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带你认识氧化铌电容中的铌(Nb)元素

2021-07-23

Nb在元素周期表排列41位,与V同属于第三副族。都说结构决定性质,性质决定用途,那么先来介绍一下Nb原子的结构,它外层电子结构4d45S1,与V的外层电子比有一个差异,3d34S2,可以到V外层4S有2个电子,而Nb外层5S只有1个电子。另外Nb要比V多一个电子壳,所以它的原子半径要比V大,而V与Fe半径基本相同。与V相同,它失去5个电子后会形成稳定5价化合物。

那么,铌来自哪里呢?自然界中Nb基本与同族Ta共生,铌铁矿,(Fe,Mn)(Nb,Ta)2O6,钶钽铁矿((Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6),目前全球大的Nb精矿位于巴西米纳斯吉拉斯州,另外一个矿位于戈亚斯,这两个矿占了全球Nb矿供应75%的市场份额。


氧化铌


铌的氧化物--氧化铌80%~90%都被消耗在钢铁行业中,氧化铌作为一种添加剂与铁矿石一起融化,脱氧,脱碳,脱氮等杂质元素。Nb钢铁掺杂性价比高的一种微量元素,普通钢的屈服强度在250Mpa左右,而添入0.05%的Nb后其强度可以达到是350~800Mpa,换做其它元素没有如此明显的效果。Nb可以与钢铁中的杂质元素C,N,S结合形成稳定的化合物,使钢的微晶更加分散、均匀,从而提高了材料整体的韧性。同时也降低了材料的脆性转变温度,使钢铁的焊接性能有明显提高。如下图可以看到在含有Nb的Fe-C-Mn钢材中,掺入Nb后,铁素体晶相更加细小。

Nb掺杂钢带来的成本节约是非常明显的,同等目标强度条件下可大幅削减铁矿的应用,同时还可以使结构变的更轻,进一步降低了整体使用成本。


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