Металлический порошок молибдена это огнеупорный материал, который ценится за свои высокотемпературные свойства, сочетающие прочность, теплопроводность и коррозионную стойкость. В данном руководстве рассматриваются процессы производства молибденового порошка и его характеристики, а также легирование молибденом и его применение. В нем также подробно описаны технические характеристики продукта, цены, поставщики, преимущества по сравнению с альтернативными вариантами, а также рекомендации экспертов по использованию.
Обзор
К основным свойствам чистого металлического порошка молибдена относятся:
- Превосходная высокотемпературная прочность до 2100°C
- Сохраняет прочность на разрыв даже при высокой температуре
- Очень низкий коэффициент теплового расширения
- Тепло- и электропроводность
- Противостоит эрозии и коррозии
- Позволяет создавать легкие конструкционные материалы
Спрос на молибденовые порошки растет в таких термонагруженных конструкциях, как тепловые экраны, ракетные сопла, нити и композитные армирующие материалы, где экстремальные условия превышают возможности традиционных сплавов. В данном отчете рассматриваются методы производства, факторы, влияющие на стоимость, области применения и рекомендации по обработке молибденовых порошков.
Состав и характеристики
Металлический порошок молибдена состоит только из одного чистого металлического элемента:
| Химическая формула | Mo |
|---|---|
| Атомный номер | 42 |
| Атомный вес | 95,95 г/моль |
| Плотность | 10,28 г/куб. см |
| Температура плавления | 2623°С |
| Температура кипения | 4639°C |
Основные характеристики:
- Серебристо-белый блеск в свежем порошке
- Ковкий материал с высокой стойкостью к тепловым ударам
- Возможность изготовления почти сетчатой формы
- Может быть легирован углеродом, кремнием или бором
- Устойчивость к кислотам и щелочной коррозии
- Сохраняет механическую прочность при различных температурах
Эти полезные сочетания химических, физических и механических свойств стимулируют их применение. Однако до последнего десятилетия доступность этого материала была ограничена трудностями с производством чистого металлического порошка молибдена по доступным ценам.
Методы производства
В настоящее время достигнутые успехи позволяют производить металлические порошки молибдена в промышленных масштабах:
| Метод | Описание | Размер частиц | Чистота |
|---|---|---|---|
| Электролиз | MoO3, растворенный в водном растворе, восстановленный на катоде | 50 мкм | Высокий 99.95%+ |
| Кальциотермическое восстановление | Восстановление триоксида молибдена с помощью кальция | 150 мкм | Умеренный 98% |
| Восстановление водорода | Твердофазное восстановление MoO3 с использованием сухого водорода | Субмикронный | Высокий 99.9% |
| Сфероидизация плазмы | Сфероидизация неправильной формы молибденовых чешуек | 15-150 мкм | Умеренный 98% |
- Электролиз и водородные процессы позволяют достичь высокой чистоты
- Методы снижения стоимости для большинства применений
- Плазменная сфероидизация после обработки улучшает свойства порошка
Текущие инициативы направлены на повышение эффективности сухих процессов, исключающих гидрометаллургию, с целью улучшения экономических показателей для внедрения в широкую практику.
Применение огнеупорных материалов
Уникальные свойства металлического порошка молибдена отвечают самым высоким требованиям:
Высокотемпературные структурные компоненты
- Ракетные сопла, детали ракет
- Элементы реактора ядерного синтеза
- Печные очаги и оборудование
- Нити для вакуумных трубок
Терморегулирование
- Теплоотводящие пластины с керамической матрицей
- Термическое напыление покрытий на трубы и инструменты
Композитные смеси
- Арматура из сплавов, усиленных дисперсией
- Искроплазменное спекание керметов
Электрические контакты
- Электроды для вакуумных распределительных устройств
- Контакты реле, устойчивые к дуговой эрозии
Металлизационные пасты
- Проводящие толстые пленки для печатных схем
- Соединительный агент в переходной жидкой фазе Диффузионное связывание
Таким образом, молибденовый порошок превосходит свою нишевую весовую категорию в области применения с добавленной стоимостью, а не в чисто товарных объемах.
Технические характеристики продукта
Металлический порошок молибдена продается в стандартных и индивидуальных вариантах:
| Параметр | Типовые значения |
|---|---|
| Размер частиц | От 1 мкм до 150 мкм |
| Чистота | 98% до 99,95% молибден |
| Морфология | Угловатый, сфероидальный |
| Кажущаяся плотность | 4-6 гм/куб. см |
| Истинная плотность | 10,2 гм/куб. см |
| Удельная площадь поверхности | 0,2 - 2 м2/г |
| Содержание кислорода | < 0,1 wt% |
| Скорость потока порошка | Хорошо, улучшается при кондиционировании |
| Оксид поверхности | Присутствует, но тонкий нативный слой |
Распределение частиц по размерам - Сопоставьте метод обработки клиента, предел прочности и пластичность.
