Niobio in polvere

Panoramica della polvere di niobio

Il niobio è un metallo di transizione bianco e brillante, refrattario, con un'eccezionale resistenza al calore e un punto di fusione molto elevato. In polvere, presenta un'eccellente stabilità termica, elettrica e chimica.

Le proprietà principali della polvere di niobio includono:

• Elevata resistenza al calore e natura refrattaria
• Eccellente resistenza alla corrosione
• Superconduttore al di sotto di 9,2K (-264¡"C)
• Stabilità termica ed elettrica
• Basso assorbimento di neutroni
• Polvere ad alta densità con buona purezza chimica
• Disponibile in varie gamme di dimensioni delle particelle

La polvere di niobio viene utilizzata dove è possibile sfruttarne le proprietà refrattarie, conduttive e superconduttive. Le principali applicazioni includono l'elettronica, i superconduttori, le leghe, i componenti resistenti alle sostanze chimiche e al calore, i rivestimenti ottici e la pirotecnica.

Composizione della polvere di niobio

La polvere di niobio ha la seguente composizione tipica:

Elemento	Purezza
Niobio (Nb)	Minimo del 99%
Tantalio (Ta)	0,5% massimo
Hafnio (Hf)	0,01% max
Azoto (N)	0,03% max
Carbonio (C)	0,05% max
Ossigeno (O)	0.1-0.2%
Idrogeno (H)	0,0015% max

La polvere di niobio ad alta purezza contiene oltre 99% di niobio metallico con bassi livelli di impurità. I gradi commerciali hanno impurità più elevate consentite.

Proprietà del niobio in polvere

La polvere di niobio presenta le seguenti proprietà:

Proprietà	Valore
Densità	8,57 g/cm3
Punto di fusione	2477¡"C
Conduttività termica	53 W/m?K
Resistività elettrica	15 Ã×Î?cm
Modulo di Young	105 GPa
Rapporto di Poisson	0.40
Resistenza alla trazione	550 MPa
Resistenza alla compressione	200 MPa
Durezza Vickers	600 HV

Il niobio ha un punto di fusione estremamente elevato e un'ottima conduttività. Offre un'elevata resistenza alle basse e alle alte temperature. La temperatura di transizione superconduttiva è di 9,2K.

Metodi di produzione della polvere di niobio

La polvere di niobio può essere prodotta con metodi quali:

• Idratazione-DeidratazioneLingotti di niobio frantumati in polvere grossolana e idratati. L'idruro di niobio viene disidratato sotto vuoto e macinato in polvere fine.
• Riduzione calciotermicaRiduzione dell'ossido di niobio con il calcio, seguita da consolidamento e frantumazione in polvere.
• ElettrolisiL'elettrolisi a sali fusi dell'ossido di niobio produce una spugna di niobio che viene frantumata in polvere.
• Riduzione delle emissioni di carbonioL'ossido di niobio viene ridotto con il carbonio e trasformato in polvere.

Il processo di idrurazione è il più comune, ma la riduzione al carbonio e quella elettrotermica offrono polveri di maggiore purezza.

Applicazioni della polvere di niobio

La polvere di niobio è utilizzata nelle seguenti applicazioni principali:

• ElettronicaCondensatori, cavità superconduttrici a radiofrequenza, giunzioni Josephson, circuiti integrati.
• Leghe metallicheAggiunge agli acciai e alle leghe a base di nichel per aumentarne la forza e la resistenza al calore.
• Rivestimenti e verniciUtilizzato nei rivestimenti conduttivi, nelle vernici antiscintilla e nei rivestimenti ottici.
• SaldaturaCome materiale di riempimento per acciaio inossidabile, leghe di nichel e metalli refrattari.
• Settore ChimicoComponenti come scambiatori di calore, recipienti di reattori che utilizzano la stabilità del niobio.
• PyrotecnicaCome combustibile e ossidante nelle formulazioni pirotecniche.

Specifiche della polvere di niobio

La polvere di niobio è disponibile in varie specifiche:

• Gradi di purezzaDalla purezza commerciale alla purezza ultraelevata (99,99%) in base alle impurità.
• Dimensioni delle particelleDa 1 micron a 150 micron per varie applicazioni.
• MorfologiaForme di polvere irregolari, sferiche, nodulari e a scaglie.
• Area superficialeDa superfici basse fino a polveri ad alta superficie.
• Contenuto di ossigenoSono disponibili anche gradi di polvere fine a basso contenuto di ossigeno.
• Gradi personalizzatiCaratteristiche delle particelle e purezza specifiche del cliente.

