铌的高温氧化行为

金属铌属VB族难熔金属，熔点高（2468C），低密度（7.83g/cm3），良好的延展性能等特点，能承受一定的机械变形。同时，铌还具有较为稳定的物理化学性能，热中子俘获截面小（1.15×1024cm2）以及耐蚀性能优异等特点，在航空航天、原子能工业以及医学上得到普遍认可和应用。

然而，纯在空气中较容易被氧化制约其在航空航天领域的发展。450℃以下形成低价态的氧化物（Nb6O和NbOx），具有一定的防护特性[5]，氧化速率随氧化时间的增加减慢。当温度超过450C时，氧化铌的晶体结构发生改变（晶胞体积从4.36g/cm3变化到5.17g/cm3），并导致氧化层的开裂和粉化。此时，保护性氧化膜向非保护性氧化膜转变，氧化速率明显提高，呈线性递增，如图1所示。一般纯Nb在600C就会发生“pest”氧化现象，这是因为生成的Nb2O5具有较大的体积膨胀，氧化层表面形成较大的应力，并且随着氧化层厚度的增加而增加，从而达到裂纹形成和扩展的应力，是导致氧化层疏松和破坏的根本原因，限制了其应用[671。纯锐的氧化过程随温度变化复杂，主要取决于氧化产物晶型转变：α–Nb2O5 β–Nb2O5γ–Nb2O5γ′Nb2O5熔化。

图 1  纯 Nb 在空气中的氧化速率

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