Нитрид ниобия

Состав и физические свойства нитрида ниобия (NbN)

Нитрид ниобия (NbN) — тугоплавкое бинарное соединение ниобия с азотом. Порошок имеет светло-серый цвет с лёгким жёлтым оттенком; кристаллическое вещество выглядит серым или чёрным. Молекулярная масса — 106,91 г/моль, CAS: 24621-21-4.

Основные физические константы:

Параметр	Значение
Температура плавления	2300 °C
Плотность	8,47 г/см³
Твёрдость по Моосу	8
Микротвёрдость (HV)	14,3 ГПа
Удельное электрическое сопротивление	200 мкОм·см
Теплота образования	−237,8 кДж/моль
Кристаллическая структура	Кубическая (δ-фаза, тип NaCl); гексагональная (ε-фаза)

Содержание ниобия в соединении составляет около 86,9 %, азота — около 11,8 %. Техническая чистота реагентных порошков NbN — 99 % и выше. Допустимая массовая доля железа в качественном порошке — не более 0,05 %.

В системе Nb–N существует несколько нитридных фаз: помимо мононитрида NbN, образуются нитриды переменного состава Nb₂N и Nb₄N₃. Свойства конкретного продукта зависят от стехиометрии и фазового состава, которые определяются условиями синтеза.

Химическая стойкость

Нитрид ниобия отличается высокой химической инертностью. Он не растворяется в соляной, серной и азотной кислотах, а также в царской водке — даже при кипячении. Это существенно отличает его от многих других тугоплавких нитридов и делает предпочтительным для работы в агрессивных кислотных средах.

Растворяется в смеси плавиковой кислоты с концентрированной серной кислотой, а также в горячих концентрированных щелочах с выделением аммиака. На воздухе при нагреве до 500–800 °C NbN окисляется с образованием пятиокиси ниобия Nb₂O₅ и выделением азота. В вакууме при высоких температурах разлагается до металлического ниобия. Вещество не растворяется в воде.

NbN образует твёрдые растворы с карбидами титана, циркония, ванадия и тантала — это свойство используется при синтезе многокомпонентных керамических покрытий и твёрдосплавных матриц.

Сверхпроводящие свойства

Нитрид ниобия является сверхпроводником II рода. Критическая температура сверхпроводящего перехода объёмного материала и порошков составляет около 15,6 К (−257,5 °C). Для тонких плёнок, получаемых методами реактивного распыления или химического осаждения из газовой фазы, значение T_c лежит в диапазоне 10–16 К и существенно зависит от стехиометрии плёнки, толщины и метода осаждения: отклонение от стехиометрического состава Nb:N снижает T_c.

Добавление к NbN карбида ниобия NbC повышает критическую температуру перехода до 17,8 К. Соединение обладает высокой стойкостью к нейтронному облучению, что важно для применений в ядерной технике.

Применение нитрида ниобия в промышленности и науке

Сверхпроводящие детекторы и квантовые устройства

Основная область применения NbN — сверхпроводящая электроника. Тонкие плёнки нитрида ниобия используются для изготовления сверхпроводящих нанопроволочных детекторов одиночных фотонов (SNSPD). Эти детекторы регистрируют отдельные фотоны в инфракрасном диапазоне с субнаносекундным временным разрешением и применяются в телекоммуникациях, квантовых вычислениях и астрофизических измерениях. Нитрид ниобия также используется в болометрах, сверхпроводящих резонаторах и высокочастотных сверхпроводящих соленоидах.

Защитные покрытия для режущего инструмента

Сочетание твёрдости (14,3 ГПа), тугоплавкости и химической стойкости делает NbN перспективным материалом для износостойких покрытий режущего инструмента. Покрытия на основе NbN наносятся методом физического (PVD) или химического (CVD) осаждения из паровой фазы. Для повышения характеристик применяют многокомпонентные системы покрытий, в которых NbN комбинируют с TiN, ZrN или TaN.

Специальные сплавы и твердосплавные матрицы

Порошок нитрида ниобия используется как компонент при производстве твёрдых сплавов и для легирования специальных сталей и жаропрочных сплавов по технологиям порошковой металлургии. Способность NbN образовывать твёрдые растворы с карбидами позволяет управлять механическими свойствами и жаростойкостью конечных изделий.

Помимо нитрида, в производстве твёрдых сплавов и износостойких покрытий на основе ниобия широко применяется карбид ниобия NbC, а также диборид ниобия NbB₂ — тугоплавкий материал с высокой твёрдостью и электропроводностью.

Форма поставки

Нитрид ниобия NbN поставляется в виде порошка. Характеристики поставляемого материала:

Параметр	Значение
Форма	Порошок
Чистота	от 99 %
Размер частиц	до 150 мкм (по согласованию)
Упаковка	Герметичная, в сухом месте

Количество и фракционный состав — по заявке. Для уточнения характеристик и условий поставки направьте запрос через форму на сайте.