超伝導応用
温度が絶対零度近くまで下がると、一部の物質の化学的性質が急激に変化し、ほとんど抵抗のない「超伝導体」になることが古くから発見されています。物質がこの特異な「超伝導」特性を持ち始める温度を臨界温度と呼びます。言うまでもなく、さまざまな物質の臨界温度は同じではありません。
ご存知のとおり、超低温は実現が難しく、人々はそれを手に入れるために莫大な代償を払っています。そして絶対零度に近づくほど、払わなければならない代償も大きくなります。したがって、超伝導物質に対する私たちの要件は、当然、臨界温度が高ければ高いほど良いということです。
超伝導特性を持つ元素は数多くありますが、その中でも最も高い臨界温度を持つのがニオブです。ニオブ合金は、臨界温度が絶対温度で18.5～21度にも達し、現在最も重要な超伝導材料となっています。
かつて、このような実験が行われました。超伝導状態まで冷えた金属ニオブリングに電流を流し、その後電流を遮断し、温度を低く保つために機器一式を閉じました。2年半後、機器の電源を入れたところ、ニオブリングにはまだ電流が流れていて、電流の強さは最初に電気を流したときとほぼ同じであることがわかりました。
この実験から、超伝導材料は電流をほとんど失わないことがわかります。超伝導ケーブルを使用して電気を伝送すると、抵抗がないため、電流が通過するときにエネルギー損失がなくなり、伝送効率が大幅に向上します。
誰かが、車輪に超伝導磁石を取り付け、列車全体を線路上で約10センチ浮かせることができる高速磁気浮上式鉄道を設計しました。こうすることで、列車と線路の間に摩擦がなくなり、前進する際の抵抗が減ります。100人を乗せた磁気浮上式鉄道は、わずか100馬力で時速500キロメートル以上の速度に達することができます。
直径1.5メートルのホイールフランジに巻き付けられた20-キロメートルの長さのニオブスズベルトは、強力で安定した磁場を生成でき、122キログラムの重量を持ち上げて磁場空間に浮かせるのに十分な強度を持っています。この磁場を熱核融合反応に使用し、強力な熱核融合反応を制御できれば、安価でほぼ無限の電力供給が可能になります。
かつて直流発電機はニオブチタン超伝導材料で作られていましたが、小型、軽量、低コストなど多くの利点があり、同じサイズの通常の発電機よりも100倍の電力を発電します。
超合金
世界のニオブの大部分は、純粋な金属の状態、または高純度のフェロニオブやニオブニッケル合金の形で、ニッケル、クロム、鉄ベースの超合金の製造に使用されています。これらの合金は、ジェットエンジン、ガスタービンエンジン、ロケット部品、ターボチャージャー、耐熱燃焼装置に使用されています。ニオブは、超合金の結晶構造中に相を形成します。これらの合金には通常、最大 6.5% のニオブが含まれています。インコネル 718 合金は、ニオブを含むニッケルベースの合金の 1 つで、ニッケル 5%、クロム 18.6%、鉄 18.5%、ニオブ 5%、モリブデン 3.1%、チタン 19.9%、アルミニウム 0.4% が含まれています。用途には、ジェミニ計画などの高級機体材料としての使用が含まれます。
ニオブ系合金
C-103 は、89% のニオブ、10% のハフニウム、1% のチタンを含むニオブ合金で、アポロ月着陸船のメインエンジンなどの液体ロケットスラスタノズルに使用できます。アポロサービスモジュールでは別のニオブ合金が使用されています。ニオブは 400 度を超えると酸化し始めるため、脆くなるのを防ぐために表面に保護コーティングを施す必要があります。
医療用途
ニオブは外科治療においても重要な位置を占めており、医療機器の製造に使用できるだけでなく、優れた「生体適応材料」でもあります。耐腐食性に優れ、人体内のさまざまな液体物質と相互作用せず、生物の体組織をほとんど完全に損傷せず、あらゆる滅菌方法に適応できるため、長期間有機組織と結合し、人体に無害に留まることができます。