帶你認識氧化鈮電容中的鈮(Nb)元素

2021-02-15 粉體圈

那麼，鈮來自哪裡呢？自然界中Nb基本與同族Ta共生，鈮鐵礦，(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6，鈳鉭鐵礦（(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6），目前全球最大的Nb精礦位於巴西米納斯吉拉斯州，另外一個礦位於戈亞斯，這兩個礦佔了全球Nb礦供應75%的市場份額。

鈮的氧化物--氧化鈮80%~90%都被消耗在鋼鐵行業中,氧化鈮作為一種添加劑與鐵礦石一起融化，脫氧，脫碳，脫氮等雜質元素。Nb鋼鐵摻雜性價比最高的一種微量元素,普通鋼的屈服強度在250Mpa左右，而添入0.05%的Nb後其強度可以達到是350~800Mpa,換做其它元素沒有如此明顯的效果。Nb可以與鋼鐵中的雜質元素C，N，S結合形成穩定的化合物，使鋼的微晶更加分散、均勻，從而提高了材料整體的韌性。同時也降低了材料的脆性轉變溫度，使鋼鐵的焊接性能有明顯提高。如下圖可以看到在含有Nb的Fe-C-Mn鋼材中，摻入Nb後,最終的鐵素體晶相更加細小。

Nb摻雜鋼帶來的成本節約是非常明顯的，同等目標強度條件下可大幅削減鐵礦的應用，同時還可以使結構變的更輕，進一步降低了整體使用成本。

目前全球高端的電容幾乎都被鉭電容囊括，其高的介電常數27幾乎是鋁的四倍多，由於鉭電容穩定性佳，因此成為嚴苛的環境電容的首選。然而氧化鈮電容出現打破了鉭電容在高端電容的壟斷地位，氧化鈮在作為電容具有更加明顯的優勢：它介電係數更高，更耐熱阻燃。氧化鈮電容還有一個自愈特性，這種性能會使其信賴性壽命大大提高。目前氧化鈮電容難以量產的原因在於高純鈮粉的獲得，如前面提到，目前80%的鈮都用於鋼鐵行業，鈮電容目前面臨的問題是如何與鋼鐵行業公用一個供貨系統。

鉭鈮和鈮氧化物粉末參數一覽表

隨著電子產業的發展，氧化鈮電容或許會成為另外一個高附加值的應用行業。

目前具有超導效應的金屬中鈮金屬是最高的一個元素，1973年鈮鍺合金的超導溫度提到到23.3K，該記錄一直保持了13年，直到1986一種氧化物的將超導溫度提高了35K，隨後氧化物超導呈現脈衝式爆發，隨後在1987全球260多個研究小組投入研究，超導溫度被迅猛拉升至40K，53K，100K，甚至有團隊宣傳在240K(-30℃)，很快日本鹿兒島大學開發出了287K(室溫14℃)，這堪稱技術史上的奇蹟,現在回頭看看，氧化物雖然可以推高超導溫度，但是其配比，穩定性仍不如鈮鍺合金穩定。

金屬鈮具有非常優良的親生物性，因此鈮線可以用來縫合神經以及肌腱，鈮可以用來製作人工關節，甚至可以用來替代骨頭,肌肉可以附著在鈮表面生長。主要是應為它有極好的抗腐蝕性，不會與人體發生反應。

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