Fornitori globali di polvere di niobio

Alcuni dei principali fornitori di polvere di niobio a livello mondiale includono:

• H.C. Starck (Germania)
• CBMM (Brasile)
• Niobec (Canada)
• ESPI Metals (USA)
• Acciaio e tubi Continental (USA)
• ZhuZhou Oriental Powder Metallurgy (Cina)

Queste aziende producono vari gradi di polvere di niobio utilizzando diversi metodi di produzione con livelli di purezza da commerciali a elevati.

Prezzi del niobio in polvere

I prezzi della polvere di niobio dipendono da fattori quali:

• Grado di purezzaDa $50/kg per la purezza commerciale a oltre $500/kg per i gradi di purezza ultra elevata.
• Dimensione particellareLe polveri in nanoscala e sub-micron sono più costose.
• MorfologiaLe polveri sferiche e lisce hanno un prezzo superiore.
• QuantitàI prezzi si riducono per le grandi quantità grazie all'economia di scala.
• ProduttoreI principali fornitori globali offrono prezzi più competitivi.
• GeografiaI prezzi variano nelle diverse regioni del mondo.

Conservazione e manipolazione della polvere di niobio

La polvere di niobio richiede uno stoccaggio e una manipolazione controllati:

• Evitare l'esposizione all'aria e all'umidità per ridurre al minimo l'ossidazione.
• Evitare i rischi di accensione e di esplosione dovuti alla polvere fine.
• Utilizzare una ventilazione e una protezione respiratoria adeguate durante la manipolazione
• Seguire le precauzioni contenute nella scheda di sicurezza del fornitore
• Conservare i contenitori sigillati in un luogo fresco e asciutto, lontano da sostanze incompatibili.

Durante la manipolazione della polvere di niobio è necessario utilizzare scatole a guanti per gas inerte, un'adeguata messa a terra e DPI.

Ispezione e test della polvere di niobio

Le seguenti ispezioni e prove sono tipicamente eseguite sulla polvere di niobio:

• Analisi chimicaTecniche di plasma accoppiato induttivamente o di fluorescenza a raggi X utilizzate per il controllo della composizione e della purezza.
• Test sulla dimensione delle particelleEseguita secondo lo standard ASTM B822 con la tecnica della diffrazione laser.
• MorfologiaMicroscopia elettronica a scansione utilizzata per determinare la forma e l'area superficiale.
• Superficie specificaMetodo di assorbimento dei gas BET utilizzato per misurare l'area superficiale per unità di massa.
• Test sulle impuritàICP-MS utilizzato per quantificare i livelli di tantalio, ossigeno, azoto e altre impurità.
• Flusso di polvereTestato con il flussimetro di Hall secondo lo standard ASTM B213.

Confronto tra niobio e tantalio in polvere

Le polveri di niobio e tantalio sono due polveri metalliche refrattarie simili tra loro:

Parametro	Niobio in polvere	Polvere di tantalio
Densità	8,57 g/cm3	16,6 g/cm3
Punto di fusione	2477¡"C	2996¡"C
Resistività elettrica	15 Ã×´Î.cm	13 Ã×´Î.cm
Resistenza alla trazione	550 MPa	400 MPa
Resistenza all'ossidazione	Moderato	Migliore
Costi	Inferiore	Più alto
APPLICAZIONI	Leghe, condensatori	Medicale, elettronica

Il tantalio ha una densità e un punto di fusione più elevati e una migliore resistenza all'ossidazione, ma è più costoso del niobio.

Domande frequenti sulla polvere di niobio

D: Come viene prodotta la polvere di niobio?

R: I principali metodi di produzione della polvere di niobio sono l'idrurazione-deidrurazione, la riduzione calciotermica, l'elettrolisi e la riduzione al carbonio delle fonti di ossido di niobio.

D: A cosa serve la polvere di niobio?

R: Le principali applicazioni della polvere di niobio includono elettronica, leghe metalliche, rivestimenti, industria chimica, saldatura, pirotecnica e superconduttori.

D: Qual è la dimensione tipica della polvere di niobio per i rivestimenti a spruzzo termico?

R: Per i processi di spruzzatura termica, la polvere di niobio è tipicamente utilizzata in un intervallo di dimensioni delle particelle di 45-150 micron. Una polvere più fine può causare problemi di ossidazione.

D: La polvere di niobio è infiammabile o esplosiva?

R: Sì, come altri metalli finemente suddivisi, la polvere di niobio può essere potenzialmente infiammabile o esplosiva. È necessario prendere le dovute precauzioni per una manipolazione e uno stoccaggio sicuri.

D: Dove posso acquistare polvere di niobio ad alta purezza per applicazioni superconduttive?

R: La polvere di niobio ad altissima purezza (99,99%) adatta alle applicazioni superconduttive può essere acquistata dai principali fornitori, tra cui HC Starck, CBMM ed ESPI Metals.