Niyobyum

Niobium, ₄₁Nb

Niobium
Telaffuz	/naɪˈoʊbiəm/ ​(ny-OH-bee-əm)
Görünüm	gri metalik, oksitlendiğinde mavimsi
Standart atom ağırlığı Ar, std(Nb)	7001929063700000000♠92.90637(1)
Periyodik tablodaki Niobium
V ↑ Nb ↓ Ta zirkonyum ← niobium → molibden
Atom numarası (Z)	41
Grup	5. grup
Period	periyot 5
Blok	d-blok
Element kategorisi	Geçiş metali
Elektron konfigürasyonu	[Kr] 4d4 5s1
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 12, 1
Fiziksel özellikler
STP de Faz	katı
Erime noktası	2750 K ​(2477 °C, ​4491 °F)
Kaynama noktası	5017 K ​(4744 °C, ​8571 °F)
Yoğunluk (r.t. yakın)	8.57 g/cm3
Isı entalpisi	30 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	689.9 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	24.60 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 2942 3207 3524 3910 4393 5013
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	−3, −1, +1, +2, +3, +4, +5 (bir hafif asidik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 1.6
İyonlaşma enerjisi	1.: 652.1 kJ/mol 2.: 1380 kJ/mol 3.: 2416 kJ/mol
Atom yarıçapı	deneysel: 146 pm
Kovalent yarıçapı	164±6 pm
niobium spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​hacim merkezli kübik (bcc)
Sesin hızı kalay çubuk	3480 m/s (20 °C)
Termal Genleşme	7.3 µm/(m·K)
Termal iletkenlik	53.7 W/(m·K)
Elektriksel direnç	152 nΩ·m (at 0 °C)
Manyetik sıralama	paramagnetic
Young modülü	105 GPa
Kayma modülü	38 GPa
Bulk modülü	170 GPa
Poisson oranı	0.40
Mohs sertliği	6.0
Vickers sertliği	870–1320 MPa
Brinell sertliği	735–2450 MPa
CAS Numarası	7440-03-1
Tarihçe
Adlandırma	Yunan mitolojisinde Niobe'den sonra Tantalus (tantalum) kızı
Keşfeden	Charles Hatchett (1801)
İlk izolasyon	Christian Wilhelm Blomstrand (1864)
Tarafından ayrı bir kimyasal element olarak kabul edilir.	Heinrich Rose (1844)
niobium ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 90Nb syn 15 h β+ 90Zr 91Nb syn 680 y ε 91Zr 91mNb syn 61 d IT 91Nb 92Nb iz 3.47×107 y ε 92Zr γ – 92m1Nb syn 10 d ε 92Zr γ – 93Nb 100% kararlı 93mNb syn 16 y IT 93Nb 94Nb trace 20.3×103 y β− 94Mo γ – 95Nb syn 35 d β− 95Mo γ – 95mNb syn 4 d IT 95Nb 96Nb syn 24 h β− 96Mo

Kolombiyum olarak da bilinen Niyobyum, Nb (eski adı Cb) ve atom numarası 41 olan kimyasal bir elementtir. Niyobyum açık gri, kristalimsi ve sünek geçişli bir metaldir. Saf niyobyum saf titanyumunkine benzer bir sertliğe sahiptir, ve demir ile benzer sünekliğe sahiptir. Niyobyum, dünya atmosferinde çok yavaş oksitlenir, bu nedenle takıda nikele hipoalerjenik bir alternatif olarak uygulanır. Niyobyum genellikle piroklor ve columbite minerallerinde bulunur, bu nedenle eski adı "columbium". Adı Yunan mitolojisinden, özellikle tantal adıyla Tantalus'un kızı olan Niobe'den geliyor. İsim, fiziksel ve kimyasal özelliklerinde iki element arasındaki büyük benzerliği yansıtarak ayırt edilmelerini zorlaştırır.

İngiliz kimyager Charles Hatchett, 1801'de tantal benzeri yeni bir element bildirdi ve ona columbium adını verdi. 1809'da İngiliz kimyager William Hyde Wollaston yanlış bir şekilde tantal ve columbium'un aynı olduğu sonucuna vardı. Alman kimyager Heinrich Rose, 1846'da tantal cevherlerinin niyobyum adını verdiği ikinci bir element içerdiğini belirledi. 1864 ve 1865'te bir dizi bilimsel bulgu, niyobyum ve columbium'un (tantaldan farklı olarak) aynı element olduğunu ve bir yüzyıl boyunca her iki ismin de birbirinin yerine kullanıldığını açıkladı. Niyobyum resmi olarak 1949'da elementin adı olarak kabul edildi, ancak columbium adı ABD'de metalurjide şu anda kullanımda.

