“鈮”兄“鉭”弟，上天入地——走近稀有金屬鈮鉭
稀有金屬材料是21世紀(jì)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中最受重視的材料之一，是高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵材料，被譽為“工業(yè)的味精”。鉭鈮材料在其中扮演著重要的角色，隨著現(xiàn)代高科技諸如信息技術(shù)、新能源技術(shù)、空間技術(shù)、生物技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)等的發(fā)展，對鈮鉭金屬的需求也隨之加大，2018年鈮鉭也被美國政府列入關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄。那么，鈮鉭金屬究竟是何方神圣，分布在哪里，又有著哪些用途呢？
“鈮”兄“鉭”弟—“鈮鉭”的發(fā)現(xiàn)和特性
鉭（Ta）金屬呈深灰色，熔點2996℃，沸點5427℃。鉭的密度為17.10g/cm3。鉭具有延性好、蒸汽壓低、熱導(dǎo)率大、耐高溫、抗腐蝕、冷加工和焊接性能好等特性。鉭能形成穩(wěn)定的陽極氧化膜，因此具有優(yōu)良的整流和介電性能。
鈮晶體（圖片來源mp.weixin.qq.com）
“鈮鉭”從哪里來
湖南平江縣新發(fā)現(xiàn)超大型花崗偉晶巖型鈮鉭礦（圖片來源cnpowdertech.com）
白云鄂博礦區(qū)（圖片來源360doc.com）
上天入地，神通廣大
鈮鉭具有熔點高、延性好、蒸汽壓低、耐蝕性強和熱導(dǎo)率高等優(yōu)良特性，是電子、原子能、宇航、鋼鐵、化工等工業(yè)的重要原料，用途甚為廣泛，可謂上天入地，神通廣大。
在合金中的應(yīng)用
用鈮作合金元素添加到鋼鐵中，能使鋼鐵的強度增加，加工性能改善。鋼鐵中僅需加入0.03%的鈮，就可以讓強度提升30%以上。通常，中碳鋼的屈服強度為250MPa，而加入很少的鈮之后，屈服強度可以提升為350MPa以上。鋼中加入鈮不僅可以提高鋼的強度，還可以提高鋼的韌性、抗高溫氧化性和耐蝕性，降低鋼脆性轉(zhuǎn)變溫度，使鋼具有良好的焊接性能和成型性能。
許多高溫、高強度合金都有這一對孿生兄弟參加。鈮、鉭本身很頑強，它們的碳化物更有能耐，這個特點與鎢、鉬也毫無二致。用鈮和鉭的碳化物作基體制成的硬質(zhì)合金，有很高的強度和抗壓、耐磨、耐蝕本領(lǐng)。在所有的硬質(zhì)化合物中，碳化鉭的硬度是最高的。用碳化鉭硬質(zhì)合金制成的刀具，能抗得住3800°以下的高溫，硬度可以與金剛石匹敵，使用壽命比碳化鎢更長。
在超導(dǎo)材料方面的應(yīng)用
鈮的某些化合物和合金具有較高的超導(dǎo)臨界溫度，臨界溫度可達18.5~21度，是目前最重要的超導(dǎo)材料，因而被廣泛用于制造各種工業(yè)超導(dǎo)體，如核磁共振成像設(shè)備、超導(dǎo)發(fā)電機、加速器大功率磁體、超導(dǎo)磁儲能器等。目前，最重要的超導(dǎo)體材料是鈮-鈦和鈮-錫，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷的核磁共振儀。
內(nèi)含鈮超導(dǎo)合金的3 Tesla核磁共振成像掃描儀（圖片來源mp.weixin.qq.com）
在航空航天方面的應(yīng)用
鈮和鉭的熱強合金具有良好熱強性能、抗熱性能和加工性能，廣泛用于制造火箭、航空發(fā)動機的零部件、燃氣輪機的葉片。在美國幾乎所有噴氣式戰(zhàn)斗機的發(fā)動機的熱部件都采用鈮合金。1957年，美國全年工業(yè)用鈮的總量為10噸。而到了1967年，美國全年工業(yè)用鈮的總量飆升為200噸！這十年正是美國阿波羅計劃時期，火箭發(fā)動機和航空發(fā)動機需要大量的高熔點金屬。C-103鈮合金在飛船上的大量應(yīng)用保證了阿波羅計劃的成功實施。
鈮鉭在航空航天方面的應(yīng)用（圖片來源mp.weixin.qq.com）
在電子工業(yè)方面的應(yīng)用
鈮酸鹽陶瓷可用于制作電容器，鈮酸鋰、鈮酸鉀等鈮酸鹽陶瓷，具有介電常數(shù)小、壓電性高、頻率常數(shù)大、密度小等特點，被廣泛應(yīng)用到紅外線、激光技術(shù)和電子工業(yè)中。此外，鈮的熔點高，發(fā)射電子能力強，并具有吸氣能力，可用于制作電子管及其它電真空器件。
由于鉭的表面能形成致密穩(wěn)定、介電強度高的氧化膜，易于準(zhǔn)確方便地控制電容器的陽極氧化工藝，因此用鉭制成的電容器，具有電容量高、體積小、漏電流小、等效串聯(lián)電阻低、高低溫特性好、使用壽命長、可靠性好等優(yōu)點，被廣泛用于通訊、計算機、汽車、家用電器、儀器儀表、國防軍工等工業(yè)和科技部門。
在醫(yī)療方面的應(yīng)用
鈮鉭具有良好的抗生理腐蝕性和生物相容性，不會與身體機體組織發(fā)生作用，因而常被用于制造接骨板、顱骨板骨螺釘、種植牙根、外科手術(shù)用具等。用鉭條替代人體中的骨頭時，肌肉還會在鉭條上生長,因此，鉭也被稱為“親生物金屬”。
在其他方面的應(yīng)用
鈮鉭金屬除了以上應(yīng)用以外，還在其他諸多方面廣泛應(yīng)用。其中，在化學(xué)工業(yè)中，鈮是優(yōu)質(zhì)的耐酸和耐液態(tài)金屬腐蝕的材料，可用于制作蒸煮器、加熱器、冷卻器等。此外，鈮酸也是一種重要的催化劑。鈮有時會與金和銀一起用在紀(jì)念幣上。鈮鉭有助于增加鏡片透光性能，因而也被應(yīng)用到光學(xué)行業(yè)鏡片的制造中。
總之，當(dāng)前鉭鈮金屬應(yīng)用的相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域包括電子、硬質(zhì)合金、宇航、生物醫(yī)學(xué)工程、超導(dǎo)工業(yè)、精密陶瓷和精密玻璃工業(yè)、電聲光器件、特種鋼等產(chǎn)業(yè)。鉭鈮作為21世紀(jì)高新技術(shù)發(fā)展的新興材料礦產(chǎn)，是保證我國的礦產(chǎn)資源安全戰(zhàn)略和國民經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵礦產(chǎn)和戰(zhàn)略資源。
