Этот способ был первоначально разработан для производства ниобия из Nb2О5.
Ниобий может быть восстановлен из Nb2О5 углеродом при 1800-1900 °С в вакуумной печи:
Nb2Os + 5С = 2Nb + SCO
Шихта Nb2O5 + 5С содержит мало ниобия [57,2 %(по массе)] и даже в брикетированном состоянии имеет низкую плотность (~1,8 г/см3). Вместе с тем на 1 кг шихты выделяется большой объем СО (~0,34 м3). Эти обстоятельства делают невыгодным проведение процесса по реакции, так как производительность вакуумной печи при этом низкая. Поэтому процесс проводят в две стадии:
I стадия - получение карбида ниобия
Nb203 + 7С = 2NbC + 5CO;
И II стадия - получение ниобия в вакуумных печах
Nb2Os + 5NbC = 7Nb + SCO.
Брикетированная шихта и стадии содержит 84,2 % (по массе) ниобия, плотность брикетов ~3 г/см3, объем образующегося со 0,14 м3 на 1 кг шихты. Это обеспечивает более высокую производительность вакуумной печи.
Существенное преимущество двустадийного процесса состоит также в том, что первую стадию можно проводить при атмосферном давлении в графитово-трубчатых печах сопротивления.
Для получения карбида ниобия (I стадии процесса) смесь Nb2O5 с сажей брикетируют и брикеты нагревают в графито-вотрубчатой печи в атмосфере водорода или аргона при 1800-1900 С (вдоль печи брикеты непрерывно продвигаются из расчета пребывания их в горячей зоне 1-1,5 ч). Измельченный карбид ниобия смешивают в шаровой мельнице с Nb2O5, взятой с небольшим избытком (3-5 %) против необходимого по реакции/
Шихту прессуют в заготовки под давлением 100 МПа, которые нагревают в вакуумных печах с графитовыми нагревателями (или вакуумных индукционных печах с графитовой трубой) при 1800-1900 °С. Выдержка заканчивается при достижении остаточного давления 1,3-0,13 Па.
Металлический ниобий получается по завершающей реакции II стадии процесса.
Для получения компактного ковкого металла брикеты плавят в электронно-лучевой печи. Другой путь состоит в получении из брикетов порошка (путем гидрирования при 450 С, измельчения и последующего дегидрирования в вакууме), прессовании штабиков и их спекании в вакууме при 2300-2350 С. В процессах вакуумной плавки и спекания в вакууме кислород и углерод удаляются в составе СО, а избыточный кислород в составе летучих низших оксидов.
Основные преимущества карботермического способа - высокий прямой выход металла (не ниже 96 %) и применение дешевого восстановителя. Недостаток способа - сложность конструкций высокотемпературных вакуумных печей.
Карботермическим способом можно получать также тантал и сплавы ниобия с танталом.
