Застосування ніобію в електронній промисловості: конденсатори, ніобати та надпровідники

Ніобій (Nb) — це-кубічний тугоплавкий метал з об’ємно-центрованою формою з температурою плавлення 2469 C, густиною 8,57 г/см3 і поперечним-перерізом захоплення теплових нейтронів приблизно 1,15 барна. В електронному обладнанні він виступає в трьох різних ролях: як діелектричний оксид у твердих електролітичних конденсаторах, як катіон B-сайту в монокристалах і кераміці ніобату та як основний метал надпровідного дроту та порожнин. Оскільки кожен маршрут допускає різний проміжний вміст, ланцюжок постачання поділяється на конденсатор-порошок, оптичну-кристалічну сировину та низько{11}}проміжний метал для надпровідних радіочастот (SRF).

Ніобій в конденсаторах і діелектричних оксидах

П’ятиокис ніобію, Nb2O5, має об’ємну відносну діелектричну проникність приблизно 40 проти приблизно 27 для п’ятиокису танталу, тому діелектрик Nb2O5 забезпечує більшу ємність на одиницю об’єму анода. Анодний порошок виготовляють алюмотермічним або магнезіотермічним відновленням Nb2O5, потім спікають і розкислюють для контролю розміру частинок і кисню. Спечені аноди анодуються для вирощування діелектрика, а протиелектрод – це провідний полімер або шар діоксиду марганцю. Контрольними змінними є питома площа поверхні, виражена як CV/г, вміст кисню та вуглецю, а також відсутність твердих агломератів, які викликають руйнування під час випробування на термін експлуатації при 105 C.

Ніобатна кераміка та оптоелектронні прилади

Ніобат літію, LiNbO3, є сегнетоелектриком із температурою Кюрі близько 1210 C і вираженою п’єзоелектричною, електро-оптичною та нелінійно-оптичною поведінкою. Його вирощують за методом Чохральського та нарізають на підкладки фільтра поверхневих акустичних хвиль, електро-оптичні модулятори для оптичних каналів зв’язку та кристали з періодичними полюсами для перетворення частоти. Тверді розчини ніобату калію та ніобату натрію-калію використовуються в безсвинцевих-п’єзоелектричних приводах. Співвідношення Li/Nb і стехіометрія ніобієвої -центри встановлюють температуру Кюрі та поріг оптичного пошкодження, тому кристал{10}}сорт сировини містить 99,99% Nb2O5 або вище.

Надпровідні магніти та радіочастотні резонатори

Дріт з Nb-Ti має температуру переходу в надпровідний стан 9,2 К, тоді як сполука A15 Nb3Sn досягає 18,3 К і використовується там, де потрібні поля понад приблизно 10 Тл, наприклад, для ядерно-магнітного резонансу з високим{6}}полем. Ніобій-титанові заготовки в діапазоні Nb-47Ti охоплюються ASTM B884. Для порожнин SRF об’ємний ніобій поставляється з позначенням реакторного класу UNS R04210; коефіцієнт залишкового питомого опору зазвичай вказується на рівні 250 або вище, оскільки більший RRR знижує поверхневий опір РЧ і кріогенне навантаження.

Дані про матеріали для електронного-ніобію

Технічні характеристики продукції та вхідна перевірка

ASTM B391 охоплює ніобієві злитки, ASTM B392 прутки та дріт, ASTM B393 стрічки, листи та плити та ASTM B394 труби. Сорти, що використовуються в цих специфікаціях, позначаються UNS R04200 і UNS R04210. Покупці електроніки та надпровідників зазвичай звужують міжвузлові межі за межами специфікації, тому що кисень і азот підвищують залишковий опір і роблять тонкі ділянки крихкими. У працездатному замовленні на купівлю вказується форма виробу, сорт, межові перекриття, RRR або CV/g цільове значення, розмір зерна та метод випробування, оскільки жодне з них не можна зробити висновком лише з назви сплаву.

Часті запитання

Q:Чому ніобій використовується в конденсаторах замість танталу?
A: П’ятиокис ніобію має вищу об’ємну діелектричну проникність, і ніобій є більш доступним, ніж тантал, тому анод Nb2O5 досягає порівнянної ємності з меншим об’ємом анода та меншою вартістю-сирого матеріалу.

Q:Якої чистоти потрібен ніобієвий порошок-класу конденсатора?
Відповідь: зазвичай замовляють порошок із мінімальним вмістом ніобію 99,9% з щільно обмеженими киснем і вуглецем, а також певним діапазоном CV/г, оскільки кисень, що залишився в порошку, стає струмом витоку в готовому аноді.

Q:Який стандарт охоплює ніобієві стрічки та листи для електронних частин?
A: ASTM B393 охоплює смуги, листи та пластини з ніобію та ніобієвих сплавів із марками UNS R04200 та UNS R04210; пруток, пруток і дріт розглядаються окремо ASTM B392.

Q:Чому ніобієвий резонатор SRF визначає RRR?
A: Коефіцієнт залишкового питомого опору вимірює, наскільки мало розсіяних домішок залишається при кріогенній температурі; високий RRR зберігає низький поверхневий РЧ опір і зменшує потужність охолодження, необхідну для підтримки температури резонатора на рівні 2 К.

Q:Nb-Ti чи Nb3Sn є кращими для-магнітів із сильним полем?
A: Nb-Ti є пластичним, його легко витягнути в тонкий нитяний дріт і достатній для приблизно 10 Т; Nb3Sn має вищу температуру переходу та верхнє критичне поле, але є крихким і має реагувати після намотування.

Q:Які кристалічні дефекти мають значення в пластинах ніобату літію?
A: Співвідношення Li/Nb, залишкове залізо та пошкодження поверхні від пиляння та полірування є змінними, які зміщують температуру Кюрі, збільшують оптичне поглинання та знижують поріг оптичного пошкодження.