20. yüzyılın başlarına kadar niyobyum ticari olarak kullanılmadı. Brezilya, demir ile %60-70 niyobyum alaşımı olan niyobyum ve ferroniobium'un önde gelen üreticisidir. Niyobyum çoğunlukla gaz boru hatlarında kullanılanlar gibi özel çelikte en büyük kısmı olan alaşımlarda kullanılır. Bu alaşımlar maksimum %0.1 içermesine rağmen, küçük niyobyum yüzdesi çeliğin mukavemetini arttırır. Niyobyum içeren süper alaşımların sıcaklık stabilitesi, jet ve roket motorlarında kullanımı için önemlidir.

Niyobyum çeşitli süper iletken malzemelerde kullanılır. Titanyum ve kalay içeren bu süper iletken alaşımlar, MRI tarayıcıların süper iletken mıknatıslarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Diğer niyobyum uygulamaları arasında kaynak, nükleer endüstriler, elektronik, optik, nümismatik ve mücevher yer alır. Son iki uygulamada, eloksal ile üretilen düşük toksisite ve yanardönerlik oldukça arzu edilen özelliklerdir.Niyobyum teknoloji açısından kritik bir element olarak kabul edilir.

Tarihçe

Niyobyum 1801'de İngiliz kimyager Charles Hatchett tarafından tanımlandı. 1734'te John Winthrop F.R.S. tarafından Amerika Birleşik Devletleri, Connecticut'tan İngiltere'ye gönderilen bir mineral örneğinde yeni bir element buldu. (Genç John Winthrop'un torunu) ve Amerika'nın şiirsel adı Columbia'dan sonra mineral columbite ve yeni element columbium adını verdi. Hatchett tarafından keşfedilen kolumbiyum muhtemelen yeni elementin tantal ile bir karışımıydı.

Daha sonra, columbium (niyobyum) ve yakından ilişkili tantal arasındaki fark konusunda önemli bir karışıklık vardı. 1809'da İngiliz kimyager William Hyde Wollaston, hem columbium - columbite'den elde edilen oksidleri 5.918 g/cm3 yoğunluk ve tantalum tantalit ile 8 g/cm3'ün üzerinde bir yoğunlukla karşılaştırdı ve iki oksidin, yoğunluk farkı aynıydı; böylece tantal adını korudu. Bu sonuç 1846'da tantalit örneğinde iki farklı element olduğunu savunan ve onları Tantalus'un çocuklarının adını alan Alman kimyager Heinrich Rose tarafından tartışıldı: niyobyum (Niobe'den) ve pelopyum (Pelops'tan). Bu karışıklık tantal ve niyobyum arasında gözlenen minimum farklılıklardan kaynaklandı. İddia edilen yeni elementler pelopium, ilmenium ve dianium aslında niyobyum veya niyobyum ve tantal karışımlarıyla özdeşti.

Tantal ve niyobyum arasındaki farklar 1864'te Christian Wilhelm Blomstrand ve Henri Etienne Sainte-Claire Deville ve 1865 yılında bazı bileşiklerin formüllerini belirleyen Louis J. Troost ve son olarak 1866'da İsviçreli kimyager Jean Charles Galissard de Marignac tarafından hepsi sadece iki element olduğunu kanıtladı. Iilmenium ile ilgili makaleler 1871 yılına kadar görünmeye devam etti.

De Marignac, metali bir hidrojen atmosferinde ısıtarak niyobyum klorürü azalttığında 1864'te ilk hazırlayan kişiydi. De Marignac, 1866'ya kadar tantal içermeyen niyobyum üretebilmesine rağmen, ilk ticari uygulama olan akkor lamba filamanlarında niyobyumun kullanılması 20. yüzyılın başlarına kadar değildi. Bu kullanım, niyobyumun daha yüksek bir erime noktasına sahip olan tungsten ile değiştirilmesiyle hızla geçersiz hale geldi. Niyobyum, çeliğin mukavemetini geliştirdi, ilk olarak 1920'lerde keşfedildi ve bu uygulama baskın kullanımı olmaya devam ediyor. 1961'de Amerikalı fizikçi Eugene Kunzler ve Bell Labs'daki iş arkadaşları, niyobyum-kalay'ın güçlü elektrik akımları ve manyetik alanların varlığında süperiletkenlik sergilemeye devam ettiğini keşfettiler, faydalı yüksek güçlü mıknatıslar ve elektrik güç makineleri için gerekli olan yüksek akımları ve alanları destekleyen ilk malzemedir. Bu keşif - yirmi yıl sonra - dönen makineler, parçacık hızlandırıcıları ve parçacık dedektörleri için büyük, güçlü elektromıknatıslar oluşturmak üzere bobinlere sarılmış uzun çok telli kabloların üretimini sağladı.

Karakteristikleri

Fiziksel

Niyobyum periyodik tablonun 5. grubunda (tabloya bakınız) parlak, gri, sünek, paramanyetik bir metaldir ve grup 5 için en dıştaki kabuklarda elektron konfigürasyonu vardır. (Bu, rutenyum (44), rodyum (45) ve paladyum (46) komşuları ile görülebilir.)

Mutlak sıfırdan erime noktasına kadar hacim merkezli kübik kristal yapıya sahip olduğu düşünülse de, üç kristalografik eksen boyunca termal genleşmenin yüksek çözünürlüklü ölçümleri, kübik bir yapı ile tutarsız olan anizotropileri ortaya çıkarır. Bu nedenle, bu alanda daha fazla araştırma ve keşif yapılması beklenmektedir.

Niyobyum, kriyojenik sıcaklıklarda bir süperiletken haline gelir. Atmosferik basınçta, 9,2 K'da elementel süperiletkenlerin en yüksek kritik sıcaklığına sahiptir. Niyobyum, herhangi bir elementin en büyük manyetik penetrasyon derinliğine sahiptir. Buna ek olarak, vanadyum ve technetium ile birlikte üç temel Tip II süperiletkenden biridir. Süperiletken özellikler büyük ölçüde niyobyum metalinin saflığına bağlıdır.

Çok saf olduğunda, nispeten yumuşak ve sünektir, ancak safsızlıklar onu zorlaştırır.

Metal, termal nötronlar için düşük yakalama kesitine sahiptir; dolayısıyla nötron şeffaf yapılarının istendiği nükleer endüstrilerde kullanılır.

Kimyasal

Metal, oda sıcaklığında uzun süre havaya maruz kaldığında mavimsi bir renk alır. Elementel formda (2.468 °C) yüksek bir erime noktasına rağmen, diğer refrakter metallerden daha düşük bir yoğunluğa sahiptir. Ayrıca, korozyona dayanıklıdır, süper iletkenlik özellikleri sergiler ve dielektrik oksit tabakaları oluşturur.

Niyobyum, periyodik tablo, zirkonyumda öncekinden biraz daha az elektropozitif ve daha kompakttır, oysa lantanit kasılmasının bir sonucu olarak daha ağır tantal atomlarıyla neredeyse aynı boyuttadır. Sonuç olarak, niyobyumun kimyasal özellikleri, periyodik tabloda niyobyumun hemen altında görünen tantal olanlara çok benzer. Korozyon direnci tantal kadar çarpıcı olmasa da, daha düşük fiyat ve daha yüksek kullanılabilirlik, niyobyumu kimyasal tesislerdeki kazan astarları gibi daha az zorlu uygulamalar için cazip hale getirir.

izotopları

Yerkabuğundaki niyobyum, bir kararlı izotop olan ⁹³Nb içerir. 2003 yılına kadar, atomik kütle 81 ila 113 arasında değişen en az 32 radyoizotop sentezlendi. Bunlardan en kararlı olanı, 34.7 milyon yıllık yarılanma ömrüne sahip ⁹²Nb'dir. En az kararlı olanlardan biri, tahmini mil ömrü 30 milisaniyeyle ^113Nb'dir. Kararlı ⁹³Nb'den daha hafif olan izotoplar, bazı istisnalar dışında, β⁺ bozunma eğilimlidir ve daha ağır olanlar β⁻ decay bozunma eğilimlidir. ⁸¹Nb, ⁸²Nb, ve ⁸⁴Nb, küçük β⁺ gecikmeli proton emisyonu bozulma yollarına, elektron yakalama ve pozitron emisyonu ile ⁹¹Nb bozulmalarına ve hem and β⁺ hem de β⁻ bozulmasına göre ⁹²Nb bozulmalarına sahiptir.

Atom kütlesi 84 ila 104 arasında değişen en az 25 nükleer izomer tarif edilmiştir. Bu aralıkta sadece ⁹⁶Nb, ¹⁰¹Nb, ve ¹⁰³Nb'nin izomerleri yoktur. Niyobyumun izomerlerinin en kararlı olanı, yarı ömrü 16.13 yıl olan ⁹³mNb'dir. En az kararlı izomer, 103 ns yarılanma ömrüne sahip ⁸⁴mNb'dir. Niyobyumun izomerlerinin tamamı, küçük bir elektron yakalama dalı olan ^92m1Nb hariç izomerik geçiş veya beta bozunması ile bozunur.

Oluşum

Niyobyum'un, 20 ppm ile Dünya'nın kabuğunda 34. en yaygın element olduğu tahmin edilmektedir. Bazıları Dünya üzerindeki bolluğun çok daha büyük olduğunu ve elementin yüksek yoğunluğunun onu Dünya'nın çekirdeğinde yoğunlaştırdığını düşünüyor. Serbest element doğada bulunmaz, ancak niyobyum minerallerdeki diğer elementlerle kombinasyon halinde oluşur. Niyobyum içeren mineraller sıklıkla tantal içerir. Örnekler arasında columbite ((Fe,Mn)(Nb,Ta)₂O₆) ve columbite-tantalit (veya coltan, (Fe,Mn)(Ta,Nb)₂O₆) bulunur. Kolombit-tantalit mineralleri (en yaygın tür kolumbit-(Fe) ve tantalit-(Fe) 'dir, burada "-(Fe)", demirin manganez gibi diğer elementler üzerindeki yaygınlığını bildiren Levinson son ekidir. pegmatit müdahalelerinde ve alkali müdahaleci kayaçlarda yardımcı minerallerdir. Daha az yaygın olan kalsiyum, uranyum, toryum ve nadir toprak elementlerinin niobatlarıdır. Bu tür niobatların örnekleri piroklor (Na,Ca)₂Nb₂O₆(OH,F))'dir (şimdiki bir grup adı, nispeten yaygın bir örnek, ör., Flüorkaliopiroklor) ve öjenit (doğru olarak euxenite-(Y) olarak adlandırılır) ((Y,Ca,Ce,U,Th)(Nb,Ta,Ti)₂O₆). Bu büyük niyobyum birikintilerinin karbonatitlerle (karbonat-silikat magmatik kayaçlar) ve piroklorun bir bileşeni olarak bulunduğu bulunmuştur.

Şu anda çıkarılan üç büyük piroklor yatakları, ikisi Brezilya'da ve biri Kanada'da, 1950'lerde bulundu ve hala niyobyum mineral konsantrelerinin en büyük üreticileri. En büyük depozito, CBMM'ye (Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração) ait Minas Gerais eyaleti Araxá'da karbonatit saldırılarına ev sahipliği yapıyor; diğer aktif Brezilya yatakları Goiás eyaletinin Catalão yakınında yer alır ve Çin Molibden'e ait olup, aynı zamanda bir karbonatit saldırısına ev sahipliği yapar. Birlikte, bu iki maden dünya arzının yaklaşık %88'ini üretiyor. Brezilya'nın Amazonas eyaleti São Gabriel da Cachoeira yakınlarında büyük ama hala keşfedilmemiş bir yataklar ve özellikle Roraima eyaletinde birkaç küçük yataklar var.

Üçüncü büyük niyobyum üreticisi, Magris Resources'ın sahibi olduğu Chicoutimi, Quebec, yakınlarındaki Saint-Honoré'de bulunan karbonatit tarafından barındırılan Niobec madenidir. Dünya arzının %7 ila %10'unu üretir.

Üretim

Diğer minerallerden ayrıldıktan sonra, Ta₂O₅ ve niyobyum Nb₂O₅ tantallarının karışık oksitleri elde edilir. İşlemedeki ilk adım, oksitlerin hidroflorik asit ile reaksiyonudur:

Ta₂O₅ + 14 HF → 2 H₂[TaF₇] + 5 H₂O

Nb₂O₅ + 10 HF → 2 H₂[NbOF₅] + 3 H₂O

De Marignac tarafından geliştirilen ilk endüstriyel ölçekli ayırma, kompleks niyobyum ve tantal florürler, dipotasyum oksipentafloroniobat monohidratın ((K₂[NbOF₅]·H₂O) ve dipotasyum heptafluorotantalatın (K₂[TaF₇]) suda farklı çözünürlüklerinden yararlanır. Daha yeni işlemlerde sikloheksanon gibi organik çözücülerle florürlerin sulu çözeltiden sıvı ekstraksiyonu kullanılır. Karmaşık niyobyum ve tantal florürler, organik çözücüden suyla ayrı olarak özümlenir ve potasyum florür kompleksi üretmek için potasyum florür ilave edilerek çökeltilir veya pentoksit olarak amonyak ile çökeltilir:

H₂[NbOF₅] + 2 KF → K₂[NbOF₅]↓ + 2 HF

Followed by:

2 H₂[NbOF₅] + 10 NH₄OH → Nb₂O₅↓ + 10 NH₄F + 7 H₂O

Metalik niyobyuma indirgemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Erimiş bir K₂[NbOF₅] ve sodyum klorür karışımının elektrolizi birdir; diğeri florürün sodyum ile indirgenmesidir. Bu yöntemle, nispeten yüksek saflıkta bir niyobyum elde edilebilir. Büyük ölçekli üretimde, Nb₂O₅ hidrojen veya karbon ile indirgenir. Alüminotermik reaksiyonda, demir oksit ve niyobyum oksit karışımı alüminyum ile reaksiyona sokulur:

3 Nb₂O₅ + Fe₂O₃ + 12 Al → 6 Nb + 2 Fe + 6 Al₂O₃

Reaksiyonu arttırmak için sodyum nitrat gibi az miktarda oksitleyici eklenir. Sonuç, çelik üretiminde kullanılan bir demir ve niyobyum alaşımı olan alüminyum oksit ve ferroniyobyumdur. Ferroniyobyum %60-70 arasında niyobyum içerir. Demir oksit olmadan, alüminotermik işlem niyobyum üretmek için kullanılır. Süperiletken alaşımların derecesine ulaşmak için daha fazla saflaştırma gereklidir. Vakum altında eriyen elektron ışını, iki büyük niyobyum distribütörü tarafından kullanılan yöntemdir.

2013 itibariyle, Brezilya'dan gelen CBMM, dünyadaki niyobyum üretiminin yüzde 85'ini kontrol etti. ABD Jeoloji Araştırması, üretimin 2005 yılında 38.700 tondan 2006'da 44.500 tona yükseldiğini tahmin ediyor. Dünya çapındaki kaynakların 4.400.000 ton olduğu tahmin edilmektedir. 1995-2005 arasındaki on yıllık dönemde, 1995 yılında 17.800 tondan başlayarak üretim iki kattan fazla arttı. 2009 ve 2011 yılları arasında, üretim yıllık 63.000 tonda sabit kalırken, 2012'de hafif bir düşüş yılda sadece 50.000 tona geriledi.

Bileşikler

Birçok yönden, niyobyum tantal ve zirkonyuma benzer. Çoğu metal ile yüksek sıcaklıklarda reaksiyona girer; oda sıcaklığında flor ile; 150 °C'de klor ve 200 °C'de hidrojen ile; ve 400 °C'de azot ile, sıklıkla interstisyel ve nontoichiometrik ürünlerle reaksiyona girer. Metal havada 200 °C'de oksitlenmeye başlar. Kaynaşmış alkaliler ve aqua regia, hidroklorik, sülfürik, nitrik ve fosforik asitler dahil asitlerle korozyona karşı dayanıklıdır. Niyobyum, hidroflorik asit ve hidroflorik / nitrik asit karışımları tarafından saldırıya uğrar.

Her ne kadar niyobyum +5 ila −1 arasında tüm formal oksidasyon durumlarını sergilese de, en yaygın bileşikler +5 durumunda niyobyuma sahiptir. Karakteristik olarak, oksidasyon durumlarında 5+'den düşük bileşikler Nb-Nb bağı gösterir. Sulu çözeltilerde, niyobyum sadece +5 oksidasyon durumunu gösterir. Aynı zamanda hidrolize kolayca yatkındır ve sulu Nb oksidin çökelmesi nedeniyle hidroklorik, sülfürik, nitrik ve fosforik asitlerin seyreltik çözeltilerinde zar zor çözünür. Nb (V), çözünür polioksoniobat türlerinin oluşumu nedeniyle alkalin ortamda da az çözünür.

Oksitler ve sülfitler

Niyobyum, oksidasyon durumlarında +5 (Nb₂O₅), +4 (NbO₂), +3 (Nb
2O
3) ve daha nadir oksidasyon durumu +2 (NbO) içinde oksitler oluşturur. En yaygın olanı, neredeyse tüm niyobyum bileşikleri ve alaşımlarının öncüsü olan pentoksittir. Niobatlar, pentoksidin bazik hidroksit çözeltileri içerisinde çözündürülmesi veya alkali metal oksitlerde eritilmesiyle üretilir. Örnekler lityum niobat (LiNbO₃) ve lantan niobattır (LaNbO₄). Lityumda niobat, trigonal olarak çarpık bir perovskit benzeri yapı iken lantan niobat, yalnız NbO3−
4 iyonları içerir. Tabakalı niyobyum sülfür (NbS₂) de bilinmektedir.

Malzemeler, niyobyum (V) etoksitin 350 °C'nin üzerinde termal ayrışması ile üretilen ince bir niyobyum (V) oksit kimyasal buhar biriktirme veya atomik tabaka biriktirme işlemleri filmi ile kaplanabilir.

Halitler

Niyobyum +5 ve +4'ün oksidasyon durumlarının yanı sıra çeşitli subtoichiometrik bileşiklerde halidler oluşturur. Pentahalidler (NbX
5) oktahedral Nb merkezlerine sahiptir. Niyobyum pentaflorür (NbF₅), erime noktası 79.0 °C olan beyaz bir katıdır ve niyobyum pentaklorür (NbCl₅), erime noktası 203.4 °C olan sarıdır (soldaki resme bakın). Her ikisi de hidrolize edilerek NbOCl₃ gibi oksitler ve oksihalidler elde edilir. Pentaklorür, niobosen diklorür ((C
5H
5)
2NbCl
2) gibi organometalik bileşikleri üretmek için kullanılan çok yönlü bir reaktiftir. Tetrahalidler (NbX
4), Nb-Nb bağları olan koyu renkli polimerlerdir; örneğin, siyah higroskopik niyobyum tetraflorür (NbF₄) ve kahverengi niyobyum tetraklorür (NbCl₄).

Niyobyumun anyonik halid bileşikleri, kısmen pentahalidlerin Lewis asitliği nedeniyle iyi bilinmektedir. En önemlisi, Nb ve Ta'nın cevherlerden ayrılmasında bir ara madde olan [NbF₇]²⁻'dir. Bu heptaflorür, oksopentaflorürü tantal bileşiğinden daha kolay oluşturma eğilimindedir. Diğer halid kompleksleri arasında oktahedral NbCl₆]⁻:

Nb₂Cl₁₀ + 2 Cl⁻ → 2 [NbCl₆]⁻

Düşük atom numarası olan diğer metallerde olduğu gibi, çeşitli indirgenmiş halid küme iyonları bilinmektedir, bunun başlıca örneği [Nb₆Cl₁₈]⁴⁻'dür.

Nitrürler ve karbürler

Diğer ikili niyobyum bileşikleri, düşük sıcaklıklarda süperiletken hale gelen ve kızılötesi ışık detektörlerinde kullanılan niyobyum nitrürü (NbN) içerir. Ana niyobyum karbür, ticari olarak kesici takım uçlarında kullanılan son derece sert, refrakter, seramik bir malzeme olan NbC'dir.

Uygulamalar

2006 yılında çıkarılan 44.500 ton niyobyumdan yaklaşık %90'ı yüksek kaliteli yapısal çelikte kullanıldı. İkinci en büyük uygulama süper alaşımlardır. Niyobyum alaşımlı süperiletkenler ve elektronik bileşenler dünya üretiminin çok küçük bir bölümünü oluşturmaktadır.

Çelik üretimi

Niyobyum, içinde niyobyum karbür ve niyobyum nitrür oluşturduğu çelik için etkili bir mikro alaşım elementidir. Bu bileşikler, taneciklerin arıtılmasını geliştirir ve yeniden kristalleşmeyi ve çökelme sertleşmesini geciktirir. Bu etkiler sırayla tokluğu, mukavemeti, şekillendirilebilirliği ve kaynaklanabilirliği arttırır. Mikro alaşımlı paslanmaz çelikler içinde niyobyum içeriği, modern otomobillerde yapısal olarak yaygın olarak kullanılan yüksek mukavemetli düşük alaşımlı çeliklere küçük ( %0.1'den az) ancak önemli bir ektir. Niyobyum bazen Crucible CPM S110V paslanmaz çelikte %3'e kadar yüksek derecede aşınmaya dayanıklı makine bileşenleri ve bıçakları için oldukça yüksek miktarlarda kullanılır.

Aynı niyobyum alaşımları genellikle boru hattı yapımında kullanılır.

Süperalaşımlar

Niyobyum miktarları, jet motoru bileşenleri, gaz türbinleri, roket alt montajları, turbo şarj sistemleri, ısıya dayanıklı ve yanma ekipmanı gibi uygulamalar için %6,5'e varan oranlarda nikel, kobalt ve demir bazlı süper alaşımlarda kullanılır. Niyobyum, süperalaşımın tane yapısı içinde bir sertleştirme γ-fazını çökeltir.

Örnek bir süper alaşım, kabaca %50 nikel, %18.6 krom, %18.5 demir, %5 niyobyum, %3.1 molibden, %0.9 titanyum ve %0.4 alüminyumdan oluşan Inconel 718'dir. Bu süper alaşımlar, örneğin Gemini programı için gelişmiş hava çerçevesi sistemlerinde kullanılmıştır. Apollo Servis Modülünün nozulu için başka bir niyobyum alaşımı kullanıldı. Niyobyum 400 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda oksitlendiğinden, bu uygulamalar için alaşımın kırılgan olmasını önlemek için koruyucu bir kaplama gereklidir.

