Diborure de niobium

Diborure de niobium
__ Nb     __ B Structure cristalline du diborure de niobium
Identification
No CAS	12007-29-3
No ECHA	100.031.354
No CE	234-503-3
SMILES	[B].[B].[Nb] PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/2B.Nb Std. InChIKey : WCJIBJJSTRKWNY-UHFFFAOYSA-N
Apparence	solide cristallisé gris anthracite
Propriétés chimiques
Formule	B2Nb
Masse molaire	114,528 ± 0,014 g/mol B 18,88 %, Nb 81,12 %,
Précautions
NFPA 704
0 1 1
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le diborure de niobium est un composé chimique de formule NbB₂. C'est une céramique ultraréfractaire assez légère présentant une structure cristalline hexagonale, un point de fusion de 3 050 °C et une masse volumique d'environ 6,97 g/cm³ avec une bonne tenue à haute température, ce qui en fait un matériau intéressant pour les applications aérospatiales tels que les vols hypersoniques et les moteurs-fusées. Sa résistivité électrique est de 25,7 µΩ·cm tandis que sa conductivité thermique est de 7,7 × 10⁻⁶ K^-1, valeurs plutôt élevées comme dans le cas d'autres céramiques isostructurelles telles que le diborure de titane TiB₂, le diborure de zirconium ZrB₂, le diborure d'hafnium HfB₂ et le diborure de tantale TaB₂.

Les pièces en diborure de niobium sont d'ordinaire produites par pressage à chaud et frittage flash puis usinées pour obtenir les formes désirées. Le frittage du diborure de niobium est rendu difficile par la nature covalente du matériau et par l'oxydation de la surface des grains qui accentue la granularité de la substance avant sa densification par frittage. Le frittage du diborure de niobium peut être réalisé sans pression à l'aide d'additifs tels que le carbure de bore et le carbone lui-même, qui réagissent avec les oxydes surfaciques afin de favoriser le frittage, mais les céramiques obtenues présentent des propriétés mécaniques dégradées par rapport à celles obtenues sous pression à chaud.

Préparation

Le diborure de niobium peut être obtenu par réaction stœchiométrique entre les éléments constituants, ce qui permet de réaliser un contrôle précis de la stœchiométrie du matériau obtenu, comme dans le cas du diborure de zirconium :

Nb + 2 B → NbB₂.

Il est possible de produire du diborure de niobium par réduction du pentoxyde de niobium Nb₂O₅, voire du dioxyde de niobium NbO₂ :

Nb₂O₅ + 2 B₂O₃ + 11 Mg → 2 NbB₂ + 11 MgO.

Le magnésium est utilisé comme réactif afin de permettre la lixiviation des oxydes indésirables. Des excès stœchiométriques de magnésium et de sesquioxyde de bore sont souvent nécessaires lors de ces réactions afin de consommer tout l'oxyde de niobium disponible.

Le bore peut être utilisé pour réaliser cette réduction à travers une réaction à l'état solide afin d'obtenir des nanobarres de 40 nm × 800 nm. Une variante de ce procédé par sel fondu à partir de pentoxyde de niobium a permis d'obtenir des nanocristaux de 61 nm. Des nanocristaux de diborure de niobium ont également été obtenus par réduction du pentoxyde de niobium à l'aide de borohydrure de sodium NaBH₄ avec un ratio molaire M:B de 1:4 à 700 °C dans un flux d'argon :

2 Nb₂O₅ + 13 NaBH₄ → 4 NbB₂ + 8 Na_(g,l) + 5 NaBO₂ + 26 H_{2 (g)}.