Niobiumkarbidi

Niobiumkarbidi (NbC) on epäorgaaninen yhdiste ja niobiumin karbidi. Yhdiste on kovaa, minkä vuoksi sitä käytetään työkalujen terissä.

Rakenne ja ominaisuudet
Niobiumin ja hiilen muodostamalla yhdisteellä on kaksi kiinteää faasia: diniobiumkarbidi ja niobiumkarbidi, joita voidaan kuvata kaavoilla Nb2C ja NbC. Näistä diniobiumkarbidi on alkeiskopiltaan heksagonaalinen ja niobiumkarbidi pintakeskeinen kuutiollinen. Niobiumkarbidin rakenne vaihtelee epästoikiometrisestä yhdisteestä, jota voidaan kuvata kaavalla NbC0,7, lähes stoikiometriseen. Ainoastaan niobiumkarbidilla on teollista käyttöä. Niobiumkarbidin väri riippuu yhdisteen hiilipitoisuudesta. Lähes stoikiometrisissä suhteissa hiiltä ja niobiumia sisältävä niobiumkarbidi on laventelinsinistä ja pienemmillä hiilipitoisuuksilla harmaata. 

Niobiumkarbidi on kovaa ja kemiallisesti passiivista. Se ei liukene veteen eikä edes kuningasveteen. Ainoastaan väkevän typpihapon ja vetyfluoridin seos liuottaa yhdistettä. Niobiumkarbidi hapettuu happiatmosfäärissä kuumennettaessa yli 1 100 °C:n lämpötilassa. Ammoniakin ja typen kanssa kuumennettaessa muodostuu niobiumnitridiä.

Valmistus
Niobiumkarbidia voidaan valmistaa kuumentamalla niobium- ja hiilijauheiden seosta. Teollisesti sitä tuotetaan kuitenkin kuumentamalla hiiltä ja niobiumpentoksidia. Reaktio käynnistyy 675 °C, mutta täydellisen reaktion varmistamiseksi joudutaan käyttämään korkeampia 1 800–2 000 °C:n lämpötiloja.
Nb2O5 + 7 C → 2 NbC + 5 CO
Niobiumkarbidia valmistetaan myös kemiallisella kaasufaasipinnoitusmenetelmällä. Tällöin käytetään metaania ja niobiummetallia tai niobiumpentakloridia, vetyä ja hiilivetyjä tai hiilitetrakloridia. Jälkimmäisellä tavalla voidaan käyttää alempaa lämpötilaa ja laajempia painealueita.
Nb + CH4 → NbC + 2 H2
2 NbCl5 + 2 CCl4 + 9 H2 → 2 NbC + 18 HCl

Käyttö
Niobiumkarbidia käytetään työkalujen terissä kovuutta lisäävänä materiaalina. Sitä käytetään usein muiden karbidien, kuten tantaalikarbidin, volframikarbidin ja titaanikarbidin kanssa. Tällöin näiden voidaan katsoa muodostavan kiinteän liuoksen. Yhdistettä käytetään myös niobiummetallin pinnoitteena, suprajohdesovelluksissa ja valmistettaessa niobiummetallia kuumentamalla niobiumkarbidin ja niobiumpentoksidin seosta.
5 NbC + Nb2O5 → 7 Nb + 5 CO

Lähteet

Karbidit
Niobiumyhdisteet