Niobpulver

Niob wird in Prothesen und Implantaten wie Herzschrittmachern verwendet, da es physiologisch inert und hypoallergen ist. Darüber hinaus werden Niobpulver als Rohstoff für die Herstellung von Elektrolytkondensatoren benötigt.

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Übersicht über Niobpulver

Niob ist ein glänzendes, weißes, feuerfestes Übergangsmetall mit hervorragender Hitzebeständigkeit und sehr hohem Schmelzpunkt. In Pulverform weist es eine ausgezeichnete thermische, elektrische und chemische Stabilität auf.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von Niobpulver gehören:

  • Hohe Hitzebeständigkeit und feuerfeste Beschaffenheit
  • Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
  • Supraleitend unter 9,2 K (-264 °C)
  • Thermische und elektrische Stabilität
  • Geringe Neutronenabsorption
  • Pulver mit hoher Dichte und guter chemischer Reinheit
  • Erhältlich in verschiedenen Partikelgrößenbereichen

Niobpulver wird dort eingesetzt, wo seine feuerfesten, leitenden und supraleitenden Eigenschaften genutzt werden können. Zu den Hauptanwendungen gehören Elektronik, Supraleiter, Legierungen, chemikalien-/hitzebeständige Komponenten, optische Beschichtungen und Pyrotechnik.

Zusammensetzung von Niobpulver

Niobpulver hat folgende typische Zusammensetzung:

Element Reinheit
Niob (Nb) 99 % min
Tantal (Ta) 0,5 % max
Hafnium (Hf) 0,01 % max
Stickstoff (N) 0,03 % max
Kohlenstoff (C) 0,05 % max
Sauerstoff (O) 0,1–0,2 %
Wasserstoff (H) 0,0015 % max

Hochreines Niobpulver enthält über 99 % Niobmetall mit geringem Verunreinigungsgrad. Handelsübliche Sorten weisen höhere zulässige Verunreinigungen auf.

Eigenschaften von Niobpulver

Niobpulver weist folgende Eigenschaften auQ:

Eigentum Wert
Dichte 8,57 g/cm3
Schmelzpunkt 2477°C
Wärmeleitfähigkeit 53 W/m∙K
Elektrischer widerstand 15 μΩ∙cm
Elastizitätsmodul 105 GPa
Poissonzahl 0,40
Zugfestigkeit 550 MPa
Druckfestigkeit 200 MPa
Vickers-Härte 600 HV

Niob hat einen extrem hohen Schmelzpunkt und eine sehr gute Leitfähigkeit. Es bietet eine hohe Festigkeit bei niedrigen und hohen Temperaturen. Die supraleitende Übergangstemperatur beträgt 9,2 K.

Produktionsmethoden für Niobpulver

Niobpulver kann mit folgenden Methoden hergestellt werden:

  • Hydrieren-Dehydrieren – Niob-Barren werden zu grobem Pulver zerkleinert und hydriert. Das Niobhydrid wird im Vakuum dehydriert und zu feinem Pulver gemahlen.
  • Kalziothermische Reduktion – Reduktion von Nioboxid mit Kalzium, gefolgt von Konsolidierung und Zerkleinerung zu Pulver.
  • Elektrolyse – Elektrolyse von Nioboxid mit geschmolzenem Salz zur Herstellung eines Niobschwamms, der zu Pulver zerkleinert wird.
  • Kohlenstoffreduktion – Nioboxid wird mit Kohlenstoff reduziert und zu Pulver verarbeitet.

Der Hydrierungsprozess ist am gebräuchlichsten, aber Kohlenstoff- und elektrothermische Reduktion bieten Pulver mit höherer Reinheit.

Anwendungen von Niobpulver

Niobpulver wird in den folgenden Hauptanwendungen verwendet:

  • Elektronik – Kondensatoren, supraleitende Hochfrequenzhohlräume, Josephson-Kontakte, integrierte Schaltkreise.
  • Metalllegierungen – werden Stählen und Nickelbasislegierungen für Festigkeit und Hitzebeständigkeit zugesetzt.
  • Beschichtungen und Farben – werden in leitfähigen Beschichtungen, funkenfesten Farben und optischen Beschichtungen verwendet.
  • Schweißen – Als Zusatzwerkstoff für Edelstahl, Nickellegierungen und hochschmelzende Metalle.
  • Chemische Industrie – Komponenten wie Wärmetauscher und Reaktorbehälter nutzen die Stabilität von Niob.
  • Pyrotechnik – Als Brennstoff und Oxidationsmittel in pyrotechnischen Formulierungen.

Spezifikationen von Niobpulver

Niobpulver ist in verschiedenen Spezifikationen erhältlich:

  • Reinheitsgrade – von kommerzieller Reinheit bis hin zu ultrahoher Reinheit (99,99 %) basierend auf Verunreinigungen.
  • Partikelgrößen – von 1 Mikrometer bis 150 Mikrometer für verschiedene Anwendungen.
  • Morphologie – Unregelmäßige, kugelförmige, knötchenförmige und flockige Pulverformen.
  • Oberfläche – Von Pulversorten mit geringer Oberfläche bis hin zu Pulversorten mit großer Oberfläche.
  • Sauerstoffgehalt – Feine Pulverqualitäten mit niedrigem Sauerstoffgehalt sind ebenfalls erhältlich.
  • Kundenspezifische Qualitäten – kundenspezifische Partikeleigenschaften und Reinheit.

