稀有金屬材料是21世紀(jì)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中*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(yù)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(duì)鈮鉭金屬的需求也隨之加大，2018年鈮鉭也被美國(guó)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

鈮、鉭在元素周期表里是同族，物理、化學(xué)性質(zhì)很相似。在自然界中也常常“形影不離”，如同一對(duì)“孿生兄弟”。1801年，英國(guó)化學(xué)家查理斯?哈契特（Charles·Hatchett，1765-1847）在研究英國(guó)博物館鈮鐵礦時(shí)，從其中發(fā)現(xiàn)了一種新元素并把它命名為鈳元素（Columbium，后改名為鈮），這是為了紀(jì)念該礦物質(zhì)*早被發(fā)現(xiàn)的地方——哥倫比亞。1802年，瑞典化學(xué)家安德斯?古斯塔夫??？瞬瘢ˋ.G.Ekaberg，1767-1813）在鉭鐵礦中發(fā)現(xiàn)另一種新元素，他參照希臘神話中宙斯神的兒子坦塔拉斯（Tantalus）的名字，將這個(gè)元素命名為T(mén)antalum（鉭）。由于鈳和鉭的性質(zhì)非常相似，人們?cè)欢日J(rèn)為它們是同一種元素。直到1844 年，德國(guó)化學(xué)家羅塞（Heinrich Rose，1795-1864）詳細(xì)研究了許多鈮鐵礦和鉭鐵礦，分離出兩種元素，才澄清了事實(shí)真相。

鈮（Nb）金屬呈銀白色，熔點(diǎn)2468℃，沸點(diǎn)5127℃。鈮的密度為8.66g/cm3。鈮是一種難溶的稀有金屬，具有耐腐蝕、抗疲勞、抗變形、熱電傳導(dǎo)性能好，在高溫下具有極好的電子發(fā)射性能，熱中子俘獲截面積較小，超導(dǎo)性能極佳等特點(diǎn)。

鉭（Ta）金屬呈深灰色，熔點(diǎn)2996℃，沸點(diǎn)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(yáng)極氧化膜，因此具有優(yōu)良的整流和介電性能。

“鈮鉭”從哪里來(lái)？

鈮在地球中的平均含量為0.002%，鉭的含量更低，為0.000006%。由于鈮、鉭地球化學(xué)性質(zhì)十分接近，在自然界中，兩種元素常常相伴相生，在同一礦物中出現(xiàn)。幾乎所有鈮礦物中都有鉭，鉭礦物中都有鈮，僅主次不同。至今共發(fā)現(xiàn)72種獨(dú)立的鈮、鉭礦物，其中絕大部分屬于氧化物，其次是硅酸鹽礦物，大部分鈮鉭礦物成分復(fù)雜。主要礦物有鈮（鉭）鐵礦、燒綠石和黑稀金礦、褐釔鈮礦、鉭鐵礦、鈦鈮鈣鈰礦等。

鈮鉭礦主要形成于碳酸巖型礦床、花崗巖及花崗偉晶巖礦床和砂礦床中，其中以碳酸巖型*為重要。

中國(guó)的鈮鉭礦主要有內(nèi)蒙古包頭的白云鄂博礦、內(nèi)蒙古扎魯特旗的花崗巖型鈮礦、湖北竹山廟埡鈮鉭礦、陜西華陽(yáng)川鈾鈮鉛礦和江西宜春的鈮鉭礦等。

上天入地，神通廣大

鈮鉭具有熔點(diǎn)高、延性好、蒸汽壓低、耐蝕性強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度提升30%以上。通常，中碳鋼的屈服強(qiáng)度為250MPa，而加入很少的鈮之后，屈服強(qiáng)度可以提升為350MPa以上。鋼中加入鈮不僅可以提高鋼的強(qiáng)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(qiáng)度合金都有這一對(duì)孿生兄弟參加。鈮、鉭本身很頑強(qiáng)，它們的碳化物更有能耐，這個(gè)特點(diǎn)與鎢、鉬也毫無(wú)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(qiáng)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*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(zhǎng)。

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(dá)18.5~21度，是目前*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(jī)、加速器大功率磁體、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能器等。目前，*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。

在航空航天方面的應(yīng)用:

鈮和鉭的熱強(qiáng)合金具有良好熱強(qiáng)性能、抗熱性能和加工性能，廣泛用于制造火箭、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片。在美國(guó)幾乎所有噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部件都采用鈮合金。1957年，美國(guó)全年工業(yè)用鈮的總量為10噸。而到了1967年，美國(guó)全年工業(yè)用鈮的總量飆升為200噸！這十年正是美國(guó)阿波羅計(jì)劃時(shí)期，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要大量的高熔點(diǎn)金屬。C-103鈮合金在飛船上的大量應(yīng)用保證了阿波羅計(jì)劃的成功實(shí)施。

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(diǎn)，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(diǎn)高，發(fā)射電子能力強(qiáng)，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(qiáng)度高的氧化膜，易于準(zhǔn)確方便地控制電容器的陽(yáng)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(zhǎng)、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于通訊、計(jì)算機(jī)、汽車(chē)、家用電器、儀器儀表、國(guó)防軍工等工業(yè)和科技部門(mén)。

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(huì)與身體機(jī)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(shí)，肌肉還會(huì)在鉭條上生長(zhǎng),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(shí)會(huì)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(guó)的礦產(chǎn)資源安全戰(zhàn)略和國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵礦產(chǎn)和戰(zhàn)略資源。