Supraleitende Anwendungen
Es ist seit langem bekannt, dass sich die chemischen Eigenschaften einiger Substanzen abrupt ändern, wenn die Temperatur auf nahezu den absoluten Nullpunkt fällt, und sie zu „Supraleitern“ mit nahezu keinem Widerstand werden. Die Temperatur, bei der eine Substanz diese einzigartige „supraleitende“ Eigenschaft zu entwickeln beginnt, wird als kritische Temperatur bezeichnet. Es versteht sich von selbst, dass die kritische Temperatur verschiedener Substanzen nicht die gleiche ist.
Ultraniedrige Temperaturen sind schwer zu erreichen, und die Menschen zahlen einen hohen Preis dafür. Je näher man dem absoluten Nullpunkt kommt, desto höher ist der Preis, den man zahlen muss. Daher lautet unsere Anforderung an supraleitende Stoffe natürlich: Je höher die kritische Temperatur, desto besser.
Es gibt viele Elemente mit supraleitenden Eigenschaften, und Niob ist das Element mit der höchsten kritischen Temperatur. Legierungen aus Niob mit einer kritischen Temperatur von bis zu 18,5 bis 21 Grad absoluter Temperatur sind derzeit die wichtigsten supraleitenden Materialien.
Ein solches Experiment wurde einmal durchgeführt: Ein bis zum supraleitenden Zustand kalter Niobring wurde an einen elektrischen Strom angeschlossen und dann wieder vom Strom getrennt. Anschließend wurde das gesamte Instrument geschlossen, um die Temperatur niedrig zu halten. Zweieinhalb Jahre später schalteten die Leute das Instrument ein und stellten fest, dass der Strom im Niobring immer noch floss und die Stromstärke fast genau dieselbe war wie beim ersten Anlegen des Stroms!
Aus diesem Experiment ist ersichtlich, dass supraleitende Materialien fast keinen Strom verlieren. Wenn Sie zur Stromübertragung ein supraleitendes Kabel verwenden, tritt beim Durchfließen des Stroms kein Energieverlust auf, da es keinen Widerstand aufweist, sodass die Übertragungseffizienz erheblich verbessert wird.
Jemand hat einen Hochgeschwindigkeits-Magnetschwebebahnzug entwickelt, der an seinen Rädern supraleitende Magnete angebracht hat, so dass der ganze Zug etwa zehn Zentimeter auf der Schiene schweben kann. Auf diese Weise gibt es keine Reibung mehr zwischen Zug und Schiene, was den Widerstand bei der Fortbewegung verringert. Ein Magnetschwebebahnzug, der 100 Personen befördert, kann mit nur 100 PS eine Geschwindigkeit von mehr als 500 Kilometern pro Stunde erreichen.
Mit einem 20- Kilometer langen Niob-Zinn-Band, das um einen Radflansch mit einem Durchmesser von 1,5 Metern gewickelt ist, können die Wicklungen ein starkes und stabiles Magnetfeld erzeugen, das ausreicht, um ein Gewicht von 122 Kilogramm anzuheben und im Magnetfeldraum schweben zu lassen. Wenn dieses Magnetfeld in einer thermonuklearen Fusionsreaktion genutzt werden könnte und die leistungsstarke thermonukleare Fusionsreaktion kontrolliert werden könnte, wäre es möglich, uns mit einer großen und nahezu endlosen Menge an billigem Strom zu versorgen.
Ein Gleichstromgenerator wurde früher aus supraleitendem Niob-Titan-Material hergestellt. Er hat viele Vorteile, wie geringe Größe, geringes Gewicht, niedrige Kosten und er erzeugt hundertmal mehr Strom als gewöhnliche Generatoren gleicher Größe.
Superlegierungen
Ein Großteil des weltweit vorhandenen Niobs wird im reinen Metallzustand oder in Form von hochreinem Ferroniob und Niob-Nickel-Legierungen zur Herstellung von Superlegierungen auf Nickel-, Chrom- und Eisenbasis verwendet. Diese Legierungen werden in Düsentriebwerken, Gasturbinentriebwerken, Raketenkomponenten, Turboladern und hitzebeständigen Verbrennungsgeräten verwendet. Niob bildet eine Phase in der Kornstruktur von Superlegierungen. Diese Legierungen enthalten im Allgemeinen bis zu 6,5 % Niob. Die Legierung Inconel 718 ist eine der niobhaltigen Nickellegierungen mit 5 % Nickel, 18,6 % Chrom, 18,5 % Eisen, 5 % Niob, 3,1 % Molybdän, 9,9 % Titan und 0,4 % Aluminium. Zu den Anwendungen gehört die Verwendung als hochwertiges Flugzeugrumpfmaterial, wie beispielsweise im Gemini-Programm.
Niob-basierte Legierungen
C-103 ist eine Nioblegierung, die aus 89 % Niob, 10 % Hafnium und 1 % Titan besteht und in Triebwerksdüsen für Flüssigkeitsraketen wie dem Haupttriebwerk des Apollo-Mondmoduls verwendet werden kann. Das Apollo-Servicemodul verwendet eine andere Nioblegierung. Da Niob bei Temperaturen über 400 Grad zu oxidieren beginnt, muss seine Oberfläche mit einer Schutzschicht versehen werden, damit es nicht spröde wird.
Medizinische Anwendungen
Niob nimmt auch in der chirurgischen Behandlung eine wichtige Stellung ein. Es kann nicht nur zur Herstellung medizinischer Geräte verwendet werden, sondern ist auch ein gutes „biologisches Anpassungsmaterial“, da es eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist, nicht mit verschiedenen flüssigen Substanzen im menschlichen Körper interagiert und das Körpergewebe von Organismen fast vollständig nicht schädigt. Es kann an jede Sterilisationsmethode angepasst werden, sodass es lange Zeit mit organischem Gewebe verbunden werden kann und unschädlich im menschlichen Körper verbleibt.