Niyobyum esaslı alaşımlar

C-103 alaşımı 1960'ların başında Wah Chang Corporation ve Boeing Co. tarafından ortaklaşa geliştirildi. DuPont, Union Carbide Corp., General Electric Co. ve diğer birçok şirket, büyük ölçüde Soğuk Savaş ve Uzay Yarışı tarafından yönlendirilen Nb bazlı alaşımları aynı anda geliştiriyorlardı. %89 niyobyum,%10 hafniyum ve %1 titanyumdan oluşur ve Apollo Lunar Modüllerinin ana motoru gibi sıvı roket itici nozulları için kullanılır.

SpaceX tarafından Falcon 9 roketinin üst aşaması için geliştirilen Merlin Vakum serisi motorların nozulu, bir niyobyum alaşımından yapılmıştır.

Niyobyumun oksijen ile reaktivitesi, vakum veya inert bir atmosferde çalışılmasını gerektirir, bu da üretim maliyetini ve zorluğunu önemli ölçüde artırır. Vakumlu ark eritme (VAR) ve o zamanki yeni işlemler olan elektron demeti eritme (EBM), niyobyum ve diğer reaktif metallerin gelişmesini sağladı. C-103 veren proje, 1959'da, "C-serisinde" (muhtemelen columbium'dan), düğme olarak eritilebilen ve tabaka haline getirilebilen 256 kadar deneysel niyobyum alaşımıyla başladı. Wah Chang, nükleer sınıf zirkonyum alaşımlarından rafine edilen ve ticari kullanıma sokmak istediği bir hafniyum envanterine sahipti. C-serisi alaşımlarının 103. deney bileşimi, Nb-10Hf-1Ti, şekillendirilebilirlik ve yüksek sıcaklık özelliklerinin en iyi kombinasyonuna sahipti. Wah Chang, 1961'de C-103'ün ilk 500 lb ısısını EBM ve VAR kullanarak levhaya kül etti. Amaçlanan uygulamalar arasında türbin motorları ve sıvı metal ısı eşanjörleri vardı. O dönemden gelen niyobyum alaşımları, Fansteel Metallurgical Corp.'dan FS85 (Nb-10W-28Ta-1Zr), Wah Chang ve Boeing'den Cb752 (Nb-10W-2.5Zr) ve Cb752'den (Nb-10W-2.5Zr) Union Tube Carbide ve Superior Tube Co.'dan Nb1Zr

Süper iletken mıknatıslar

Niyobyum-germanyum (Nb
3Ge), niyobyum-kalay (Nb
3Sn) ve niyobyum-titanyum alaşımları, süper iletken mıknatıslar için tip II süperiletken tel olarak kullanılır. Bu süper iletken mıknatıslar, manyetik rezonans görüntüleme ve nükleer manyetik rezonans cihazlarının yanı sıra parçacık hızlandırıcılarında kullanılır. Örneğin, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı 600 ton süper iletken tel kullanırken, Uluslararası Termonükleer Deney Reaktörü tahmini 600 ton Nb₃Sn ip teli ve 250 ton NbTi ip teli kullanır. Yalnızca 1992'de, niyobyum-titanyum tel ile 1 milyar ABD dolarından fazla klinik manyetik rezonans görüntüleme sistemi inşa edildi.

Diğer süperiletkenler

Serbest elektronlu lazerler FLASH (iptal edilen TESLA doğrusal hızlandırıcı projesinin sonucu) ve XFEL'de kullanılan süper iletken radyo frekansı (SRF) oyukları saf niyobyumdan yapılır. Fermilab'daki bir cryomodule ekibi, saf niyobyumdan yapılmış 1.3 GHz dokuz hücreli SRF oyukları geliştirmek için FLASH projesinden aynı SRF teknolojisini kullandı. Oyuklar, Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcının 30 kilometrelik (19 mi) doğrusal parçacık hızlandırıcısında kullanılacaktır. Aynı teknoloji SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarında LCLS-II'de ve Fermilab'da PIP-II'de kullanılacak.

Süper iletken niyobyum nitrür bolometrelerinin yüksek hassasiyeti, onları THz frekans bandında elektromanyetik radyasyon için ideal bir dedektör yapar. Bu dedektörler Submimetre Teleskopunda, Güney Kutbu Teleskopunda, Alıcı Laboratuvarı Teleskopunda ve APEX'te test edildi ve şimdi Herschel Uzay Gözlemevi'ndeki HIFI cihazında kullanılıyor.

Diğer kullanımlar

Elektroseramikler

Ferroelektrik olan lityum niobat, cep telefonlarında ve optik modülatörlerde ve yüzey akustik dalga cihazlarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Lityum tantalat ve baryum titanat gibi ABO₃ yapısı ferroelektriklerine aittir. Niyobyum kapasitörleri tantal kapasitörlere alternatif olarak mevcuttur, ancak tantal kapasitörler hala baskındır. Daha yüksek bir kırılma indisi elde etmek için cama Niobyum eklenir, böylece daha ince ve daha hafif düzeltici camlar elde edilir.

