Сверхпроводящие приложения
Давно обнаружено, что при понижении температуры до почти абсолютного нуля химические свойства некоторых веществ резко меняются, превращаясь в «сверхпроводники» с почти нулевым сопротивлением. Температура, при которой вещество начинает обладать этим уникальным свойством «сверхпроводимости», называется критической температурой. Само собой разумеется, что критическая температура различных веществ не одинакова.
Знаете, сверхнизкие температуры труднодоступны, и люди платят за них огромную цену, и чем ближе вы к абсолютному нулю, тем большую цену вам приходится платить. Поэтому наше требование к сверхпроводящим веществам, конечно, заключается в том, что чем выше критическая температура, тем лучше.
Существует много элементов со сверхпроводящими свойствами, и ниобий является элементом с самой высокой критической температурой. Сплавы из ниобия с критической температурой до 18,5-21 градуса по абсолютной температуре являются важнейшими сверхпроводящими материалами в настоящее время.
Однажды люди провели такой эксперимент: металлическое ниобиевое кольцо, холодное до сверхпроводящего состояния, подключили к электрическому току, а затем отключили от тока, а затем закрыли весь набор приборов, чтобы поддерживать низкую температуру. Два с половиной года спустя люди включили прибор и обнаружили, что ток в ниобиевом кольце все еще течет, а сила тока была почти такой же, как и при первом подаче электричества!
Из этого эксперимента видно, что сверхпроводящие материалы почти не теряют ток. Если вы используете сверхпроводящий кабель для передачи электроэнергии, то, поскольку он не имеет сопротивления, не будет потерь энергии при прохождении тока, поэтому эффективность передачи будет значительно улучшена.
Кто-то спроектировал высокоскоростной поезд на магнитной подвеске, на колесах которого установлены сверхпроводящие магниты, так что весь поезд может плыть по рельсам около десяти сантиметров. Таким образом, больше нет трения между поездом и рельсами, что снижает сопротивление движению вперед. Поезд на магнитной подвеске, перевозящий 100 человек, может развивать скорость более 500 километров в час, используя всего 100 лошадиных сил.
С 20-километровой лентой из ниобия и олова, намотанной на фланец колеса диаметром 1,5 метра, обмотки способны генерировать сильное и стабильное магнитное поле, достаточное для того, чтобы поднять груз весом 122 килограмма и левитировать его в пространстве магнитного поля. Если бы это магнитное поле использовалось в реакции термоядерного синтеза, а мощная реакция термоядерного синтеза могла бы контролироваться, то можно было бы обеспечить нас большим и почти бесконечным запасом дешевой электроэнергии.
Генератор постоянного тока когда-то был сделан из сверхпроводящего материала ниобий-титан. Он имеет много преимуществ, таких как малый размер, легкий вес, низкая стоимость, и он вырабатывает в сто раз больше электроэнергии, чем обычные генераторы того же размера.
Суперсплавы
Большая часть мирового ниобия используется в чистом металлическом состоянии или в виде высокочистых феррониобиевых и ниобиево-никелевых сплавов для производства никелевых, хромовых и железных суперсплавов. Эти сплавы используются в реактивных двигателях, газотурбинных двигателях, компонентах ракет, турбокомпрессорах и жаропрочном оборудовании сгорания. Ниобий образует фазу в зернистой структуре суперсплавов. Эти сплавы обычно содержат до 6,5% ниобия. Сплав Inconel 718 является одним из ниобийсодержащих сплавов на основе никеля с 50% никеля, 18,6% хрома, 18,5% железа, 5% ниобия, 3,1% молибдена, 0.9% титана и 0,4% алюминия. Применения включают использование в качестве высококачественного материала планера самолета, такого как программа Gemini.
Сплавы на основе ниобия
C-103 — это сплав ниобия, содержащий 89% ниобия, 10% гафния и 1% титана, который может использоваться в соплах жидкостных ракетных двигателей, таких как главный двигатель лунного модуля Apollo. В сервисном модуле Apollo используется другой сплав ниобия. Поскольку ниобий начинает окисляться при температуре выше 400 градусов, на его поверхность необходимо нанести защитное покрытие, чтобы предотвратить его хрупкость.
Медицинские приложения
Ниобий также занимает важное место в хирургическом лечении, он может быть использован не только для изготовления медицинских приборов, но и является хорошим «материалом биологической адаптации», поскольку обладает превосходной коррозионной стойкостью, не взаимодействует с различными жидкими веществами в организме человека и практически не повреждает ткани организма, может быть адаптирован к любому методу стерилизации, поэтому может длительное время сочетаться с органическими тканями и оставаться в организме человека безвредным.