高纯铌的制备及应用

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1、高纯锯的制备及应用1金属锯概述1.1金属锯的性质觇（Nb）,原子序数41,相对原子质量为93,属周期系Vb族。規是灰白色金屈，熔点为2468°C,沸点为4742°C,密度为8.57g/cm,。铤的氧化态为・1、+2、+3、+4和+5,其中以+5价化合物最稳泄。金属锐在许多矿物酸及其水溶液中都具有良好的化学稳定性。在常温或100〜150°C的温度下，任何浓度的盐酸、硫酸、硝酸、磷酸和有机酸等均不能侵蚀银。在王水中，由于能够生成保护性氧化物薄膜，因此也具有抗腐蚀性能。祝刈某些液态金属的抗腐蚀性能也比较好。但是，規可以溶解于氢氣酸溶液

2、中，在热的氢氟酸和硝酸混合液中溶解尤为激烈。锐金属的重要性质之一是能够吸收氢、氧、氮及其他气体，并形成相应的固溶体和化合物。微量的这些元素杂质对金属規的力学性能和电性能都有很大的影响。規在常温下是稳定的，加热到200〜300°C以上开始氧化，高于500°C时，金属規迅速氧化成Nb2O5在较低的温度下，锐能溶解大量的氢，但低温下吸氢速度比较缓慢。当温度达到360°C时，吸氢的速度最大，生成锯的氢化物。锯吸氢后性能变脆，但是在600°C以上在真空中加热，金属中的氢又可全部放出，并恢复金属的原有性能。锭是一种坚韧、可塑、银灰色的难熔金

3、属，目前規主要用作钢的添加剂，只有少量是以各种高纯锐和合金基体的形式应用的。近年來由于觀的超导性，使其成为高能物理研究所用的材料，广泛用来制作超导微波腔体、射频器，并且因其热导率与纯度成正比，所以提高Nb的纯度是相当有用的。近年对高纯規制备技术研究较多的是美国、H本和德国，特别是美国TWCA公司儿十年来一直致力于高纯锐实用化研究，使其相对电阻率（RRR）值从20增加到300,且每年都有数千磅（lib二0.454kg）产品提供给用户。徳国的Max-Plank金属研究所的高纯規研究水平已达RRR>10“，是世界上最纯的锭。1.2高纯

4、锯的应用锐在功能材料中的应用大致可分为超导材料、原子能结构材料和超耐热合金。现在应用的纯锐和锐合金按其功能材料分类见表1,锐具有耐热性、耐腐蚀、热传导性能优良等特点。表1金属觇和觇合金的功能、用途形态功能用途纯祝耐腐蚀电解用电极高纯锐超导（结构材）超导微波共鸣加速器、空腔体規铁高强度，高韧性、耐腐蚀钢铁添加剂、不锈钢、工具钢Nb-Ti系合金超传导性（线材）粒子加速器、磁浮列车高强度、加工性优良CT诊断装置、飞机钏钉NbsSn化合物超传导性（线材）超导磁电机、核磁共振装置Nb-Zr系合金耐热性、化学性能稳定高压Na灯套管Nb-Ta

5、系合金耐腐蚀化学装置Nb-W系合金高温强度优良航空发动机Nb-llf-Ti系合金加工性、高强度航空、宇宙飞船发动机锯以前主要用作各种合金的添加剂元素，科学技术的发展要求开发适用于尖端领域的材料，高纯锐的新用途正在开发。纯祝的临界温度虽然没有Nb-Ti合金和NbSn、NbsGa等化合物超导体的临界温度高，但作为功能材料锐是本身具有超导特性的最有价值金属，其特性在超导体结构材料中有新的用途。1983年世界著名的锐生产厂家WCH公司为了适应超导结构材料的发展，开始生产剩余电阻率100以上的觀棒、規管和規板，用于高能粒子加速物理学领域的

6、粒子加速用空腔体。电子加速每米需数百万伏特的电压梯度，以前加速器空腔体用的是Cu材料，而保材加速器比铜材加速器能量损失少，所以开发了高纯保材加速器。用超导材料锐作加速器壁材，高频电阻小，能够起到防止高频损失的作用。制作加速器空腔材料,体焊接制成加速器空腔。有学者调查了世界各国超导粒子加速器的制作状况,推测超导粒子加速器用高纯锐的消耗量大，20世纪90年代年需求高纯锯达30吨。更高性能的粒子加速器空腔体也在研究中,Cu-Sn合金和Nb表而包覆NbaSn化合物试剂的微波加速器具有比Nb更高的临界温度，在同一温度下表而电阻小。在加速器

7、领域屮Nb显示了特殊的自身超导功能，規的新用途随着高纯化进展逐步扩大，而且高纯枫具有耐热、耐腐蚀等优良性能，在原子结构材料领域中是除钳之外最好的首选材料。2高纯锯的制备高纯银生产一般都是首先设法将Nb2（）5还原成粗規，再经电子束熔炼进一步提纯。一般而言，粗锐中的挥发性元素（如A1、陀、碱金属等）易在电子束熔炼过程中除去，但不易挥发的元素（如Td、W）及I'可隙元素（C、N、H、0）则不易除净，因而必须在电子朿熔炼前的提収冶金过程中或电子束熔炼后的精炼过程中（如电解）除去。因此人们围绕Ta>W.Mo及C、N、II、0的脱净开展了

8、大量工作，并己成功地开发了许多卓有成效的方法。有学者总结了一个制备超纯Nb的方法：首先用K2NbF7的碱性氟化物熔体进行二次电解精炼，然后再超高真空退火和脱碳。用这个工艺可得到含Ta不大于0.4X10“％,W不大于10"%,挥发性元素浓度为10诵％〜10‘％,间