1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Неорганические материалы
  4. T. 59, № 11, 2023

Неорганические материалы, 2023, T. 59, № 11, стр. 1292-1302

Восстановление оксидных соединений ниобия пара́ми кальция

М. В. Крыжанов 1, *, В. М. Орлов 1

1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФИЦ “Кольский научный центр Российской академии наук”
184209 Мурманская обл., Апатиты, Академгородок, 26А, Россия

* E-mail: m.kryzhanov@ksc.ru

Поступила в редакцию 29.06.2023
После доработки 15.08.2023
Принята к публикации 16.08.2023

Аннотация

Исследовано восстановление оксидных соединений ниобия пара́ми кальция при температуре 1023–1123 K. При помощи термодинамического моделирования с использованием программного комплекса TERRA рассчитана адиабатическая температура восстановления кальцием пентаоксида ниобия (3020 K) и ниобата Mg4Nb2O9 (2525 K). Определено влияние температуры процесса, продолжительности выдержки и крупности частиц порошка прекурсора на степень восстановления, удельную поверхность и пористую структуру порошков ниобия.

Ключевые слова: ниобий, порошок, кальциетермическое восстановление, пентаоксид ниобия, ниобат магния, адиабатическая температура, удельная поверхность, пористость

Список литературы

  1. Fischer V., Störmer H., Gerthsen D. et al. Niobium as New Material for Electrolyte Capacitors with Nanoscale Dielectric Oxide Layers // Proc. VII lnt. Conf. on Properties and Applications of Dielectric Materials. (June 1–5, 2003) Nagoya, 2003. P. 1134–1137. https://doi.org/10.1109/ICPADM.2003.1218623

  2. Pozdeev Y. Comparison of Tantalum and Niobium Solid Electrolytic Capacitors // T.I.C. Bull. 1998. № 94. P. 2–5.

  3. Serjak W.A., Scheckter L., Tripp T.B. et al. Niobium, a New Materials for Capacitors // Passive Compon. Ind. 2000. Nov./Dec. P. 17–20.

  4. Zillgen H., Stenzel M., Lohwasser W. New Niobium Capacitors with Stable Electrical Parameters // Act. Passive Electron. Compon. 2002. V. 25. P. 147–153. https://doi.org/10.1080/0882751021000001528

  5. Елютин А.В., Патрикеев Ю.Б., Воробьёва Н.С. и др. Материал для анодов электролитических и оксидно-полупроводниковых конденсаторов: Пат. 1556420. РФ. Б.И. № 4. С. 92.

  6. Grabis J., Munter R., Blagoveshchenskiy Yu. et al. Plasmochemical Process for the Production of Niobium and Tantalum Nanopowders // Proc. Est. Acad. Sci. 2012. V. 61. № 2. P. 137–145. https://doi.org/10.3176/proc.2012.2.06

  7. Исаева Н.В. Плазмохимические порошки тантала и ниобия для производства электролитических конденсаторов // Перспективные материалы. 2008. Спец. вып. (5). С. 402–407.

  8. Колосов В.Н., Мирошниченко М.Н., Орлов В.М. и др. Влияние условий натриетермического восстановления на характеристики ниобиевых порошков // Расплавы. 2008. № 5. С. 89–94.

  9. Yoon J., Lee G., Hong S. et al. Characteristics of Niobium Powder Used Capacitors Produced by Metallothermic Reduction in Molten Salt // Curr. Nanosci. 2014. V. 10. № 1. P. 131–134. https://doi.org/10.2174/1573413709666131109003032

  10. Yoon J., Goto S., Kim B.I. Characteristic Variation of Niobium Powder Produced under Various Reduction Temperature and Amount of Reductant Addition // Mater. Trans. 2010. V. 51. № 2. P. 354–358. https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009192

  11. Yoon J. The Fabrication of Niobium Powder by Sodiothermic Reduction Process // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2010. V. 28. № 2. P. 265–269. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2009.10.009

  12. Yoon J.S., Cho S.W., Kim Y.S., Kim B.I. The Production of Niobium Powder and Electric Properties of Niobium Capacitors // Met. Mater. Int. 2009. V. 15. № 3. P. 405–408. https://doi.org/10.1007/s12540-009-0405-0

  13. Крыжанов М.В., Орлов В.М., Сухоруков В.В. Термодинамическое моделирование магнийтермического восстановления тантала и ниобия из пентаоксидов // Журн. прикл. химии. 2010. Т. 83. Вып. 3. С. 380–385.

  14. Орлов В.М., Сухоруков В.В. Магниетермическое получение порошков ниобия // Металлы. 2010. № 2. С. 16–22.

  15. Орлов В.М., Крыжанов М.В. Восстановление оксидных соединений ниобия магнием в режиме горения // Неорган. материалы. 2019. Т. 55. № 6. С. 604–608. https://doi.org/10.1134/S0002337X19050142

  16. Shekhter L.N., Tripp T.B., Lanin L.L. Method for Producing Tantallum/Niobium Metal Powders by the Reduction of Their Oxides with Gaseous Magnesium: US Pat. 6171363.

  17. Shekhter L.N., Tripp T.B., Lanin L.L. et al. Metal Powders Produced by the Reduction of the Oxides with Gaseous Magnesium: US Pat. 6558447.