Степени чистоты - 99,9% достаточно для большинства применений. Более высокая чистота увеличивает стоимость.
Кондиционирование - Смешивание, сухое смазывание и высушивание улучшают упаковку и текучесть порошка.
Возможно изготовление порошка по индивидуальному заказу, но для этого требуется минимальный объем заказа.
Ценообразование металлического порошка молибдена
Стоимость специализированного порошка, производимого небольшими партиями для нишевых отраслей, выше, чем у обычных металлов:
| Количество | Цена ($ за фунт) |
|---|---|
| 1 фунт | $50+ |
| 10 фунтов | $35+ |
| 100 фунтов | $25+ |
| 500 фунтов+ (слиток Mo) | $5+ фунт |
Чистота исследовательского класса выше 99,95% привлекает значительные премии за упаковки весом 1 грамм по цене ~$200+ за грамм.
Стоимость материалов доминирует для небольших спеченных или напечатанных методом AM деталей - поэтому приложения должны оправдывать стоимость. Позволяет облегчить вес, обеспечить изоляцию и проводимость в комбинациях, недостижимых в других случаях.
Сравнение с альтернативами
Молибден конкурирует со специальными металлами и композитами, нацеленными на высокотемпературные свойства:
| Материал | Теплопроводность | Температура плавления | Плотность | Стоимость |
|---|---|---|---|---|
| Молибден | 138 Вт/(м.К) | 2622°C | 10,28 г/куб. см | $$$ |
| Вольфрам | 173 Вт/(м.К) | 3422°С | 19,35 г/куб. см | $$ |
| Тантал | 57 Вт/(м.К) | 2996°С | 16,6 г/куб. см | $$$$ |
| Дисилицид молибдена | Н/Д | 2035°C | Н/Д | $$ |
| Карбид вольфрама | 66 Вт/(м.К) | 2870°C | 15,63 г/куб. см | $$ |
| Графит | До 1500 | 3652°C | 2,26 г/куб. см | $ |
Плюсы молибдена
- Непревзойденная прочность на разрыв при высоких температурах до 2100°C
- Низкая плотность позволяет создавать легкие высокотемпературные конструкции
- Устойчивость к коррозии расплавленного металла при экстремальной обработке
Вызовы
- Трудно полностью уплотнить порошок до полной формы
- Могут возникать хрупкие интерметаллиды, снижающие пластичность
- Очень высокая температура плавления затрудняет легирование и соединение
- Экономика производства порошка нуждается в дальнейшем совершенствовании
Благодаря постоянному совершенствованию порошковых процессов молибден занимает доминирующее положение в нишах с экстремальными условиями эксплуатации. Смешивание с углеродом/бороном способствует спеканию, а легирующие добавки изменяют свойства в зависимости от температурных требований.
Направления исследований и разработок
Новые усовершенствования молибденового порошка включают:
Производство
- Электролитические способы с использованием расплавленных солей
- Обжиг/восстановление молибденита с меньшими затратами энергии
- Микроволновая сфероидизация плазмы
Дизайн сплава
- Композиты HEA с вольфрамом/танталом
- Добавки для жидкофазного спекания, такие как Cu/Ni
- Механизмы усиления в зависимости от скорости
Укрепление
- Искровое плазменное спекание
- Решетчатые структуры с оптимизацией топологии
- Переплетчик со струйной печатью зеленого цвета
Приложения
- Замена электролитических пластин твердотельных аккумуляторов
- 3D-печатные прототипы ракетных движителей
- Ферулы с уплотнительным стеклом, устойчивым к ползучести Втулки
Резюме
Редкие тугоплавкие свойства молибдена, включая высокотемпературную прочность, теплопроводность, коррозионную стойкость и пластичность, позволяют создавать инновационные легкие компоненты и композиты, обеспечивающие повышение производительности в экстремальных областях терморегулирования в ядерном синтезе, космических полетах и промышленной обработке. Последние усовершенствования в области порошковой металлургии позволяют дополнить традиционные формы молибденовых мельниц методами аддитивного производства. Соответствие размера и морфологии частиц желаемому плотному составу позволяет изготавливать ранее нежизнеспособные формы. Хотя молибден относительно дороже традиционных металлов, в специализированных тепловых нишах он намного превосходит альтернативы.