Globale Lieferanten von Niobpulver

Zu den weltweit größten Anbietern von Niobpulver gehören:

  • HC Starck (Deutschland)
  • CBMM (Brasilien)
  • Niobec (Kanada)
  • ESPI Metals (USA)
  • Continental Steel & Tube (USA)
  • ZhuZhou Oriental Powder Metallurgy (China)

Diese Unternehmen produzieren verschiedene Niobpulverqualitäten mit unterschiedlichen Produktionsmethoden in kommerziellen bis hohen Reinheitsgraden.

Preise für Niobpulver

Die Preise für Niobpulver hängen von folgenden Faktoren ab:

  • Reinheitsgrad – Von 50 $/kg für kommerzielle Reinheit bis über 500 $/kg für ultrahohe Reinheitsgrade.
  • Partikelgröße – Nano- und Submikron-Pulver sind teurer.
  • Morphologie – Sphärische und glatte Pulver erzielen Premium-Preise.
  • Menge – Bei Großmengen reduzieren sich die Preise aufgrund von Skaleneffekten.
  • Hersteller – Große globale Lieferanten bieten wettbewerbsfähigere Preise.
  • Geografie – Die Preise variieren in verschiedenen Regionen der Welt.

Lagerung und Handhabung von Niobpulver

Niobpulver erfordert eine kontrollierte Lagerung und Handhabung, um:

  • Vermeiden Sie den Kontakt mit Luft und Feuchtigkeit, um Oxidation zu minimieren
  • Zünd- und Explosionsgefahren durch feines Pulver vermeiden
  • Bei der Handhabung geeignete Belüftung und Atemschutz verwenden
  • Befolgen Sie die Vorsichtsmaßnahmen im Sicherheitsdatenblatt des Lieferanten
  • Bewahren Sie versiegelte Behälter an einem kühlen, trockenen Ort und fern von Unverträglichkeiten auf

Beim Umgang mit Niobpulver sollten Inertgas-Handschuhboxen, ordnungsgemäße Erdung und PSA verwendet werden.

Inspektion und Prüfung von Niobpulver

Die folgenden Inspektionen und Tests werden typischerweise an Niobpulver durchgeführt:

  • Chemische Analyse – Induktiv gekoppelte Plasma- oder Röntgenfluoreszenztechniken zur Überprüfung der Zusammensetzung und Reinheit.
  • Prüfung der Partikelgröße – durchgeführt gemäß ASTM B822-Standard unter Verwendung der Laserbeugungstechnik.
  • Morphologie – Rasterelektronenmikroskopie zur Bestimmung von Form und Oberfläche.
  • Spezifische Oberfläche – BET-Gasabsorptionsmethode zur Messung der Oberfläche pro Masseneinheit.
  • Prüfung auf Verunreinigungen – ICP-MS zur Quantifizierung des Gehalts an Tantal, Sauerstoff, Stickstoff und anderen Verunreinigungen.
  • Pulverfluss – Getestet mit Hall-Durchflussmesser gemäß ASTM B213-Standard.

Vergleich von Niob- und Tantalpulver

Niob- und Tantalpulver sind im Vergleich zwei ähnliche hochschmelzende Metallpulver:

Parameter Niobpulver Tantalpulver
Dichte 8,57 g/cm3 16,6 g/cm3
Schmelzpunkt 2477°C 2996°C
Elektrischer widerstand 15 μΩ.cm 13 μΩ.cm
Zugfestigkeit 550 MPa 400 MPa
Oxidationsbeständigkeit Mäßig Besser
Kosten Untere Höher
Anwendungen Legierungen, Kondensatoren Medizin, Elektronik

Tantal hat eine höhere Dichte, einen höheren Schmelzpunkt und eine bessere Oxidationsbeständigkeit, ist jedoch teurer als Niob.

Häufig gestellte Fragen zu Niobpulver

Q: Wie wird Niobpulver hergestellt?

A: Die wichtigsten Produktionsmethoden für Niobpulver sind Hydrierung-Dehydrierung, calciothermische Reduktion, Elektrolyse und Kohlenstoffreduktion von Nioboxidquellen.

Q: Wofür wird Niobpulver verwendet?

A: Zu den Hauptanwendungen von Niobpulver gehören Elektronik, Metalllegierungen, Beschichtungen, chemische Industrie, Schweißen, Pyrotechnik und Supraleiter.

Q: Was ist die typische Niobpulvergröße für thermische Spritzbeschichtungen?

A: Für thermische Spritzverfahren wird Niobpulver typischerweise in Partikelgrößenbereichen von 45–150 Mikrometern verwendet. Feineres Pulver kann zu Oxidationsproblemen führen.

Q: Ist Niobpulver brennbar oder explosiv?

A: Ja, wie andere fein verteilte Metalle kann Niobpulver potenziell entflammbar oder explosiv sein. Für eine sichere Handhabung und Lagerung sind geeignete Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.

Q: Wo kann ich hochreines Niobpulver für supraleitende Anwendungen kaufen?

A: Ultrahochreines (99,99 %) Niobpulver, das für supraleitende Anwendungen geeignet ist, kann von großen Lieferanten wie HC Starck, CBMM und ESPI Metals erworben werden.

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