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铌的分布及应用

发布时间:2019-04-26人气:5468 次

  一.分布

根据估算,铌在地球地壳中的丰度为百万分之20,在所有元素中排列第33位。部份科学家认为,铌在整个地球中的含量更高,但因密度高而主要聚集在地核中。铌在自然界中不以纯态出现,而是和其他元素结合形成矿物。

巴西和加拿大拥有最大的烧绿石矿藏。两国在1950年代发现这些矿藏,至今仍是铌精矿的最大产国。世界最大矿藏位于巴西米纳斯吉拉斯州阿拉沙的一处碳酸盐侵入岩地带,属于CBMM(巴西矿物冶金公司);另一矿藏位于戈亚斯,属于英美资源,同样是碳酸盐侵入岩。以上两个矿场的产量占世界总产量的75%。第三大矿场位于加拿大魁北克省萨格奈附近,产量占世界7%。

  二.

1.超导应用

人们很早以前就发现,当温度降低到接近绝对零度的时俟,有些物质的化学性质会发生突然的改变,变成一种几乎没有电阻的“超导体”。物质开始具有这种奇异的“超导”性能的温度叫临界温度。不用说,各种物质的临界温度是不一样的。

要知道,超低温度是很不容易得到的,人们为此而付出了巨大的代价;越向绝对零度接近,需要付出的代价越大。所以我们对超导物质的要求,当然是临界温度越高越好。

具有超导性能的元素不少,铌是其中临界温度最高的一种。而用铌制造的合金,临界温度高达绝对温度十八点五到二十一度,是目前最重要的超导材料。

2.高温合金

世界上很大一部份铌以纯金属态或以高纯度铌铁和铌镍合金的形态,用于生产镍、铬和铁基高温合金。这些合金可用于喷射引擎、燃气涡轮发动机、火箭组件、涡轮增压器和耐热燃烧器材。铌在高温合金的晶粒结构中会形成γ”相态。这类合金一般含有最高6.5%的铌。

C-103是一种铌合金,它含有89%的铌、10%的铪和1%的钛,可用于液态火箭推进器喷管,例如阿波罗登月舱的主引擎。阿波罗服务舱则使用另一种铌合金。由于铌在400°C以上会开始氧化,所以为了防止它变得易碎,须在其表面涂上保护涂层。

3.铌基合金

C-103合金是1960年代初由华昌公司和波音公司共同研发的铌合金。由于冷战和太空竞赛的缘故,杜邦、美国联合碳化物、通用电气等多个美国公司都在同时研发铌基合金。C-103是一种铌合金,它含有89%的铌、10%的铪和1%的钛,可用于液态火箭推进器喷管,例如阿波罗登月舱的主引擎。阿波罗服务舱则使用另一种铌合金。由于铌在400°C以上会开始氧化,所以为了防止它变得易碎,须在其表面涂上保护涂层。

4.医疗应用

铌在外科医疗上也占有重要地位,它不仅可以用来制造医疗器械,而且是很好的“生物适应性材料”。

比如说吧,用铌片可以弥补头盖骨的损伤,铌丝可以用来缝合神经和肌腱,铌条可以代替折断了的骨头和关节,铌丝制成的铌纱或铌网,可以用来补偿肌肉组织。

为什么铌在外科手术中能有这样奇特的作用呢?

关键还是因为它有极好的抗蚀性,不会与人体里的各种液体物质发生作用,并且几乎完全不损伤生物的机体组织,对于任何杀菌方法都能适应,所以可以同有机组织长期结合而无害地留在人体里。

除了在外科手术中有这样好的用途外,利用铌、钽的化学稳定性,还可以用它们来制造电解电容器、整流器等等。

它比跟它一般大小的其他电容器“兄弟”的电容量大五倍,而且非常可靠、耐震,工作温度范围大,使用寿命长,已经大量地用在电子计算机、雷达、导弹、超音速飞机、自动控制装置以及彩色电视、立体电视等的电子线路中。

5.钢铁应用

在钢的各种微合金化元素中,废铌是最有效的微合金化元素,铌的作用如此之大,以至于铁原子中含有丰富的铌原子,就能达到改善钢性能的目的。实际上钢中加入0.001%—0.1%的铌,就足以改变钢的力学性能。

铌作为微合金化元素加入钢中并不改变铁的结构,而是与钢中的碳#氮#硫结合,改变钢的显微结构。铌对钢的强化作用主要是的是细晶强化和弥散强化,铌能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物。而且还可以使碳化物分散并形成具有细晶化的钢。

铌还可以通过诱导析出和控制冷却速度,实现析出物弥散分布。在较宽的范围内调整钢的韧性水平。因此,加入铌不仅可以提高钢的强度,还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性!降低钢脆性转变温度,获得好的焊接性能和成型性能.

6.钱币

在钱币上,铌有时会与金和银一起用在纪念币上作贵重金属。例如,奥地利自2003年起,生产了一系列银铌欧罗币,其颜色是阳极化过程形成的氧化物表层衍射所产生的。2012年,共有十种中心颜色不同的钱币,共包括蓝、绿、棕、紫和黄。另外含有铌的钱币还有2004年的奥地利赛梅林铁路150周年纪念币,以及2006年欧洲卫星导航纪念币。2011年,加拿大皇家造币厂开始铸造称为“狩猎月”(Hunter’s Moon)的5加元纯银和铌币。其中的铌经过特殊的氧化过程,所以没有两件成品是完全一样的。

7.其他

铌(或掺有1%锆)是高压钠灯电弧管的密封材料,因为铌的热膨胀系数与经烧结的矾土弧光灯陶瓷材料非常相近。这种用于钠灯的陶瓷可以抵御化学侵蚀,也不会与灯内的高温钠液体和气体产生还原反应。

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