poudre de niobium et d'étain est un composé intermétallique obtenu en mélangeant du niobium et de l'étain, qui permet de fabriquer des fils supraconducteurs. Ses propriétés uniques dans des conditions cryogéniques permettent une transmission électrique sans perte pour des aimants très efficaces.
Cet article fournit des spécifications, des méthodes de fabrication, des applications, des prix et des conseils sur l'approvisionnement en poudre de fil supraconducteur en niobium-étain.
Types et composition des poudre de niobium et d'étain
La poudre intermétallique de niobium-étain pour la production de fils supraconducteurs répondant aux normes industrielles aura une composition de :
| Élément | Poids (%) |
|---|---|
| Niobium (Nb) | 24-26% |
| Étain (Sn) | 74-76% |
Caractéristiques principales :
- Solution solide de Nb dans une matrice bêta-Sn
- Structure cristalline cubique
- couleur gris argenté et éclat métallique brillant
- Niveaux de pureté élevés
- Stoechiométrie contrôlée avec précision
Le maintien des rapports exacts entre les composés Nb et Sn pendant le traitement des poudres est essentiel pour obtenir des propriétés supraconductrices dans le fil final.
Processus de fabrication
- Commencer par des métaux de niobium et d'étain de grande pureté
- Transformer en poudre par atomisation ou par d'autres moyens
- Mélange précis de poudres élémentaires de niobium et d'étain
- Broyage à billes de la poudre mélangée pour l'homogénéiser
- Tamis pour contrôler la taille des particules
- Appliquer des liants/lubrifiants pour faciliter le processus de tréfilage
- Emballage de billettes de NbSn par pressage isostatique à froid
- Extrusion de barres et étirage en fils multifilamentaires fins
- Stabiliser la matrice supraconductrice par traitement thermique
L'obtention d'une consistance, d'une densité et d'une structure granulaire uniformes pour le NbSn nécessite des contrôles de processus approfondis lors de la production de la poudre.
Propriétés physiques
Le NbSn présente les propriétés physiques nominales suivantes selon les normes ASTM :
| Propriété | Valeur | Unité |
|---|---|---|
| Densité | 8.2 | g/cm3 |
| Point de fusion | 2163 | °C |
| Température de transition supraconductrice | 18 | K |
| Champ magnétique critique (Hc2) | 30 | T |
| Rapport de résistivité résiduelle (RRR) | >50+ |
- Supraconducteur à haute Tc
- Composé intermétallique fragile
- Conserve sa ductilité pour la fabrication des fils
- Supraconducteur dans des conditions d'utilisation cryogéniques (4K)
Le contrôle précis des attributs de la poudre minimise les défauts du fil qui dégradent les performances de l'aimant.
Microstructure
- Grains équiaxes
- Taille moyenne des particules 1-50 microns
- Matrice bêta-étain avec veines de Nb
- Porosité inférieure à 5
- Chimiquement homogène
- Contrôle de l'oxygène et de l'azote en dessous de 20 ppm
La microstructure optimisée obtenue grâce aux contrôles du processus d'atomisation permet une fabrication efficace du fil et des propriétés supraconductrices.
Normes de pureté
Qualité industrielle poudre de niobium et d'étain doivent répondre à des exigences minimales de pureté :
| Impureté | Poids maximal ppm |
|---|---|
| Carbone (C) | 1500 |
| Oxygène (O) | 1500 |
| Azote (N) | 80 |
| Hydrogène (H) | 15 |
| Nickel (Ni) | 150 |
| Fer (Fe) | 150 |
| Chrome (Cr) | 150 |
Des niveaux de pureté plus élevés sont utilisés dans les applications de recherche. Des contrôles stricts des processus de fabrication permettent de minimiser les éléments nuisibles. Notez que la contamination a un impact considérable sur la qualité du supraconducteur – ; veillez à ce que les précautions de manipulation soient élevées.
Distribution de la taille des particules
L'analyse granulométrique permet de déterminer la répartition des particules :
| Maille | Microns | Min % | Max % |
|---|---|---|---|
| -635 | 20 | 0 | 10 |
| -500 | 25 | 0 | 30 |
| -400 | 38 | 25 | 65 |
| -325 | 45 | 30 | 75 |
| -270 | 53 | 15 | 50 |
| -200 | 75 | 0 | 15 |
Le contrôle de la distribution de la taille des particules favorise la densité et l'homogénéité lors de la fabrication des billettes. Les particules plus fines peuvent dégrader les performances du tréfilage. Des tests fréquents à l'aide de tamiseuses permettent de contrôler la qualité des lots.
Applications typiques
- Aimants supraconducteurs à haut champ
- Spectroscopie RMN
- Scanners IRM médicaux
- Aimants de focalisation de faisceau pour accélérateurs de particules
- Propulsion navale magnétohydrodynamique
- Réacteurs de fusion expérimentaux
- Bobines supraconductrices de stockage d'énergie
- Transport par lévitation à grande vitesse
- Limiteurs de courant de défaut dans les réseaux électriques
La poudre de NbSn de précision permet de fabriquer des fils supraconducteurs à haut rendement énergétique pour diverses applications d'aimants industriels et de recherche dans des conditions d'utilisation cryogéniques.
Spécifications de l'industrie
- ASTM B783 – ; Spécification standard pour les fils supraconducteurs en niobium-étain
- IEC 61788-20 – ; Normes de supraconductivité pour les supraconducteurs composites
- ISO 14850 – ; Détermination de la teneur en composés intermétalliques dans les supraconducteurs Niobium-étain
- Pureté minimale de 96 % du composite avec les rapports Nb:Sn prescrits
Les fournisseurs de poudres doivent fournir des certificats de conformité aux méthodes d'essai normalisées et aux analyses chimiques pour la qualification industrielle et l'utilisation dans la fabrication d'aimants.
Emballage et étiquetage
Pour éviter la contamination et l'oxydation :
- Boîtes hermétiques de 5 à 30 kg
- Sacs de protection en polymère scellés sous vide
- Sacs déshydratants pour absorber l'humidité
- Atmosphère inerte d'argon
Chaque emballage est étiqueté conformément aux normes industrielles :
- Qualité de la poudre et numéro de lot
- Date de fabrication
- Résultats des tests de composition et de pureté
- Nom du fabricant
- Poids net et poids brut
- Instructions de manipulation
- Avertissements de sécurité
Un emballage adéquat préserve l'intégrité de la poudre. Inspecter soigneusement les envois avant utilisation.
Tarification
| Grade | La pureté | Fourchette de prix |
|---|---|---|
| Standard | 96-97% | 550 $ – ; 750 $ par kg |
| Haute pureté | 99%+ | Plus de 1200 $ par kg |
| Recherche | Ultra haute pureté 99,999%. | Plus de 3000 $ par kg |
Les prix dépendent des niveaux de pureté, du traitement préliminaire, de la taille des commandes et des zones géographiques. Contactez directement les vendeurs pour obtenir des devis actualisés sur la base de vos spécifications cibles.
La qualité haute performance commande une prime – ; il faut payer pour un traitement supplémentaire de la poudre qui garantit une qualité de fil répondant aux besoins de l'application. Budget de 15 à 25 % du coût du système magnétique final.
Analyse comparative
Évaluer les fournisseurs de poudre d'étain et de niobium sur la base de ces aspects clés :
| Paramètres | Détails |
|---|---|
| Pureté des poudres | Maximiser pour éviter la dégradation du fil ; vérifier les certificats d'essai |
| Contrôle de la taille des particules | Distribution serrée de la densité et de la fluidité |
| Homogénéité élémentaire | Minimiser les variations entre les lots |
| Intégrité de l'emballage | Prévenir l'oxydation et la pénétration de l'humidité |
| Traçabilité des lots | Faciliter l'analyse des causes profondes des défauts |
| Protocoles d'échantillonnage | Assurer une analyse représentative des lots |
| Cohérence du produit | Valider l'adéquation de la fabrication du fil à chaque tirage |
| Certifications | Vérifier la conformité aux spécifications internationales |
| Tarification | Comparez les devis transparents ; valeur et qualité supérieure |
Sélectionnez des partenaires en poudre qui se concentrent sur l'amélioration des mesures de performance des aimants – ; force de champ, densité de courant et pertes pour votre budget.
FAQ
Q : La poudre de niobium et d'étain est-elle toxique ?
R : Les intermétalliques de niobium-étain ont une faible biodisponibilité et sont relativement non toxiques. Il convient toutefois de prendre des précautions lors de la manipulation afin d'éviter l'inhalation de poudres ou le contact avec la peau ou les yeux, car les particules peuvent provoquer une irritation. Utiliser un équipement de protection.
Q : Quelle est la différence entre la poudre de Nb-46.5wt%Ti et la poudre de Nb3Sn ?
R : Les poudres de niobium et de titane telles que Nb-46,5wt%Ti présentent une supraconductivité à basse température et sont utilisées dans des applications de niche, tandis que Nb3Sn fonctionnant à 4K a des capacités de champ magnétique plus élevées pour une utilisation plus large dans la recherche et les aimants médicaux.
Q : La poudre d'étain et de niobium nécessite-t-elle un stockage particulier ?
R : Conserver la poudre de NbSn scellée dans une atmosphère de gaz inerte, à l'abri de l'humidité qui dégrade la qualité. Stocker à long terme entre 10 et 30°C pour éviter l'oxydation et la détérioration de l'hydrure au fil du temps.
Q : Quelles sont les spécifications des fils qui correspondent à la poudre de NbSn ?
R : Les fils NbSn F à haute performance (multifilament en bronze avec flux d'étain) optimisent correctement l'utilisation des composites à base de poudre en atteignant des intensités de champ supérieures à 20 Tesla à des températures de 4,5 K ou plus.
Q : Où puis-je obtenir des échantillons de poudre d'étain de niobium à des fins de qualification ?
R : Les principaux fournisseurs mondiaux de métaux spéciaux disposent de kits d'échantillonnage de poudres spécialement conçus pour les fabricants de fils supraconducteurs afin d'évaluer la composition des poudres. Contactez les représentants commerciaux pour lancer l'évaluation des matériaux.