Niobio en polvo

Visión general del niobio en polvo

El niobio es un metal de transición refractario, blanco y brillante, con una extraordinaria resistencia al calor y un punto de fusión muy elevado. En forma de polvo, presenta una excelente estabilidad térmica, eléctrica y química.

Entre las propiedades clave del polvo de niobio se incluyen:

• Alta resistencia al calor y naturaleza refractaria
• Excelente resistencia a la corrosión
• Superconductor por debajo de 9,2K (-264¡"C)
• Estabilidad térmica y eléctrica
• Baja absorción de neutrones
• Polvo de alta densidad con buena pureza química
• Disponible en varios tamaños de partícula

El polvo de niobio se utiliza allí donde pueden aprovecharse sus propiedades refractarias, conductoras y superconductoras. Las principales aplicaciones son la electrónica, los superconductores, las aleaciones, los componentes resistentes a los productos químicos y al calor, los revestimientos ópticos y la pirotecnia.

Composición del polvo de niobio

El polvo de niobio tiene la siguiente composición típica:

Elemento	Pureza
Niobio (Nb)	≥ 99%
Tantalio (Ta)	0,5% máx
Hafnio (Hf)	0,01% máx.
Nitrogeno (N)	0,03% máx
Carbono (C)	0,05 % máx.
Oxígeno (O)	0.1-0.2%
Hidrógeno (H)	0,0015% máx

El polvo de niobio de alta pureza contiene más de 99% de niobio metálico con bajos niveles de impurezas. Los grados comerciales tienen impurezas permitidas más altas.

Propiedades del niobio en polvo

El polvo de niobio presenta las siguientes propiedades:

Propiedad	Valor
Densidad	8,57 g/cm3
Punto de Fusión	2477¡"C
Conductividad térmica	53 W/mK
Resistividad eléctrica	15 Ã×'Î?cm
Módulo de Young	105 GPa
Coeficiente de Poisson	0.40
Resistencia a la tensión	550 MPa
Resistencia a la compresión	200 MPa
Dureza Vickers	600 HV

El niobio tiene un punto de fusión extremadamente alto y una conductividad muy buena. Ofrece una gran resistencia a bajas y altas temperaturas. La temperatura de transición superconductora es de 9,2K.

Métodos de producción del polvo de niobio

El polvo de niobio puede producirse por métodos como:

• Hidridación-DeshidridaciónLingotes de niobio triturados en polvo grueso e hidratados. El hidruro de niobio se deshidrata al vacío y se muele hasta obtener polvo fino.
• Reducción calciotérmicaReducción del óxido de niobio con calcio, seguida de consolidación y trituración hasta obtener polvo.
• ElectrólisisElectrólisis con sales fundidas del óxido de niobio para producir una esponja de niobio que se tritura hasta convertirla en polvo.
• Reducción del carbonoEl óxido de niobio se reduce con carbono y se transforma en polvo.

El proceso de hidrólisis es el más común, pero la reducción carbónica y electrotérmica ofrecen polvo de mayor pureza.

Aplicaciones del polvo de niobio

El polvo de niobio se utiliza en las siguientes aplicaciones principales:

• ElectrónicaCondensadores, cavidades superconductoras de radiofrecuencia, uniones Josephson, circuitos integrados.
• Aleaciones metálicasSe añade a los aceros y a las aleaciones a base de níquel para aumentar su solidez y resistencia al calor.
• Recubrimientos y pinturasSe utiliza en revestimientos conductores, pinturas resistentes a las chispas y revestimientos ópticos.
• SoldaduraComo material de relleno para acero inoxidable, aleaciones de níquel y metales refractarios.
• Industria químicaComponentes como intercambiadores de calor y recipientes de reactores que utilizan la estabilidad del niobio.
• Pirotecnia.Como combustible y oxidante en formulaciones pirotécnicas.

Especificaciones del polvo de niobio

El polvo de niobio está disponible con distintas especificaciones:

• Grados de purezaDe la pureza comercial a la pureza ultra alta (99,99%) en función de las impurezas.
• Tamaño de las partículasDesde 1 micra hasta 150 micras para diversas aplicaciones.
• MorfologíaFormas de polvo irregulares, esféricas, nodulares y en escamas.
• Superficie de ÁreaDesde grados de polvo de baja superficie hasta grados de polvo de alta superficie.
• Contenido de OxígenoTambién hay disponibles calidades de polvo fino con bajo contenido en oxígeno.
• Grados personalizadosCaracterísticas y pureza de las partículas específicas del cliente.

Proveedores mundiales de Niobio en polvo

Algunos de los principales proveedores mundiales de polvo de niobio son:

• H.C. Starck (Alemania)
• CBMM (Brasil)
• Niobec (Canadá)
• ESPI Metals (EE.UU.)
• Continental Steel & Tube (EE.UU.)
• ZhuZhou Oriental Powder Metallurgy (China)

Estas empresas producen diversos grados de polvo de niobio utilizando diferentes métodos de producción con niveles de pureza desde comercial hasta elevado.

Precios del niobio en polvo

Los precios del polvo de niobio dependen de factores como:

• Grado de purezaDesde $50/kg para la pureza comercial hasta más de $500/kg para los grados de pureza ultra alta.
• Tamaño de partículaLos polvos nanométricos y submicrónicos son más caros.
• MorfologíaLos polvos esféricos y lisos tienen un precio superior.
• CantidadLos precios se reducen para las cantidades a granel debido a la economía de escala.
• FabricanteLos grandes proveedores mundiales ofrecen precios más competitivos.
• GeografíaLos precios varían según la región del mundo.

Almacenamiento y manipulación del niobio en polvo

El polvo de niobio requiere un almacenamiento y una manipulación controlados para:

• Evitar la exposición al aire y a la humedad para minimizar la oxidación
• Evitar los riesgos de ignición y explosión del polvo fino
• Utilizar ventilación y protección respiratoria adecuadas durante la manipulación
• Seguir las precauciones de la ficha de datos de seguridad del proveedor
• Almacenar los envases cerrados en un lugar fresco y seco, lejos de sustancias incompatibles.

Al manipular polvo de niobio deben utilizarse cajas de guantes para gases inertes, una conexión a tierra adecuada y EPI.

Inspección y ensayo de polvo de niobio

El polvo de niobio suele someterse a las siguientes inspecciones y pruebas:

• Análisis químicoLas técnicas de plasma acoplado inductivamente o de fluorescencia de rayos X se utilizan para comprobar la composición y la pureza.
• Pruebas granulométricasRealizado según la norma ASTM B822 utilizando la técnica de difracción láser.
• MorfologíaMicroscopía electrónica de barrido para determinar la forma y la superficie.
• Superficie específicaMétodo BET de absorción de gas utilizado para medir la superficie por unidad de masa.
• Pruebas de impurezasICP-MS para cuantificar los niveles de tantalio, oxígeno, nitrógeno y otras impurezas.
• Flujo de polvoProbado utilizando el caudalímetro Hall según la norma ASTM B213.

Comparación de polvo de niobio y tántalo

Los polvos de niobio y tántalo son dos polvos metálicos refractarios similares comparados:

Parámetro	Niobio en polvo	Polvo de tántalo
Densidad	8,57 g/cm3	16,6 g/cm3
Punto de Fusión	2477¡"C	2996¡"C
Resistividad eléctrica	15 Ã×'Î.cm	13 Ã×'Î.cm
Resistencia a la tensión	550 MPa	400 MPa
Resistencia a la oxidación	Moderado	Mejor
Coste	Inferior	Alto
SOLICITUDES	Aleaciones, condensadores	Medicina, electrónica

El tántalo tiene mayor densidad, punto de fusión y mejor resistencia a la oxidación, pero es más caro que el niobio.

Preguntas frecuentes sobre el polvo de niobio

P: ¿Cómo se produce el polvo de niobio?

R: Los principales métodos de producción de polvo de niobio son la hidrólisis-deshidrólisis, la reducción calciotérmica, la electrólisis y la reducción de carbono de fuentes de óxido de niobio.

P: ¿Para qué se utiliza el polvo de niobio?

R: Las principales aplicaciones del polvo de niobio son la electrónica, las aleaciones metálicas, los revestimientos, la industria química, la soldadura, la pirotecnia y los superconductores.

P: ¿Cuál es el tamaño típico del polvo de niobio para revestimientos por pulverización térmica?

R: En los procesos de pulverización térmica, el polvo de niobio se suele utilizar en partículas de 45-150 micras. Un polvo más fino puede provocar problemas de oxidación.

P: ¿Es inflamable o explosivo el polvo de niobio?

R: Sí, al igual que otros metales finamente divididos, el polvo de niobio puede ser potencialmente inflamable o explosivo. Es necesario tomar las precauciones adecuadas para manipularlo y almacenarlo de forma segura.

P: ¿Dónde puedo comprar polvo de niobio de gran pureza para aplicaciones superconductoras?

R: El polvo de niobio de pureza ultra alta (99,99%) adecuado para aplicaciones superconductoras puede adquirirse a los principales proveedores, como HC Starck, CBMM y ESPI Metals.