TANTALE ET NIOBIUM

Les alliages supraconducteurs

Un matériau devient supraconducteur (c'est-à-dire possède une résistivité électrique nulle) lorsqu'il est maintenu à une température inférieure à une certaine valeur T_c (dite température critique), soumis à un champ magnétique inférieur à une certaine valeur H_c (dite champ critique) et parcouru par un courant d'une intensité inférieure à une certaine valeur (dite intensité critique I_c). Chacune de ces valeurs critiques est en outre fonction des deux autres. Le but des alliages est d'obtenir des T_c, H_c, I_c de plus en plus élevées et des relations f – par exemple H_c = f(I_c) – les plus favorables possibles. Le tableau 3 présente les valeurs de T_c et H_c (à 4,2 K) obtenues pour le niobium et certains de ses alliages.

Les valeurs de T_c, I_c, H_c et les relations qui les lient dépendent non seulement de la composition de l'alliage, mais aussi, et très fortement, de sa teneur en impuretés, de son état structural (l'écrouissage et autres défauts de structure favorisant la supraconductivité), de son traitement thermique.

Historiquement, ce sont les alliages Nb-Zr qui furent les premiers fabriqués industriellement, mais ils ont été totalement supplantés par les Nb-Ti, qui non seulement ont de meilleures propriétés globales, mais sont aussi beaucoup plus ductiles (même très ductiles). Les propriétés du Nb₃Sn sont jusqu'ici inégalées ; malheureusement, il s'agit là d'un composé intermétallique extrêmement fragile dont la mise en forme en tant que tel est quasi impossible. Pour le mettre en œuvre, il faut donc recourir à des procédés très spéciaux, ce qui freine son développement.

Les alliages résistant à la corrosion chimique

Dans le cas du tantale, les additions se sont en général révélées néfastes pour la tenue à la corrosion. Seules les additions du tungstène (de 10 à 30 p. 100) améliorent légèrement son comportement, surtout en milieux fluorés. L'addition de titane (de 5 à 20 p. 100) augmente la tenue dans l'acide nitrique concentré à chaud.

En pratique, on en reste donc au tantale non allié, avec toutefois une tendance croissante à l'emploi de tantale contenant entre 1 et 3 p. 100 de tungstène qui est semblable au tantale non allié du point de vue résistance à la corrosion, mais qui présente une meilleure résistance mécanique sans perte trop grave de ductilité.

Dans le cas du niobium, on a mis au point, pour résister à la vapeur d'eau, des alliages avec additions de Ti, V, Cr. Dans les métaux fondus, l'alliage Nb + 1 p. 100 Zr résiste plutôt mieux que le niobium non allié. Certaines additions (tantale, vanadium, cuivre) améliorent la tenue du niobium dans les milieux très agressifs.

Alliages réfractaires pour hautes températures

Partant des propriétés mécaniques favorables du niobum à haute température, on peut considérer que ce métal est une base intéressante puisqu'il a une faible densité (par rapport aux autres métaux réfractaires, tungstène, tantale, molybdène), une résistance à l'oxydation moins mauvaise que celle du molybdène et une ductilité à froid supérieure.

Pour améliorer la tenue à chaud, on durcit la matrice niobium soit en introduisant des durcisseurs rentrant en solution solide (le tungstène et le molybdène sont, de ce point de vue, les éléments les plus efficaces), soit en utilisant des dispersions stables : la présence dans la matrice de zirconium ou d'hafnium d'une part, de carbone, d'oxygène, d'azote ou de [...]