Niobija pielietojumi elektronikas rūpniecībā: kondensatori, niobāti un supravadītāji

Niobijs (Nb) ir korpuss{0}}centrēts kubisks ugunsizturīgs metāls ar kušanas temperatūru 2469 C, blīvumu 8,57 g/cm3 un termisko neitronu uztveršanas šķērsgriezumu aptuveni 1,15 barn. Elektroniskajā aparatūrā tas parādās trīs atšķirīgās lomās: kā dielektriskais oksīds cietos elektrolītiskajos kondensatoros, kā B-vietas katjons niobāta monokristālos un keramikā un kā supravadošās stieples un dobumu parastais metāls. Tā kā katrs maršruts pieļauj atšķirīgu intersticiālu saturu, piegādes ķēde tiek sadalīta kondensatora - kvalitātes pulverī, optiskā- kristāla izejvielās un zemas{11}}intersticiālās metālos supravadošās radiofrekvences (SRF) lietošanai.

Niobijs kondensatoros un dielektriskajos oksīdos

Niobija pentoksīda Nb2O5 tilpuma relatīvā caurlaidība ir aptuveni 40 pretstatā apmēram 27 tantala pentoksīdam, tāpēc Nb2O5 dielektriķis nodrošina lielāku kapacitāti uz anoda tilpuma vienību. Anoda pulveri ražo aluminotermiski vai magneziotermiski reducējot Nb2O5, pēc tam saķepina un deoksidē, lai kontrolētu daļiņu izmēru un skābekli. Saķepinātie anodi tiek anodēti, lai audzētu dielektriķi, un pretelektrods ir vadošs polimērs vai mangāna dioksīda slānis. Kontrolējošie mainīgie ir īpatnējais virsmas laukums, kas izteikts kā CV/g, skābekļa un oglekļa saturs, un cieto aglomerātu trūkums, kas izraisa sabrukšanu 105 C dzīves testa laikā.

Niobāta keramika un optoelektroniskās ierīces

Litija niobāts, LiNbO3, ir feroelektrisks ar Kirī temperatūru tuvu 1210 C un izteiktu pjezoelektrisko, elektro-optisko un nelineāro optisko uzvedību. To audzē pēc Czochralski metodes un sagriež virsmas akustisko viļņu filtru substrātos, elektro-optiskos modulatoros optiskām saitēm un periodiski polētos kristālos frekvences pārveidošanai. Kālija niobāta un nātrija-kālija niobāta cietie šķīdumi tiek izmantoti pjezoelektriskajos pievados, kas nesatur svinu{7}. Li/Nb attiecība un niobija -vietas stehiometrija nosaka Kirī temperatūru un optiskā bojājuma slieksni, tāpēc kristāla kvalitātes izejvielai ir norādīts 99,99 procenti Nb2O5 vai augstāks.

Supravadošie magnēti un RF dobumi

Nb-Ti stieples supravadītāja pārejas temperatūra ir 9,2 K, savukārt A15 savienojuma Nb3Sn temperatūra sasniedz 18,3 K, un to izmanto vietās, kur nepieciešami lauki, kas pārsniedz aptuveni 10 T, piemēram, kodolmagnētiskās rezonanses magnēti ar augstu-lauku. Niobija-titāna sagataves Nb-47Ti diapazonā aptver ASTM B884. SRF dobumiem lielapjoma niobijs tiek piegādāts ar reaktora klases apzīmējumu UNS R04210; atlikušās pretestības koeficientu parasti norāda uz 250 vai augstāku, jo augstāka RRR samazina RF virsmas pretestību un kriogēno slodzi.

Materiālu dati elektroniskajam{0}}nobijam

Produkta specifikācijas un ienākošā pārbaude

ASTM B391 aptver niobija lietņus, ASTM B392 stieni, stieni un stiepli, ASTM B393 sloksni, loksni un plāksni un ASTM B394 cauruli. Šajās specifikācijās izmantotās kategorijas ir apzīmētas ar UNS R04200 un UNS R04210. Elektronisko un supravadītāju pircēji parasti pastiprina intersticiālās robežas, pārsniedzot specifikācijas maksimumus, jo skābeklis un slāpeklis paaugstina atlikušo pretestību un trauslās plānās sekcijas. Darbojamā pirkuma pasūtījumā ir norādīta produkta forma, kategorija, starpposma griesti, RRR vai CV/g mērķis, graudu lielums un pārbaudes metode, jo nevienu no tiem nevar izsecināt tikai no sakausējuma nosaukuma.

Bieži uzdotie jautājumi

Q:Kāpēc kondensatoros tantala vietā izmanto niobiju?
A: Niobija pentoksīdam ir lielāka tilpuma caurlaidība, un niobijs ir plašāk pieejams nekā tantalam, tāpēc Nb2O5 anods sasniedz salīdzināmu kapacitāti ar mazāku anoda tilpumu un zemākām izejmateriālu izmaksām.

Q:Kāda tīrība ir nepieciešama kondensatora -niobija pulverim?
A: Pulveris parasti tiek pasūtīts ar minimālo 99,9 procentu Nb ar cieši noslēgtu skābekli un oglekli, kā arī noteiktu CV/g diapazonu, jo pulverī palikušais skābeklis kļūst par noplūdes strāvu gatavajā anodā.

Q:Kurš standarts attiecas uz niobija sloksnēm un loksnēm elektroniskajām daļām?
A: ASTM B393 attiecas uz niobija un niobija sakausējuma sloksnēm, loksnēm un plāksnēm, kuru markas apzīmētas ar UNS R04200 un UNS R04210; stieni, stieni un stiepli atsevišķi sedz ASTM B392.

Q:Kāpēc SRF dobuma niobijs norāda RRR?
A: Atlikušās pretestības koeficients mēra, cik maz piemaisījumu izkliedes paliek kriogēnajā temperatūrā; augsta RRR saglabā zemu RF virsmas pretestību un samazina dzesēšanas jaudu, kas nepieciešama, lai noturētu dobumu 2 K temperatūrā.

Q:Vai Nb-Ti vai Nb3Sn ir priekšroka augsta-lauka magnētiem?
A: Nb-Ti ir elastīgs, viegli ievelkams smalkā kvēldiega stieplē un atbilst apmēram 10 T; Nb3Sn ir augstāka pārejas temperatūra un augšējais kritiskais lauks, taču tas ir trausls un jāreaģē pēc tinuma.

Q:Kādi kristāla defekti ir svarīgi litija niobāta plāksnēs?
A: Li/Nb attiecība, dzelzs atlikums un virsmas bojājumi zāģēšanas un pulēšanas rezultātā ir mainīgie, kas maina Kirī temperatūru, palielina optisko absorbciju un samazina optiskā bojājuma slieksni.