Интерметаллид Nb3Al (алюминид ниобия): порошок и заготовки

Интерметаллид Nb₃Al (алюминид ниобия) — соединение ниобия с алюминием, которое ценят за две вещи: оно сверхпроводник с одной из самых высоких среди практичных материалов критических температур и одновременно тугоплавкий жаропрочный материал для работы выше 1000 °C. Мы поставляем порошки сплавов системы ниобий – алюминий и порошковые заготовки на основе Nb₃Al по техническому заданию заказчика. Запросы принимаем на почту 5052082@mail.ru.

Что такое Nb₃Al

В системе ниобий – алюминий три интерметаллида: Nb₃Al, Nb₂Al и NbAl₃. Nb₃Al имеет кубическую структуру типа A15 — ту же, что у известного сверхпроводника Nb₃Sn. Идеальный состав — 25 ат. % алюминия, но получить его непросто.

Свойство	Значение
Кристаллическая структура	A15 (кубическая)
Теоретическая плотность	7,29 г/см³
Образование из расплава	перитектически, около 2060 °C
Содержание алюминия в фазе A15	22,5 ат. % при 2060 °C; ≈ 21,5 ат. % при 1000 °C
Критическая температура сверхпроводимости	до 18,4–18,9 K у составов, близких к стехиометрии

Стехиометрический Nb₃Al (25 ат. % Al) устойчив только при очень высоких температурах — выше примерно 1870–1940 °C. При более низких температурах фаза A15 содержит меньше алюминия, а избыток уходит в другие фазы. Это главная технологическая трудность: критическая температура сверхпроводимости максимальна именно у стехиометрического состава.

Nb₃Al как сверхпроводник

У Nb₃Al, полученного обычной диффузией при низкой температуре, критическая температура ниже — порядка 15,5 K, потому что состав отклоняется от стехиометрии. Чтобы получить и стехиометрию, и мелкое зерно (границы зёрен удерживают магнитный поток и повышают критический ток), разработан метод быстрого нагрева и закалки: проволоку из ниобия и алюминия быстро нагревают током примерно до 1900 °C и закаливают в жидком галлии, получая пересыщенный твёрдый раствор, который затем превращают в фазу A15 отжигом около 800 °C в течение 10 часов.

Проводники из Nb₃Al рассматривают для магнитов с очень сильным полем — например, в исследовательской лаборатории Ферми изучали проект магнита на 15 тесла.

Nb₃Al как жаропрочный материал

Высокая температура плавления делает алюминиды ниобия кандидатами для деталей, работающих при 1200 °C и выше, — например, в ракетно-космическом двигателестроении. Слабое место — хрупкость: пластичность литого и отожжённого Nb₃Al даже при 1200 °C — менее 1,5 %. Поэтому разрабатывают двухфазные сплавы — Nb₃Al с пластичным твёрдым раствором алюминия в ниобии.

Порошковый путь получения

Плавить Nb₃Al трудно: ниобий тугоплавок, алюминий легкоплавок и испаряется. Поэтому активно развиваются порошковые технологии. Одна из них — гидридно-кальциевый синтез: оксиды ниобия Nb₂O₅ и алюминия Al₂O₃ совместно восстанавливают гидридом кальция при 1100–1300 °C. Опубликованные исследования показали, что так можно получать порошки системы Nb–Al с заданным содержанием алюминия.

Из таких порошков обычным прессованием и вакуумным спеканием впервые получены компактные сплавы, содержащие не менее 95 % Nb₃Al по массе при пористости менее 5 %. При температурах выше половины температуры плавления Nb₃Al материал показал высокое сопротивление ползучести, предел текучести при сжатии около 430 МПа и предел прочности при растяжении около 160 МПа.

Особенность технологии: при вакуумном спекании часть алюминия испаряется, и рядом с Nb₃Al образуется твёрдый раствор алюминия в ниобии. Это учитывают при расчёте состава шихты.

Где применяется

• сверхпроводники для магнитов с сильным полем — исследовательские и опытные проводники;
• жаропрочные материалы для деталей, работающих выше 1000 °C;
• научные исследования интерметаллидов и сверхпроводников.

Что указать в заявке

• нужен порошок или компактная заготовка;
• состав: Nb₃Al, Nb₂Al, NbAl₃ или двухфазный сплав, содержание алюминия;
• фракцию порошка, размеры заготовок, количество;
• требования к кислороду и другим примесям.

Вопросы и ответы

Почему так трудно получить стехиометрический Nb₃Al?

Потому что состав с 25 ат. % алюминия устойчив только выше примерно 1870–1940 °C. При более низких температурах фаза A15 обедняется алюминием, и сверхпроводящие свойства снижаются.

Хрупок ли Nb₃Al?

Да, особенно при комнатной температуре. Для конструкционного применения разрабатывают двухфазные сплавы с пластичной составляющей.

Какие ещё материалы на основе ниобия есть?

Порошок ниобия, ниобиевый прокат, жаропрочные сплавы.

Заказать Nb₃Al

Поставим порошки сплавов ниобий – алюминий и заготовки на основе Nb₃Al по вашему техническому заданию. Пришлите состав, форму, размеры и количество на почту 5052082@mail.ru — ответим по срокам и стоимости.