  18. Haas D., Schnitter C. Production of Capacitor Grade Tantalum and Niobium Powders Using the New Magnesium Vapour Reduction Process // Proc. EMC. Dresden. 2005.

  19. Schnitter C., Merker U., Michaelis A. New Niobium Based Materials for Solid Electrolyte Capacitors // Proc. 22nd Capacitor and Resistor Technol. Symp. New Orleans. 2002. P. 26–31.

  20. Kumar T.S., Kumar S.R., Rao M.L., Prakash T.L. Preparation of Niobium Metal Powder by Two-Stage Magnesium Vapor Reduction of Niobium Pentoxide // J. Metall. 2013. V. 2013. P. 629341. https://doi.org/10.1155/2013/629341

  21. Park S.J., Hwang S.M., Wang J. et al. Metallic Niobium Powder Reduced by Atmospheric Magnesium Gas with Niobium Pentoxide Powder // Mater. Trans. 2021. V. 62. № 1. P. 34–40. https://doi.org/10.2320/matertrans.MT-M2020241

  22. Орлов В.М., Крыжанов М.В., Калинников В.Т. Восстановление оксидных соединений ниобия парами магния // Докл. АН. 2015. Т. 465. № 2. С. 182–185. https://doi.org/10.7868/S0869565215320146

  23. Орлов В.М., Крыжанов М.В. Влияние состава прекурсора и условий восстановления на характеристики магниетермических порошков ниобия // Металлы. 2016. № 4. С. 20–26.

  24. Хаас Х., Бартманн У., Комея Т., Сато Н., Штарк Х.К. Способ получения ниобиевых и танталовых порошков // Пат. РФ. 2397843. 2010. Б.И. № 24.

  25. Okabe T.H., Iwata S., Imagunbai M. et al. Production of Niobium Powder by Preform Reduction Process Using Various Fluxes and Alloy Reductant // ISIJ Int. 2004. V. 44. № 2. P. 285–293. https://doi.org/10.2355/isijinternational.44.285

  26. Орлов В.М., Киселев Е.Н. Восстановление оксидных соединений ниобия парами магния в интервале 540–680°С // Неорган. материалы. 2022. Т. 58. № 12. С. 829–835. https://doi.org/10.31857/S0002337X22080097

  27. Орлов В.М., Крыжанов М.В., Князева А.И., Осауленко Р.Н. Порошки ниобия с мезопористой структурой // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018. Т. 54. № 5. С. 444–449. https://doi.org/10.1134/S0044185618050297

  28. Müller R., Bobeth M., Brumm H. et al. Kinetics of Nanoscale Structure Development During Mg-vapour Reduction of Tantalum Oxide // Int. J. Mater. Res. 2007. V. 98. № 11. P. 1138–1145. https://doi.org/10.3139/146.101567

  29. Baba M., Ono Y., Suzuki R.O. Tantalum and Niobium Powder Preparation from Their Oxides by Calciothermic Reduction in the Molten CaCl2 // J. Phys. Chem. Solids. 2005. V. 66. № 2–4. P. 466–470. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2004.06.042

  30. Baba M., Kikuchi T., Suzuki R.O. Niobium Powder Synthesized by Calciothermic Reduction of Niobium Hydroxide for Use in Capacitors // J. Phys. Chem. Solids. 2015. V. 78. P. 101–109. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2014.11.014

  31. Suzuki N., Suzuki R.O., Natsui S., Kikuchi T. Branched Morphology of Nb Powder Particles Fabricated by Calciothermic Reduction in CaCl2 Melt // J. Phys. Chem. Solids. 2017. V. 110. P. 101–109. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2017.05.032

  32. Трусов Б.Г. Программная система ТЕРРА для моделирования фазовых и химических равновесий в плазмохимических системах // 4 Междунар. симп. по теоретической и прикладной плазмохимии. Иваново. 2005. http://main.isuct.ru/files/konf/ISTAPC2005/proc/2-11.pdf, свободный (дата обращения 12.04.2023).

  33. Орлов В.М., Крыжанов М.В. Термодинамическое моделирование процесса магниетермического восстановления танталатов магния и лития // Неорган. материалы. 2015. Т. 51. № 6. С. 680–684. https://doi.org/10.7868/S0002337X15060111

  34. Орлов В.М., Крыжанов М.В. Получение нанопорошков тантала магниетермическим восстановлением танталатов // Металлы. 2015. № 4. С. 93–97.

  35. Волков А.И., Жарский И.М. Большой химический справочник. Минск: Современная школа, 2005. 608 с.

  36. Delheusy M., Stierle A., Kasper N. et al. X-ray Investigation of Subsurface Interstitial Oxygen at Nb/Oxide Interfaces // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. P. 101911. https://doi.org/10.1063/1.2889474

  37. Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 396 с.

  38. Орлов В.М., Крыжанов М.В., Киселев Е.Н. Особенности формирования пористой структуры порошков тантала и ниобия при магниетермическом восстановлении танталата и ниобата лития // Неорган. материалы. 2020. Т. 56. № 9. С. 986–992. https://doi.org/10.31857/S0002337X20080114

  39. Sing K.S.W. et al. Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems with Special Reference to the Determination of Surface Area and Porosity (Recommendations 1984) // Pure Appl. Chem. 1985. V. 57. № 4. P. 603–619.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Неорганические материалы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал