳氮生成穩定的碳化物和碳氮化物。而且還可以使碳化物分散并形成具有細晶化的鋼。
          鈮還可以通過誘導析出和控制冷卻速度,實現析出物彌散分布。在較寬的范圍內調整鋼的韌性水平。因此,加入鈮不僅可以提高鋼的強度,還可以提高鋼的韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性!降低鋼脆性轉變溫度,獲得好的焊接性能和成型性能 
          該成分被廣泛的應用到連續油管的管材材料中
          電瓷
          鈮酸鋰是一種電鐵性物質,在手提電話和光調變器中以及表面聲波設備的制造上有廣泛的應用。它的晶體結構屬于ABO3型,與鉭酸鋰和鈦酸鋇相同。鈮可以代替鉭電容器中的鉭,降低成本,但鉭電容器仍較為優勝。
          錢幣
          在錢幣上,鈮有時會與金和銀一起用在紀念幣上作貴重金屬。例如,奧地利自2003年起,生產了一系列銀鈮歐羅幣,其顏色是陽極化過程形成的氧化物表層衍射所產生的。2012年,共有十種中心顏色不同的錢幣,共包括藍、綠、棕、紫和黃。另外含有鈮的錢幣還有2004年的奧地利賽梅林鐵路150周年紀念幣,以及2006年歐洲衛星導航紀念幣。2011年,加拿大皇家造幣廠開始鑄造稱為“狩獵月”(Hunter's Moon)的5加元純銀和鈮幣。其中的鈮經過特殊的氧化過程,所以沒有兩件成品是完全一樣的。
          其他
          鈮(或摻有1%鋯)是高壓鈉燈電弧管的密封材料,因為鈮的熱膨脹系數與經燒結的礬土弧光燈陶瓷材料非常相近。這種用于鈉燈的陶瓷可以抵御化學侵蝕,也不會與燈內的高溫鈉液體和氣體產生還原反應。鈮也被用在電弧焊條上,用來焊接某些穩定化不銹鋼。一些大型水箱的陰極保護系統中以鈮作為陽極的材料,陽極一般再鍍上一層鉑。

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