Карбид ниобия

13.09.2019

Получение


Карбид ниобия с 11,37% С был впервые получен Джоли восстановлением углеродом соединения К2О*3Nb2О5. Фридерик и Зитгиг восстанавливали водородом чистую пятиокись ниобия при 1000°, получая Nb2O3, а затем смешивали этот полуфабрикат с необходимым количеством углерода и прокаливали смесь при 1200° в токе водорода в молибденовых лодочках в трубчатой электропечи.

Карбид ниобия получали также науглероживанием сажей металлического порошка (с небольшим содержанием тантала) в печи с графитовой трубой в токе водорода при 1700°. При сжигании этого продукта получали привес порядка 26%.

Осаждение чистого карбида ниобия на вольфрамовой нити из смеси паров хлорид ниобия водород + углеводороды так же, как и карбида титана, не удается. Уже при 900—1000° активно выделяется чистый металл; наращенные слои наряду с карбидом всегда содержат и чистый ниобий. Последующий отжиг при 1400—1750° в атмосфере, содержащей углеводороды (CH4, C2H2), как и в опытах Беккера и Эвеста для танталовой проволоки, позволяет получить весь осаждающийся продукт в виде карбида.

Такой способ был использован Кемпбеллом с сотр., проводившими науглероживание ниобия при 1300° в атмосфере, содержавшей водород и углеводороды.

Эггерс и Петер смешивали 60%-ный феррониобий с древесноугольным порошком (5:1) и прокаливали смесь под аргоном в графитовом тигле в печи Таммана. При 1600—1700° наступало частичное расплавление; в дальнейшем затвердевшую массу нагревали до 2000°. После обработки разбавленной соляной кислотой остаток состоял из Fe3Nb2 и карбида Nb4C3 (4,04% С, 71 % Nb, 25% Fe).

Промышленный карбид ниобия получают из Nb2O5, Nb2O3 или порошка чистого металла прокаливанием смеси с сажей при 1300—1400° в трубчатой угольной печи сопротивления.

Получение чистого по кислороду продукта не представляет труда. Для производства безвольфрамовых твердых сплавов на базе NbC + TiC и для исследования образующихся твердых растворов чистую по танталу ниобиевую кислоту науглероживали в трубчатой угольной печи сопротивления в токе водорода или под вакуумом.

Возможно также извлечение карбида ниобия из жидкой металлической ванны подобно карбиду тантала, однако с неизбежными потерями ниобия из-за взаимодействия кислоты с мелкими частицами карбида. В связи с этим процесс следует вести с большим избытком углерода и при высоких температурах, чтобы получить максимально крупные частицы карбида ниобия. Целесообразно также выделять карбид ниобия из металлической ванны в форме кислотоустойчивых твердых растворов.

Система ниобий-углерод


На рис. 39 показана вероятная диаграмма состояния ниобий — углерод по Гольдшмидту. Температура плавления чистого ниобия при добавлении углерода несколько снижается. Имеется лишь один устойчивый карбид состава NbC, область гомогенности которого рентгенографически установлена в работе Беккера и Эберта.
Карбид ниобия

При исследовании системы железо — ниобий — углерод Эггерс и Петер обнаружили карбид ниобия Nb4C3 (аналог V4C3). Однако нужно учесть, что в системе ниобий — углерод, подобно системе ванадий — углерод, возможно образование структур вычитания; кроме того, здесь также образуются твердые распоры NbC-NbO-NbN с решетками, в которых часть атомов углерода замещена атомами кислорода и азота. В этом же смысле можно, по-видимому, объяснить найденный Бауэром карбид Nb2C и Уманским карбид Nb4C.

В отличие от металлов IV группы карбид ниобия не обнаруживает склонности к увеличению содержания углерода при повышенных температурах и к обратному его выделению в виде графита при охлаждении.

Свойства


Монокарбид ниобия NbC (11,45% С) представляет собой серовато-коричневый металлический порошок с фиолетовым оттенком. Агте и Moepc описывают карбид ниобия как светлокоричневый порошок. Карбид ниобия очень устойчив против кислот. При нагреве на воздухе сгорает с образованием вспышки. Легко образует нитриды.

Карбид ниобия кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке (по типу NaCl, B1). Постоянная решетки определена многими исследователями. Наиболее вероятное значение 4,461 А.

Плотность карбида ниобия 7,56 г/см3. Карбид ниобия, выделенный из металлической ванны по методу Мак-Кенна, имеет удельный вес 7,82 г/см3. Расчетная плотность по рентгенографическим данным 7,85 г/см3.

Карбид ниобия тверже корунда. По данным автора. микротвердость карбида ниобия достигает 2400 кг/мм2. Фостер с сотр. приводят среднее значение микротвердости (по Кнупу) 2470 кг/мм2. Модуль упругости карбида ниобия составляет около 34500 кг/мм2.

По данным Фридерика и Зиттига, карбид ниобия плавится при 3730—3830° с распадом. Агте и Альтертум определили температуру плавления карбида ниобия в 3500 + 125°. Теплопроводность составляет 0,034 кал/см*сек*град.

Удельное электрическое сопротивление составляет 150 мком*см, при расплавлении 250 мком*см, по новым данным 74 мком*см. Ниже 10° К карбид ниобия обладает сверхпроводимостью.

Применение


Собственно карбид ниобия технического применения не находит. Высокопрочные твердые растворы карбида ниобия с рядом других карбидов используют как основу или как присадку для безвольфрамовых (или с низким содержанием карбида вольфрама) твердых сплавов. В твердых сплавах, содержащих карбид тантала, карбид ниобия часто появляется как спутник.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна