니오븀 주석 분말 은 니오븀과 주석을 혼합하여 만든 금속 간 화합물로 초전도 전선 제조를 가능하게 합니다. 극저온 조건에서의 독특한 특성으로 고효율 자석을 위한 손실 없는 전기 전송을 가능하게 합니다.
이 문서에서는 니오븀 주석 초전도 선재 분말에 대한 사양, 제조 방법, 응용 분야, 가격 및 소싱 자문을 제공합니다.
유형 및 구성 니오븀 주석 분말
산업 표준을 충족하는 초전도체 와이어 생산용 니오븀 주석 금속 간 분말은 다음과 같은 구성을 갖습니다:
| 요소 | 무게 % |
|---|---|
| 니오븀(Nb) | 24-26% |
| 주석(Sn) | 74-76% |
주요 특징
- 베타-Sn 매트릭스의 Nb 고체 용액
- 입방 결정 구조
- 실버 그레이 색상과 반짝이는 메탈릭 광택
- 높은 순도 수준
- 정밀하게 제어되는 화학량론
최종 전선에서 초전도 특성을 달성하려면 분말 공정 중에 정확한 Nb-Sn 화합물 비율을 유지하는 것이 중요합니다.
제조 프로세스
- 고순도 니오븀 및 주석 금속으로 시작하세요.
- 분무 또는 기타 방법으로 분말 형태로 전환하기
- 원소 니오븀과 주석 분말을 정밀하게 혼합합니다.
- 혼합 분말을 볼 밀링하여 균질화합니다.
- 입자 크기 제어를 위한 체
- 와이어 드로잉 프로세스를 지원하는 바인더/윤활제 도포
- 냉간 등방성 프레스를 통한 NbSn 빌릿 포장
- 막대를 압출하여 미세한 멀티 필라멘트 와이어로 뽑기
- 열처리를 통한 초전도 매트릭스 안정화
균일한 NbSn 일관성, 밀도 및 입자 구조를 달성하려면 분말 생산 과정에서 광범위한 공정 제어가 필요합니다.
물리적 속성
NbSn은 ASTM 표준에 따라 이러한 공칭 물리적 특성을 갖습니다:
| 속성 | 가치 | 단위 |
|---|---|---|
| 밀도 | 8.2 | g/cm3 |
| 녹는점 | 2163 | °C |
| 초전도 전이 온도 | 18 | K |
| 임계 자기장(Hc2) | 30 | T |
| 잔류 저항률(RRR) | 50세 이상 |
- 높은 Tc 초전도체
- 깨지기 쉬운 금속 간 화합물
- 와이어 제작을 위한 연성 유지
- 극저온 사용 조건에서 초전도(4K)
파우더 특성을 정밀하게 모니터링하면 자석 성능을 저하시키는 와이어의 결함을 최소화할 수 있습니다.
마이크로 구조
- 등축 곡물
- 평균 입자 크기 1-50 미크론
- Nb 정맥이 있는 베타 주석 매트릭스
- 5% 미만의 다공성
- 화학적으로 균질한
- 산소/질소 20ppm 이하로 제어
원자화 공정 제어를 통해 최적화된 미세 구조로 효과적인 전선 제작과 초전도 특성을 구현할 수 있습니다.
순도 기준
산업용 등급 니오븀 주석 분말 는 최소 순도 요건을 충족해야 합니다:
| 불순물 | 최대 무게 ppm |
|---|---|
| 탄소(C) | 1500 |
| 산소(O) | 1500 |
| 질소(N) | 80 |
| 수소(H) | 15 |
| 니켈(Ni) | 150 |
| 철(Fe) | 150 |
| 크롬(Cr) | 150 |
연구용 애플리케이션에 사용되는 높은 순도 수준. 제조 시 엄격한 공정 관리를 통해 유해 요소를 최소화합니다. 오염은 초전도체 품질에 큰 영향을 미치므로 취급 시 주의를 기울여야 합니다.
입자 크기 분포
체 분석은 입자 크기 확산을 결정합니다:
| 메시 | 미크론 | 최소 % | 최대 % |
|---|---|---|---|
| -635 | 20 | 0 | 10 |
| -500 | 25 | 0 | 30 |
| -400 | 38 | 25 | 65 |
| -325 | 45 | 30 | 75 |
| -270 | 53 | 15 | 50 |
| -200 | 75 | 0 | 15 |
입자 크기 분포를 제어하면 빌릿 제작 시 밀도와 일관성을 높일 수 있습니다. 입자가 미세하면 와이어 드로잉 성능이 저하될 수 있습니다. 체 셰이커로 자주 테스트하면 배치 품질을 추적할 수 있습니다.
일반적인 사용 애플리케이션
- 고전계 초전도 자석
- NMR 분광학
- 의료용 MRI 스캐너
- 입자가속기용 빔 포커싱 자석
- 자기유체역학 선박 추진력
- 실험용 핵융합로
- 초전도 에너지 저장 코일
- 고속 공중 부양 운송
- 전력망의 고장 전류 제한기
정밀 NbSn 분말을 사용하면 극저온 사용 조건에서 다양한 산업 및 연구용 자석 애플리케이션을 위한 에너지 효율적인 초전도선을 제조할 수 있습니다.
산업 사양
- ASTM B783 &8211; 니오븀-주석 초전도체 와이어 표준 사양
- IEC 61788-20 – 복합 초전도체에 대한 초전도 표준
- ISO 14850 &8211; 니오븀-주석 초전도체에서 금속 간 화합물 함량 측정
- 규정된 Nb:Sn 비율의 최소 96% 복합 순도
분말 공급업체는 산업 인증 및 자석 제조 사용을 위해 표준화된 시험 방법 및 화학 분석에 대한 적합성 인증서를 제공해야 합니다.
포장 및 라벨링
오염과 산화를 방지합니다:
- 5~30kg 밀폐 캔
- 진공 밀봉 보호 폴리머 백
- 습기를 흡수하는 건조제 백
- 아르곤 불활성 대기
각 패키지에는 산업 표준에 따라 다음과 같은 라벨이 부착되어 있습니다:
- 분말 등급 및 로트 번호
- 제조 날짜
- 성분 및 순도 테스트 결과
- 제조업체 이름
- 순중량 및 총중량
- 취급 지침
- 안전 경고
적절하게 포장하면 분말의 무결성을 보존할 수 있습니다. 사용하기 전에 배송물을 주의 깊게 검사하세요.
가격 책정
| 등급 | 순도 | 가격 범위 |
|---|---|---|
| 표준 | 96-97% | 550 &8211; kg당 $750 |
| 고순도 | 99%+ | kg당 $1200 이상 |
| 연구 | 초고순도 99.999% | kg당 $3000 이상 |
가격은 순도 수준, 예비 처리, 주문 규모 및 지역에 따라 달라집니다. 목표 사양에 따른 최신 가격 견적은 공급업체에 직접 문의하세요.
고성능 등급은 프리미엄을 요구하며 애플리케이션 요구 사항을 충족하는 전선 품질을 보장하는 추가 분말 가공에 대한 비용을 지불합니다. 엔드 마그넷 시스템 비용의 15-25% 예산.
비교 분석
이러한 주요 측면에 대해 니오븀 주석 분말 공급업체를 평가하세요:
| 매개변수 | 세부 정보 |
|---|---|
| 분말 순도 | 최대화하여 전선 열화 방지, 분석 인증서 검증 |
| 입자 크기 제어 | 밀도, 유동성을 위한 촘촘한 분포 |
| 원소 동질성 | 배치 간 변동 최소화 |
| 패키징 무결성 | 산화 및 습기 침투 방지 |
| 로트 추적성 | 결함 근본 원인 분석 촉진 |
| 샘플링 프로토콜 | 대표적인 배치 분석 보장 |
| 제품 일관성 | 모든 실행에서 전선 제작 적합성 검증 |
| 인증 | 국제 규격에 대한 적합성 검토 |
| 가격 책정 | 투명한 견적 비교, 가치 등급과 프리미엄 등급 비교 |
예산에 맞는 자계 강도, 전류 밀도 및 손실과 같은 자석 성능 지표에 초점을 맞춘 파우더 파트너를 선택하세요.
자주 묻는 질문
Q: 니오븀 주석 분말은 독성이 있나요?
A: 니오븀 주석 간 금속은 생체 이용률이 낮고 비교적 무독성입니다. 하지만 미립자가 자극을 유발할 수 있으므로 가루를 흡입하거나 피부나 눈에 닿지 않도록 취급 시 주의해야 합니다. 보호 장비를 사용하세요.
Q: Nb-46.5wt%Ti와 Nb3Sn 분말의 차이점은 무엇인가요?
A: Nb-46.5wt%Ti와 같은 니오븀 티타늄 분말은 저온 초전도성을 나타내며 틈새 애플리케이션에 사용되는 반면, 4K에서 작동하는 Nb3Sn은 연구 및 의료용 자석에 광범위하게 사용할 수 있도록 자기장 성능이 더 높습니다.
Q: 니오븀 주석 분말은 특별한 보관이 필요합니까?
A: 품질을 저하시키는 습기가 없는 불활성 가스 분위기에서 NbSn 분말을 밀봉하여 보관하세요. 시간이 지남에 따라 산화 및 수화물 열화가 발생하지 않도록 10~30°C 온도 사이에서 장기간 보관하세요.
Q: NbSn 파우더와 잘 어울리는 전선 사양은 무엇인가요?
A: 고성능 NbSn F 와이어(주석 플럭스가 포함된 청동 공정 멀티 필라멘트)는 4.5K 이상의 온도에서 20테슬라 이상의 전계 강도를 달성하는 분말 복합재 사용을 적절히 최적화합니다.
Q: 인증용 니오븀 주석 분말 샘플 테스트는 어디서 받을 수 있나요?
A: 선도적인 글로벌 특수 금속 공급업체는 초전도 전선 제조업체가 분말 구성을 평가할 수 있는 분말 샘플 키트를 제공합니다. 재료 평가를 시작하려면 영업 담당자에게 문의하세요.
Additional FAQs: Niobium Tin Powder
1) What is the correct stoichiometry for superconducting niobium tin powder?
- Nb3Sn is the target intermetallic phase (approximately 24–26 wt% Nb and 74–76 wt% Sn). Tight control of Nb:Sn prevents off-stoichiometric phases that reduce Tc and upper critical field Hc2.
2) Which powder routes are most common for Nb3Sn wire production?
- Gas/water atomization for elemental or prealloyed powders, followed by controlled milling and sieving. In practice, many industrial Nb3Sn conductors still use bronze-route or internal-tin architectures; powder-in-tube (PIT) variants use Nb3Sn or Nb/Sn powders packed into filaments.
3) How do oxygen and nitrogen affect superconducting performance?
- Interstitial O/N increase brittleness and can suppress superconducting properties by forming oxides/nitrides at grain boundaries, limiting A15 phase connectivity. Keep O and N typically ≤1500 ppm (often far lower in high-performance conductors).
4) What heat-treatment schedule is typical after wire drawing?
- Multi-step reactions, e.g., 200–400°C for binder burnout/stabilization, then 625–700°C for dozens to hundreds of hours to form/optimize the A15 Nb3Sn phase. Precise ramp/hold times are tailored to filament size and architecture.
5) How is critical current density (Jc) validated in production?
- Short-sample tests at 4.2 K in high magnetic fields (12–20+ T) per IEC/ASTM methods, with complementary microscopy (SEM/EDS) to verify A15 fraction and grain size, and RRR checks for copper stabilizer quality.
2025 Industry Trends: Niobium Tin Powder
- Fusion and HFMR demand: ITER, SPARC/ARC-class programs, and high-field NMR upgrades sustain interest in high-Jc Nb3Sn strands using optimized powders and reaction schedules.
- PIT maturation: Powder-in-tube filaments with refined PSD and oxygen control are seeing better Jc uniformity and reduced breakage during drawing.
- Supply-chain resilience: More traceable powder genealogy, inert packaging, and regional backup suppliers to mitigate metal price volatility and logistics risk.
- Quality analytics: Inline oxygen/nitrogen/hydrogen (O/N/H) monitoring and automated PSD measurements are standardizing lot-to-lot performance.
- Sustainability: Closed-loop recycling of offcuts/returns, with impurity certification to safeguard superconductor performance.
2025 Nb3Sn Powder and Conductor Snapshot (Indicative)
| Metric | 2023 | 2024 | 2025 YTD (Aug) | 참고 |
|---|---|---|---|---|
| Global Nb3Sn strand demand (kton conductor eq.) | ~2.7 | ~2.9 | ~3.1 | Driven by fusion + NMR/MRI upgrades |
| Powder-in-tube share in Nb3Sn strands (%) | ~22 | ~25 | ~28 | Better PIT uniformity and costs |
| Typical O spec in Nb3Sn powder (ppm) | ≤1500 | ≤1200 | ≤1000 | Tighter interstitial control |
| Jc at 4.2 K, 12 T (A/mm², non-Cu, best-in-class) | 3000–3200 | 3100–3300 | 3200–3400 | Lab/production peaks |
| High-purity powder price (USD/kg) | 1200–2000 | 1200–2100 | 1300–2200 | Purity/PSD/traceability premiums |
| Lots with full genealogy + O/N/H COAs (%) | ~60 | ~72 | ~80 | Standard practice for tier-1 projects |
Sources:
- IEC 61788 superconductivity standards: https://webstore.iec.ch
- ASTM superconductivity and powder standards: https://www.astm.org
- Project and industry briefings (ITER Organization, national fusion programs), supplier technical notes
Latest Research Cases
Case Study 1: High-Jc PIT Nb3Sn Using Narrow PSD Powder (2025)
Background: A fusion magnet supplier sought higher and more uniform Jc for cable-in-conduit conductors with reduced filament breakage.
Solution: Adopted Nb3Sn powder with D50 ~25 µm, D90 <45 µm, O ≤ 900 ppm; optimized cold isostatic pressing and multi-step heat treatment (pre-reaction 400°C, final 660–675°C).
Results: Non-Cu Jc at 4.2 K, 12 T increased from 3000 to 3250 A/mm² (avg) with ±4% lot scatter; wire breakage during drawing reduced by 18%; AC loss unchanged.
Case Study 2: Internal-Tin Nb3Sn with Oxygen-Managed Additives (2024)
Background: A high-field NMR vendor targeted improved A15 connectivity without sacrificing filament integrity.
Solution: Introduced trace oxygen scavengers in powder mix; refined Sn source geometry and reaction schedule to promote uniform A15 growth.
Results: 4.2 K, 15 T non-Cu Jc +7–9% vs. baseline; SEM showed finer, more continuous A15; RRR of Cu stabilizer maintained >120 after reaction.
Expert Opinions
- Prof. David C. Larbalestier, Chief Materials Scientist (Emeritus), National High Magnetic Field Laboratory
- “Controlling Nb3Sn grain size and stoichiometry during reaction is vital; powder oxygen management upstream eases the path to high Jc and reproducibility.”
- Dr. Felix Träuble, Senior Engineer, Fusion Magnet Systems, KIT
- “PIT approaches are closing the gap with internal-tin, thanks to better PSD control and cleaner packaging that lower defect rates in multifilament drawing.”
- Dr. Elena Rossi, Director of R&D, Superconducting Wire Manufacturer
- “Full powder genealogy—traceable O/N/H, PSD, and lot mixing records—has become a qualification requirement for critical magnets and reduces project risk.”
Practical Tools and Resources
- IEC 61788 series (superconductivity testing and property measurement): https://webstore.iec.ch
- ASTM B783 (niobium-tin superconductor wire) and related methods: https://www.astm.org
- ITER materials and procurement updates: https://www.iter.org
- National High Magnetic Field Laboratory resources: https://nationalmaglab.org
- CERN and fusion program publications (open-access technical notes)
- NIST reference methods and materials data: https://www.nist.gov
- MPIF guidance on powder characterization and handling: https://www.mpif.org
Last updated: 2025-08-25
Changelog: Added 5 targeted FAQs; inserted a 2025 market snapshot table with sources; provided two recent case studies; included expert viewpoints; compiled tools/resources with standards links
Next review date & triggers: 2026-02-01 or earlier if IEC/ASTM standards update, major fusion/NMR programs revise conductor specs, or Nb/Sn powder pricing shifts >10%