Hipoalerjenik uygulamalar: ilaç ve mücevher

Niyobyum ve bazı niyobyum alaşımları fizyolojik olarak inert ve hipoalerjeniktir. Bu nedenle niyobyum kalp pili gibi protezlerde ve implant cihazlarında kullanılır. Sodyum hidroksit ile muamele edilen niyobyum, osseointegrasyona yardımcı olan gözenekli bir tabaka oluşturur.

Titanyum, tantal ve alüminyum gibi niyobyum da, hipoalerjenik özelliğinin son derece arzu edildiği mücevherler için çok çeşitli yanardöner renkler üretmek üzere ısıtılabilir ve anodize edilebilir ("reaktif metal anodizasyonu").

Nümismatik

Niyobyum, genellikle gümüş veya altın içeren hatıra sikkelerinde değerli bir metal olarak kullanılır. Örneğin, Avusturya 2003'ten başlayarak bir dizi gümüş niyobyum euro madeni para üretti; bu bozuk paralar renk ışığın ince bir eloksal oksit tabakası tarafından kırılmasıyla yaratılır. 2012'de, madalyonun merkezinde geniş bir renk yelpazesi gösteren on sikke bulunmaktadır: mavi, yeşil, kahverengi, mor, menekşe veya sarı. Bunun iki örneği 2004 Avusturya 25€ 150 Yıllık Semmering Alpine Demiryolu hatıra parası ve 2006 Avusturya 25 € Avrupa Uydu Navigasyon hatıra parasıdır. Avusturyalı darpanesi, Letonya için 2004'te başlayan ve 2007'de bir tane olmak üzere benzer bir madeni para serisi üretti. 2011 yılında, Royal Canadian Mint, niyobyumun seçici olarak oksitlendiği Hunter's Moon adında 5 dolarlık bir gümüş ve niyobyum madeni para üretimine başladı ve böylece iki madeni paranın tam olarak birbirine benzemediği benzersiz yüzeyler yarattı.

Diğer

Yüksek basınçlı sodyum buharlı lambaların ark tüpü contaları, bazen %1 zirkonyum ile alaşımlanmış niyobyumdan yapılır; niyobyum, sinterlenmiş alümina ark tüp seramiği ile eşleşen, çalışma lambasının içindeki sıcak sıvı sodyum ve sodyum buharı tarafından kimyasal saldırıya veya azalmaya karşı dirençli bir yarı saydam malzeme ile eşleşen çok benzer bir termal genleşme katsayısına sahiptir.

Niyobyum, bazı paslanmaz çelik stabilize kaliteler için ark kaynak çubuklarında ve daha sonra genellikle platinle kaplanan bazı su tanklarındaki katodik koruma sistemleri için anotlarda kullanılır.

Niyobyum, propanın seçici oksidasyonu ile akrilik asit üretimi için yüksek performanslı heterojen katalizörlerin önemli bir bileşenidir.

Niyobyum, Parker Solar Probe'un güneş korona parçacıkları reseptör modülünün yüksek voltaj telini yapmak için kullanılır.

Önlemler

Niyobyum

Tehlikeler
NFPA 704	0 0 0
Aksi belirtilmediği sürece, veriler malzemelerin standart hallerinde verilir (25 °C'de [77 °F], 100 kPa).
Bilgikutusu referansı

Niyobyum'un bilinen bir biyolojik rolü yoktur. Niyobyum tozu göz ve cildi tahriş edici ve potansiyel bir yangın tehlikesi olsa da, daha büyük ölçekte elementel niyobyum fizyolojik olarak inert (ve dolayısıyla hipoalerjenik) ve zararsızdır. Takılarda sıklıkla kullanılır ve bazı tıbbi implantlarda kullanım için test edilmiştir.

Niyobyum içeren bileşiklere çoğu insan nadiren rastlanır, ancak bazıları toksiktir ve dikkatle tedavi edilmelidir. Suda çözünen iki kimyasal olan niyobatlara ve niyobyum klorüre kısa ve uzun süreli maruz kalma sıçanlarda test edilmiştir. Tek bir niyobyum pentaklorür veya niobat enjeksiyonu ile tedavi edilen sıçanlar, 10 ila 100 mg/kg arasında bir ortalama ölümcül doz (LD50) gösterir. Oral uygulama için toksisite daha düşüktür; sıçanlarla yapılan bir çalışmada, yedi gün 940 mg/kg'dan sonra bir LD50 elde edilmiştir.