Tweġiba Qasira: Iva f'Temperatura tal-Kamra, B'Avviża
Nijobju huwa konduttur termali moderatament tajjeb. F'temperatura tal-kamra, il-konduttività termali tan-nijobju pur hija bejn wieħed u ieħor 53.7 W/(m K), li tpoġġiha bejn l-azzar tal-karbonju f'madwar 50 W/(m K) u t-tantalu f'madwar 57.5 W/(m K), u ferm taħt ir-ram b'madwar 401 W/(m K) jew aluminju f'madwar 237 W/(m K). Għal metall refrattarju b'punt ta 'tidwib ta' 2,469 degC u densità ta '8.57 g/cm3, dak il-valur huwa rispettabbli, iżda mhuwiex dak li jagħmel in-nijobju interessanti għall-inġiniera.
It-twissija tikkonċerna t-temperatura u l-purità. Taħt it-temperatura ta 'transizzjoni superkondutturi ta' madwar 9.2 K, l-imġieba tat-trasport tas-sħana fin-nijobju tinbidel b'mod fundamentali, u n-numri li jimpurtaw fid-disinn krijoġeniku mhumiex il-valur tat-temperatura tal-kamra-.
Żewġ Mogħdijiet għas-Sħana: Elettroni u Fononi
Is-sħana tivvjaġġa minn ġo metall b'żewġ mekkaniżmi paralleli. Elettroni ħielsa iġorru ħafna mill-enerġija; vibrazzjonijiet tal-kannizzata, imsejħa phonons, iġorru l-bqija. F'nijobju pur 'il fuq minn bejn wieħed u ieħor 2.5-3 K, il-konduttività tal-elettroni tiddomina u l-konduttività termali togħla b'mod qawwi mat-temperatura tonqos, minħabba li t-tifrix tal-elettroni-fonon idgħajjef. Aktar ma tkun għolja l-purità, iktar ikun għoli l-quċċata. Dan huwa għaliex nijobju industrijali ta 'purità għolja huwa meħtieġ għal konduzzjoni termali tajba mill-elettroni f'dik it-tieqa tat-temperatura.
Taħt madwar 2.0 K l-istampa tinqaleb. Fil-medda ta 'madwar 1.8-2.0 K, il-valur baxx tal-konduzzjoni tas-sħana minn fononi ġie attribwit għal dimensjonijiet żgħar tal-qamħ: il-konfini tal-qamħ ixerrdu l-fononi bil-qawwa, għalhekk struttura ta' qamħa fin tirrestrinġi l-kontribuzzjoni tal-fonon preċiżament fejn il-kontribuzzjoni tal-elettroni qed tiġġarraf ukoll. Il-konsegwenza prattika hija li żewġ bars tan-nijobju b'kimika identika jistgħu jaħdmu b'mod differenti f'2 K jekk l-istrutturi tal-qamħ tagħhom ikunu differenti.
Konduttività Termali fil-Kuntest
| Materjal | Konduttività termali f'madwar 300 K, W/(m K) | Punt tat-tidwib, degC |
|---|---|---|
| Ram | madwar 401 | 1,085 |
| Aluminju | madwar 237 | 660 |
| Molibdenu | madwar 138 | 2,623 |
| Tantalu | madwar 57.5 | 3,017 |
| Nijobju | madwar 53.7 | 2,469 |
| Azzar tal-karbonju | madwar 50 | 1,450-1,520 |
Aqra t-tabella kif għandu disinjatur: nijobju ma jintgħażel meta t-tneħħija massima tas-sħana hija l-għan. Huwa magħżul meta kombinazzjoni ta 'punt ta' tidwib għoli, assorbiment baxx ta 'newtroni, superkonduttività u konduttività raġonevoli hija meħtieġa fl-istess ħin.
Purità, RRR u Daqs tal-Qamħ
Il-parametru użat biex jispeċifika l-kwalità tan-nijobju b'temperatura baxxa- huwa l-proporzjon ta 'reżistenza residwa, RRR, definit bħala l-proporzjon ta' reżistenza elettrika f'temperatura tal-kamra, normalment 293 K, għar-reżistività eżatt 'il fuq mit-transizzjoni superkonduttiva, ġeneralment 4.2 K. RRR għoli jfisser ftit ċentri ta 'tifrix ta' impurità u għalhekk konduttività termali ta 'elettroni għolja f'temperatura baxxa. Elementi interstizjali - ossiġnu, nitroġenu, karbonju u idroġenu - inaqqsu l-RRR drastikament anke f'konċentrazzjonijiet imkejla f'għexieren ta' partijiet għal kull miljun, u huwa għalhekk li t-tidwib bil-vakwu, ir-raffinar tar-raġġ tal-elettroni- u l-immaniġġjar nadif huma essenzjali għall-gradi krijoġeniċi.
Il-produtturi u l-utenti finali għalhekk jispeċifikaw in-nijobju skond il-kimika, il-proprjetajiet mekkaniċi u b'valur RRR minimu miftiehem bejn il-partijiet, aktar milli b'figura waħda ta' konduttività termali. Iċ-ċertifikazzjoni għandha tkun marbuta mal-lott attwali.
Standards u Formoli tal-Prodott
Nijobju maħdum huwa ordnat kontra standards bħal ASTM B392 / B392M, li jkopri nijobju u nijobju liga bar, virga u wajer, u ASTM B393, li jkopri nijobju u nijobju liga strixxa, folja u fojl. Nijobju ta' reazzjoni-grad ta' reattur-nijobju ta' grad ta' reazzjoni jvarjaw fil-limiti ta' impurità residwa u fiċ-ċertifikati meħtieġa, għalhekk il-grad għandu jkun iddikjarat fuq l-ordni tax-xiri flimkien mal-metodi tat-test u l-kriterji ta 'aċċettazzjoni. Forom tipiċi huma forom ta' bar, virga, folja, strixxa, fojl, tubu u mgħoddija bil-makna, fornuti ittemprati jew kif-maħduma.
L-istess proprjetajiet ta'-temperatura baxxa li jagħmlu n-nijobju-RRR għoli ta' valur f'kalamiti superkondutturi jagħmluha wkoll kandidat tajjeb għal ċineg termali u mogħdijiet ta' konduzzjoni ġewwa krijostati, fejn cross-sezzjoni żgħira trid tmexxi s-sħana bejn l-istadji. F'dawk l-applikazzjonijiet il-kalkolu tad-disinn għandu juża l-konduttività fit-temperatura operattiva, mhux il-figura tat-temperatura tal-kamra-.
Applikazzjonijiet fejn il-konduttività hija importanti
In-nijobju jidher bħala materjal superkonduttur f'kavitajiet tal-aċċeleratur u tkebbib tal-kalamita, bħala element ta' liga f'-temperatura għolja u azzar mikroligat, f'superligi għal turbini u ħardwer rokit, f'tagħmir ta 'proċess kimiku fejn hija meħtieġa reżistenza għall-korrużjoni, u fl-ottika u elettronika bħala films irqaq u miri. F'ħafna minn dawn l-użi l-konduttività termali hija proprjetà sekondarja li tillimita d-disinn madwar ir-rekwiżit primarju, u f'użi krijoġeniċi ssir mutur tad-disinn fiha nnifisha.
Mistoqsijiet Frekwenti
Q:Nijobju huwa konduttur tas-sħana tajba?
A: Iva, f'sens moderat. Il-konduttività termali tagħha hija ta 'madwar 53.7 W/(m K) f'temperatura tal-kamra, simili għall-azzar tal-karbonju u bejn wieħed u ieħor wieħed minn tmienja tar-ram, iżda għolja għal metall refrattorju.
Q:Għaliex in-nijobju jmexxi s-sħana aħjar f'temperatura baxxa ħafna?
A: 'il fuq minn bejn wieħed u ieħor 2.5-3 K, il-konduzzjoni tal-elettroni tiddomina u t-tifrix tal-elettroni-fonon jaqa' hekk kif it-temperatura tinżel, għalhekk nijobju ta' purità għolja juri żieda qawwija fil-konduttività termali.
Q:Dak li jillimita l-konduzzjoni tas-sħana taħt 2 K?
A: konduzzjoni Phonon. Fir-reġjun madwar 1.8-2.0 K il-kontribuzzjoni tal-phonon hija baxxa minħabba li l-konfini tal-qamħ ixerrdu phonons, għalhekk id-daqs żgħir tal-qamħ jirrestrinġi l-mogħdija tal-phonon.
Q:X'inhu RRR u għaliex huwa speċifikat?
A: RRR, il-proporzjon tar-reżistenza residwa, iqabbel ir-reżistività elettrika f'temperatura tal-kamra ma 'dik qrib 4.2 K. Valur għoli jindika tixrid baxx ta' impuritajiet u għalhekk konduzzjoni tajba ta 'elettroni b'temperatura baxxa-.
Q:Liema impuritajiet jagħmlu ħsara l-aktar lill-konduttività f'temperatura baxxa-?
A: Ossiġenu interstizjali, nitroġenu, karbonju u idroġenu. Anke għexieren ta' partijiet għal kull miljun ibaxxu l-proporzjon tar-reżistenza residwa u għalhekk il-konduttività termali ta'-temperatura baxxa.
Q:Liema standards ikopru prodotti tan-nijobju maħdum?
A: ASTM B392 / B392M tkopri bar, virga u wajer, u ASTM B393 tkopri strixxa, folja u fojl. Il-kimika, il-proprjetajiet mekkaniċi u kwalunkwe rekwiżit RRR huma ddikjarati fuq l-ordni.