niyobyum kalay tozu süper iletken teller üretmeyi sağlayan niyobyum ve kalayın karıştırılmasıyla yapılan bir intermetalik bileşiktir. Kriyojenik koşullar altındaki eşsiz özellikleri, yüksek verimli mıknatıslar için kayıpsız elektriksel iletim sağlar.
Bu makale, niyobyum kalay süper iletken tel tozu hakkında teknik özellikler, üretim yöntemi, uygulamalar, fiyatlandırma ve kaynak danışmanlığı sağlar.
Türleri ve Bileşimi niyobyum kalay tozu
Endüstriyel standartları karşılayan süper iletken tel üretimi için niyobyum kalay intermetalik tozu şu bileşime sahip olacaktır:
| Element | Ağırlık % |
|---|---|
| Niyobyum (Nb) | 24-26% |
| Kalay (Sn) | 74-76% |
Temel özellikler:
- Beta-Sn matrisinde Nb'nin katı çözeltisi
- Kübik kristal yapısı
- gümüş grisi renk ve parlak metalik parlaklık
- Yüksek saflık seviyeleri
- Hassas bir şekilde kontrol edilen stokiyometri
Toz işleme sırasında tam Nb-Sn bileşik oranlarını korumak, nihai telde süper iletken özellikler elde etmek için kritik öneme sahiptir.
Üretim Süreci
- Yüksek saflıkta niyobyum ve kalay metalleriyle başlayın
- Atomizasyon veya diğer yöntemlerle toz haline getirin
- Element niyobyum ve kalay tozlarını hassas bir şekilde karıştırın
- Homojenleştirmek için karıştırılmış tozu bilyalı değirmende öğütün
- Parçacık boyutlarını kontrol etmek için eleyin
- Tel çekme işlemine yardımcı olmak için bağlayıcılar/yağlayıcılar uygulayın
- Soğuk izostatik presleme yoluyla NbSn kütüklerini paketleyin
- Çubukları ekstrüde edin ve ince çok telli tellere çekin
- Isıl işlem yoluyla süper iletken matrisi stabilize edin
Üniform NbSn tutarlılığı, yoğunluğu ve tane yapısı elde etmek, toz üretimi sırasında kapsamlı proses kontrolleri gerektirir.
Fiziksel Özellikler
NbSn, ASTM standartlarına göre şu nominal fiziksel özelliklere sahiptir:
| Mülkiyet | Değer | Birim |
|---|---|---|
| Yoğunluk | 8.2 | g/cm3 |
| Erime noktası | 2163 | °C |
| Süper İletken Geçiş Sıcaklığı | 18 | K |
| Kritik Manyetik Alan (Hc2) | 30 | T |
| Kalan Direnç Oranı (RRR) | >50+ |
- Yüksek Tc süper iletken
- Kırılgan intermetalik bileşik
- Tel imalatı için sünekliği korur
- Kriyojenik kullanım koşullarında (4K) süper iletkendir
Toz özelliklerinin hassas bir şekilde izlenmesi, mıknatıs performansını düşüren teldeki kusurları en aza indirir.
Mikroyapı
- Eş eksenli taneler
- Ortalama partikül boyutları 1-50 mikron
- Nb damarlı beta-kalay matrisi
- %5'in altında gözeneklilik
- Kimyasal olarak homojen
- Oksijen/azotu 20 ppm'in altında tutun
Atomizasyon proses kontrolleri ile elde edilen optimize edilmiş mikro yapı, etkili tel imalatını ve süper iletken özellikleri sağlar.
Saflık Standartları
Endüstriyel sınıf niyobyum kalay tozu minimum saflık gereksinimlerini karşılamalıdır:
| Safsızlık | Maksimum ağırlık ppm |
|---|---|
| Karbon (C) | 1500 |
| Oksijen (O) | 1500 |
| Azot (N) | 80 |
| Hidrojen (H) | 15 |
| Nikel (Ni) | 150 |
| Demir (Fe) | 150 |
| Krom (Cr) | 150 |
Araştırma uygulamalarında daha yüksek saflık seviyeleri kullanılır. İmalat sırasında sıkı proses kontrolleri zararlı elementleri en aza indirir. Not: Kirlenme, süper iletken kalitesini büyük ölçüde etkiler - işleme önlemlerini yüksek tutun.
Partikül Boyutu Dağılımı
Elek analizi, partikül boyut dağılımını belirler:
| Örgü | Mikron | Min % | Maks % |
|---|---|---|---|
| -635 | 20 | 0 | 10 |
| -500 | 25 | 0 | 30 |
| -400 | 38 | 25 | 65 |
| -325 | 45 | 30 | 75 |
| -270 | 53 | 15 | 50 |
| -200 | 75 | 0 | 15 |
Partikül boyut dağılımını kontrol etmek, kütük imalatı sırasında yoğunluğu ve tutarlılığı destekler. Daha ince partiküller tel çekme performansını düşürebilir. Elek sarsıcılarla sık sık yapılan testler, parti kalitesini izler.
Tipik Kullanım Alanları
- Yüksek alanlı süper iletken mıknatıslar
- NMR spektroskopisi
- Tıbbi MRI tarayıcıları
- Parçacık hızlandırıcıları için ışın odaklama mıknatısları
- Manyetohidrodinamik gemi tahriki
- Deneysel füzyon reaktörleri
- Süper iletken enerji depolama bobinleri
- Yüksek hızlı levitasyonlu taşıma
- Elektrik şebekelerinde arıza akımı sınırlayıcıları
Hassas NbSn tozu, çeşitli endüstriyel ve araştırma mıknatıs uygulamaları için kriyojenik kullanım koşullarında enerji verimli süper iletken tel imalatını sağlar.
Endüstri Spesifikasyonları
- ASTM B783 - Niyobyum-kalay süper iletken tel için standart spesifikasyon
- IEC 61788-20 - Kompozit süper iletkenler için süper iletkenlik standartları
- ISO 14850 - Niyobyum-Kalay süper iletkenlerde intermetalik bileşik içeriğinin belirlenmesi
- Öngörülen Nb:Sn oranları ile minimum kompozit saflık
Toz tedarikçileri, endüstriyel yeterlilik ve mıknatıs imalatı kullanımı için standartlaştırılmış test yöntemlerine ve kimyasal analizlere uygunluk sertifikaları sağlamalıdır.
Ambalajlama ve Etiketleme
Kirlenmeyi ve oksidasyonu önlemek için:
- 5 ila 30 kg hava geçirmez kutular
- Vakumla kapatılmış koruyucu polimer torbalar
- Nemi emmek için kurutucu torbalar
- Argon inert atmosfer
Her paket, endüstriyel normlara göre şu şekilde etiketlenir:
- Toz sınıfı ve parti numarası
- İmalat tarihi
- Kompozisyon ve saflık test sonuçları
- Üretici adı
- Net ve brüt ağırlıklar
- Kullanım talimatları
- Güvenlik uyarıları
Uygun şekilde paketlemek, toz bütünlüğünü korur. Kullanmadan önce sevkiyatları dikkatlice inceleyin.
Fiyatlandırma
| Sınıf | Saflık | Fiyat Aralığı |
|---|---|---|
| Standart | 96-97% | kg başına 550 - 750 ABD doları |
| Yüksek saflık | 99%+ | kg başına 1200+ ABD doları |
| Araştırma | Ultra yüksek saflık ,999 | kg başına 3000+ ABD doları |
Fiyatlandırma, saflık seviyelerine, ön işleme, sipariş boyutlarına ve coğrafyalara bağlıdır. Hedef spesifikasyonlarınıza göre güncel fiyat teklifleri için doğrudan satıcılara başvurun.
Yüksek performans sınıfı prim talep eder - uygulama ihtiyaçlarını karşılayan tel kalitesini sağlayan ek toz işleme için ödeme yapın. Son mıknatıs sisteminin maliyetinin -25'ini bütçeyin.
Karşılaştırmalı Analiz
Niyobyum kalay tozu tedarikçilerini bu temel yönlerden değerlendirin:
| Parametre | Detaylar |
|---|---|
| Toz Saflığı | Bozulan teli önlemek için en üst düzeye çıkarın; analiz sertifikalarını doğrulayın |
| Partikül Boyutu Kontrolü | Yoğunluk, akışkanlık için sıkı dağılım |
| Elementel Homojenlik | Partiler arasındaki varyasyonu en aza indirin |
| Ambalaj Bütünlüğü | Oksidasyonu ve nem girişini önleyin |
| Parti İzlenebilirliği | Hata kök neden analizini kolaylaştırın |
| Örnekleme Protokolleri | Temsili parti analizini sağlayın |
| Ürün Tutarlılığı | Her çalışmada tel imalat uygunluğunu doğrulayın |
| Sertifikalar | Uluslararası spesifikasyonlara uygunluğu inceleyin |
| Fiyatlandırma | Şeffaf teklifleri karşılaştırın; değer ve prim sınıfları |
Mıknatıs performans ölçümlerini (alan gücü, akım yoğunluğu ve kayıplar) bütçeniz için yönlendirmeye odaklanan toz ortakları seçin.
SSS
S: Niyobyum kalay tozu toksik midir?
C: Niyobyum kalay intermetalikleri düşük biyoyararlanıma sahiptir ve nispeten toksik değildir. Ancak, partiküller tahrişe neden olabileceğinden, tozları solumaktan veya cilt veya gözlerle temastan kaçınmak için işleme önlemleri alınmalıdır. Koruyucu ekipman kullanın.
S: Nb-46,5wt%Ti ile Nb3Sn tozu arasındaki fark nedir?
C: Nb-46,5wt%Ti gibi niyobyum titanyum tozları daha düşük sıcaklıkta süper iletkenlik sergiler ve niş uygulamalarda kullanılırken, 4K'de çalışan Nb3Sn, araştırma ve tıbbi mıknatıslarda daha geniş kullanım için daha yüksek manyetik alan yeteneklerine sahiptir.
S: Niyobyum kalay tozu özel depolama gerektirir mi?
C: NbSn tozunu, kaliteyi düşüren nemden uzak, inert gaz atmosferinde kapatılmış halde tutun. Uzun süreli depolamayı 10-30°C sıcaklıklar arasında, zamanla oksidasyonu ve hidrit bozulmasını önleyerek yapın.
S: Hangi tel spesifikasyonları NbSn tozu ile iyi eşleşir?
C: Yüksek performanslı NbSn F telleri (kalay akılı bronz prosesli çok telli) tozu uygun şekilde optimize eder ve 4,5K veya üzerindeki sıcaklıklarda 20Tesla'nın üzerinde alan güçleri elde eder.
S: Yeterlilik için niyobyum kalay tozu numune testini nereden alabilirim?
C: Önde gelen küresel özel metaller tedarikçileri, toz bileşimlerini değerlendirmek için süper iletken tel üreticileri için özel olarak hazırlanmış toz numune kitlerine sahiptir. Malzeme değerlendirmelerini başlatmak için satış temsilcileriyle iletişime geçin.
daha fazla 3D baskı süreci öğrenin
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)
| Metrik | 2023 | 2024 | 2025 YTD (Aug) | Notlar |
|---|---|---|---|---|
| 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%
