Niobiumin sovellukset elektroniikkateollisuudessa: kondensaattorit, niobaatit ja suprajohteet

Niobium (Nb) on kappale{0}}keskitetty kuutioinen tulenkestävä metalli, jonka sulamispiste on 2469 C, tiheys 8,57 g/cm3 ja lämpöneutronien sieppauspoikkileikkaus noin 1,15 barnia. Elektroniikkalaitteistossa se esiintyy kolmessa erillisessä roolissa: dielektrisenä oksidina kiinteissä elektrolyyttikondensaattoreissa, B--paikan kationina niobaattiyksityiskiteissä ja keramiikassa sekä suprajohtavan langan ja onteloiden perusmetallina. Koska jokainen reitti sietää erilaista välisisältöä, toimitusketju jakautuu kondensaattori-laatuiseen jauheeseen, optiseen-laatuiseen kiteen raaka-aineeseen ja matala{11}}interstitiaaliseen metalliin suprajohtavaa radiotaajuutta (SRF) varten.

Niobiumia kondensaattoreissa ja dielektrisissä oksideissa

Niobiumpentoksidin, Nb2O5:n suhteellinen bulkkilämpötilavuus on noin 40, kun taas tantaalipentoksidilla on noin 27, joten Nb2O5-dielektriikka tuottaa enemmän kapasitanssia anoditilavuusyksikköä kohti. Anodijauhe tuotetaan aluminotermisellä tai magnesiotermisellä pelkistämällä Nb2O5, minkä jälkeen se sintrataan ja deoksidoidaan hiukkaskoon ja hapen säätelemiseksi. Sintratut anodit anodisoidaan dielektrisen aineen kasvattamiseksi, ja vastaelektrodi on johtava polymeeri- tai mangaanidioksidikerros. Säätömuuttujia ovat ominaispinta-ala ilmaistuna CV/g, happi- ja hiilipitoisuus sekä vapaus kovista agglomeraateista, jotka aiheuttavat hajoamista 105 C:n käyttöikätestin aikana.

Niobaattikeramiikka ja optoelektroniset laitteet

Litiumniobaatti, LiNbO3, on ferrosähköistä, jonka Curie-lämpötila on lähellä 1210 C ja sen pietsosähköinen, elektro-optinen ja epälineaarinen optinen käyttäytyminen. Se kasvatetaan Czochralskin menetelmällä ja leikataan akustisten pinta-aaltojen suodatinsubstraateiksi, elektro-optisiin modulaattoreihin optisia linkkejä varten ja ajoittain napatuiksi kiteiksi taajuuden muuntamista varten. Kaliumniobaattia ja natrium-kaliumniobaattikiinteitä liuoksia käytetään lyijyttömässä- pietsosähköisissä toimilaitteissa. Li/Nb-suhde ja niobium-stoikiometria määrittävät Curie-lämpötilan ja optisen vaurion kynnyksen, minkä vuoksi kidelaatuisen raaka-aineen Nb2O5:ksi on määritetty 99,99 prosenttia tai parempi.

Suprajohtavat magneetit ja RF-ontelot

Nb-Ti-langan suprajohtava siirtymälämpötila on 9,2 K, kun taas A15-yhdiste Nb3Sn saavuttaa 18,3 K ja sitä käytetään, kun vaaditaan yli 10 T kenttiä, esimerkiksi korkean -kentän ydinmagneettiset resonanssimagneetit. ASTM B884 kattaa Nb-47Ti-alueen niobium-titaaniaihiot. SRF-onteloita varten bulkkiniobiumia toimitetaan reaktoriluokan merkinnällä UNS R04210; jäännösvastussuhde on normaalisti määritelty arvoon 250 tai korkeampi, koska suurempi RRR alentaa RF-pintavastusta ja kryogeenistä kuormitusta.

Materiaalitiedot sähköistä{0}}luokan niobia varten

Tuotteen tekniset tiedot ja saapuvat tarkastukset

ASTM B391 kattaa niobiharkot, ASTM B392 -tangon, -tangon ja -langan, ASTM B393 -nauhan, -levyn ja -levyn sekä ASTM B394 -putken. Näissä eritelmissä käytetyt laatuluokat on merkitty UNS R04200 ja UNS R04210. Elektroniikka- ja suprajohtavat ostajat kiristävät yleensä interstitiaalisia rajoja yli spesifikaation maksimien, koska happi ja typpi nostavat jäännösvastusta ja haurastavat ohuita osia. Toimivassa ostotilauksessa ilmoitetaan tuotteen muoto, laatu, välikatot, RRR tai CV/g tavoite, raekoko ja testimenetelmä, koska mitään näistä ei voida päätellä pelkän seoksen nimen perusteella.

Usein kysytyt kysymykset

Q:Miksi kondensaattoreissa käytetään niobiumia tantaalin sijaan?
V: Niobiumpentoksidilla on korkeampi bulkkipäästökyky ja niobiumia on saatavilla enemmän kuin tantaalia, joten Nb2O5-anodi saavuttaa vastaavan kapasitanssin pienemmällä anoditilavuudella ja alhaisemmilla raaka-{2}}materiaalikustannuksilla.

Q:Mitä puhtautta kondensaattori{0}}luokan niobiumjauhe tarvitsee?
V: Jauhe tilataan yleensä vähintään 99,9 prosentin Nb:n pitoisuudella tiiviisti suljetulla happi- ja hiilellä sekä määritellyllä CV/g-alueella, koska jauheeseen jäänyt happi muuttuu vuotovirraksi valmiissa anodissa.

Q:Mikä standardi kattaa elektroniikkaosien niobinauhat ja -levyt?
V: ASTM B393 kattaa niobi- ja niobiumisseosnauhat, -levyt ja -levyt, joiden lajikkeet on merkitty UNS R04200 ja UNS R04210; tanko, tanko ja lanka kuuluvat erikseen ASTM B392:n piiriin.

Q:Miksi SRF-ontelo niobium määrittää RRR:n?
V: Jäännösresistanssisuhde mittaa kuinka vähän epäpuhtauksien sirontaa jää kryogeenisessä lämpötilassa; korkea RRR pitää RF-pintavastuksen alhaisena ja vähentää jäähdytystehoa, joka tarvitaan ontelon pitämiseen 2 K:ssa.

Q:Onko Nb-Ti tai Nb3Sn parempi-tehomagneeteissa?
V: Nb-Ti on sitkeä, helppo vetää ohueksi filamenttilangaksi ja riittää noin 10 T:iin; Nb3Sn:llä on korkeampi siirtymälämpötila ja ylempi kriittinen kenttä, mutta se on hauras ja siihen on reagoitava käämityksen jälkeen.

Q:Mitä kidevirheitä on litiumniobaattikiekoissa?
V: Li/Nb-suhde, jäännösrauta ja sahauksesta ja kiillotuksesta johtuvat pintavauriot ovat muuttujia, jotka muuttavat Curie-lämpötilaa, lisäävät optista absorptiota ja heikentävät optisen vaurion kynnystä.