Disilicida de molibdeno en polvo

El disiliciuro de molibdeno (MoSi2) es un compuesto intermetálico valorado por su estabilidad a altas temperaturas, resistencia a la oxidación y características de choque térmico. Como polvo, se utiliza en los mercados de la pulverización térmica, la sinterización y los compuestos. Esta guía revisa las especificaciones del polvo de MoSi2, los métodos de fabricación, ejemplos de uso, proveedores, costes, limitaciones y alternativas para informar a los ingenieros de materiales.

Disilicida de molibdeno en polvo Visión general

Combinando silicio con molibdeno metálico refractario se obtiene MoSi2 que conserva la resistencia más allá de 1300°C sin fundirse ni oxidarse. La conversión a polvo permite:

• Recubrimientos por pulverización térmica en álabes y herramientas de turbinas
• La adición de refuerzo particulado mejora los compuestos de matriz cerámica
• Consolidación pulvimetalúrgica en intercambiadores de calor de forma neta

Atributos clave:

• El punto de fusión de 2030°C ofrece estabilidad a altas temperaturas
• Forma una capa protectora de óxido de SiO2 resistente a la oxidación en aire hasta 1500°C
• La baja densidad de 6,2 g/cm2 facilita el aligeramiento de los componentes
• Coeficiente de dilatación térmica muy bajo que evita el agrietamiento bajo gradientes rápidos de ΔT.

Su resistencia a entornos extremos, muy superior a la de las superaleaciones de níquel y cobalto, hace que este siliciuro sea indispensable en sistemas de protección térmica que van desde componentes de hornos hasta motores aeroespaciales y bordes de ataque de vehículos hipersónicos.

Disilicida de molibdeno en polvo Composiciones

Los polvos de MoSi2 abarcan desde formulaciones relativamente puras con una pequeña contaminación residual de carbono y oxígeno hasta composiciones personalizadas que alean o añaden refuerzo particulado:

Cuadro 1. Principales categorías de composiciones de polvo de disiliciuro de molibdeno, incluidas las mezclas binarias de productos básicos y las aleaciones/compuestos personalizados.

El aumento con elementos como el cromo, el aluminio, el carbono o el refuerzo con cerámicas estables amplía las capacidades de ajuste del CET, la resistencia a la oxidación y la reología para adaptarse a los diseños finales de productos sinterizados.

Características y propiedades del polvo de MoSi2

• Apariencia - Polvo gris con morfología cristalina o angular
• Punto de fusión - 2030°C permite la sinterización en estado fundido sin que se fundan los componentes
• Densidad - 6,2 g/cm3, 50% la densidad del wolframio
• Resistencia a la oxidación - Hasta presiones de 0,9 atm, resiste la oxidación en aire hasta 1500°C mediante una capa protectora de sílice
• Relación de Poisson - 0,18-0,28 similar a los aceros
• CTE - 7,8 μm/m°C de 20-1000°C proporciona una excelente resistencia al choque térmico
• Resistividad eléctrica - 150-190 μΩ-cm debe considerar junto a la conductividad térmica para la refrigeración de componentes.

Estas propiedades garantizan la estabilidad dimensional a través de cargas térmicas de disparo rápido y cíclico por encima de las limitaciones de la superaleación. Las adiciones de fase dúctil amplían la ductilidad de los siliciuros frágiles.

Especificaciones granulométricas del polvo de MoSi2

Los grados industriales clasifican los polvos en función de los límites de distribución:

Tabla 2. Clasificaciones comunes por malla del tamaño del polvo de disiliciuro de molibdeno que van desde la pulverización térmica hasta adiciones inferiores a 10 micras para carburos de silicio sinterizados.

La especificación de las distribuciones de polvo garantiza la adecuación a las limitaciones de tamaño de las partículas y a las necesidades reológicas de las boquillas de pulverización térmica frente a las exigencias de prensado y sinterización.

Procesos de producción del polvo de MoSi2

Reducción y silicidación - Los polvos de trióxido de molibdeno reducidos en atmósfera de hidrógeno con polvo de silicio crean MoSi2 por encima de 1200°C, finalmente molido en bolas en distribuciones. Las partículas irregulares y de menor pureza se adaptan mejor a la deposición por pulverización térmica.

Atomización de gases - Los lingotes fundidos por inducción en gas inerte atomizado en polvo gestionan la oxidación y controlan bien el tamaño de las partículas. Las formas esféricas mejoran el empaquetamiento del lecho de polvo y el comportamiento de sinterización. Pero los rendimientos son menores y el precio del polvo es más elevado que en la producción química.

Esferoidización del plasma - En lugar de fundir completamente, el material de alimentación calentado por inducción que se inyecta en los sopletes de plasma redondea las partículas reducidas/silicidadas irregulares mejorando el flujo y el empaquetamiento a la vez que se minimiza la pérdida de material en la purificación de la masa fundida de drenaje. Ofrece una calidad de polvo y un perfil de costes intermedios entre los otros métodos.

La evaluación de las ventajas y desventajas de la pureza, las características del polvo y el precio determina el método de producción más rentable en función de los requisitos de la aplicación.

Normas y especificaciones del sector

Los gobiernos y las asociaciones comerciales publican diversas normas sobre el polvo de MoSi2:

Cuadro 3. Principales normas internacionales de calidad y ensayo aplicables a los polvos de disiliciuro de molibdeno

La revisión de la composición química requerida, el tamaño de las partículas, los umbrales típicos de impurezas y los protocolos de pruebas mecánicas de aplicación final garantizan la correcta especificación y cualificación de los lotes de MoSi2 adquiridos con arreglo a las directrices de certificación que cubren los escenarios de uso, evitando especificar en exceso o en defecto los insumos de materia prima.

Aplicaciones del polvo de MoSi2

Entre los usos no exhaustivos que se benefician de la extrema estabilidad térmica y resistencia a la oxidación se incluyen:

Revestimientos por pulverización térmica

• Tubos de mufla de horno, accesorios y bandejas
• Crisoles para el tratamiento de metales refractarios
• Erosión de álabes de turbina de avión + protección térmica

Sinterización

• Contactos y soportes de la resistencia eléctrica
• Juntas de gas y electrodos de alta temperatura en la fabricación de vidrio
• Equipos de inmersión en metal fundido, como cucharones

Compuestos

• Aditivo de refuerzo en nitruros y carburos de silicio
• Gestión térmica rellenos de sustratos electrónicos

Cualquier proceso de sinterización, revestimiento o fabricación de compuestos que necesite estabilidad dimensional a través de fluctuaciones de temperatura >1000°C sin oxidación considera los polvos de disiliciuro de molibdeno.

Disilicida de molibdeno en polvo Fabricantes y vendedores

Entre los comerciantes de renombre que producen y suministran polvos de MoSi2 figuran:

Cuadro 4. Empresas destacadas que suministran polvos de molibosilicio adecuados para aplicaciones industriales de gran pureza o gran volumen

Los distribuidores secundarios también venden comercialmente, pero la mejor práctica es abastecerse de pequeños lotes directamente de las fábricas primarias para obtener el mejor precio y la mejor trazabilidad.

Factores de coste del polvo de MoSi2

Cuadro 5. Dinámica del canal de suministro que influye en el precio del disiliciuro de molibdeno en polvo

Se espera un precio de $50/kg para los grados de silicificación comunes hasta $300/kg para las fracciones esferoidizadas de plasma de gran pureza, aunque el precio no es lineal debido a las sutiles variaciones de calidad.

Ventajas e inconvenientes del polvo de MoSi2

Tabla 6. Ventajas y desventajas de las aplicaciones de disiliciuro de molibdeno en polvo

El MoSi2 resuelve de forma única las necesidades de estabilidad térmica extrema a pesar de los retos de procesamiento y fragilidad, incomparables con los candidatos alternativos de acero inoxidable 316 o superaleaciones, además de costar cinco veces menos, incluso sin tener en cuenta la complejidad de la densificación.

Comparación del polvo de MoSi2 con otras alternativas

Tabla 7. Contraste cualitativo del polvo de disiliciuro de molibdeno frente a polvos metálicos refractarios alternativos

Sopesar los requisitos de los compuestos equilibrando los límites de rendimiento térmico con los factores de coste de fabricación y de ciclo de vida orientando a los ingenieros hacia los materiales adecuados para temperaturas ultra altas.

Preguntas frecuentes

P: ¿Se oxida el MoSi2 en el aire por encima de 1500°C?

R: Sí, por encima de 1500°C bajo 0,9 atm de presión, la capa superficial cristalina de SiO2 se vuelve más porosa perdiendo protección.

P: ¿Qué colores están disponibles con los revestimientos MoSi2?

R: Gris natural, pero es posible la coloración mediante finas dispersiones de óxidos para una gestión térmica de mayor emisividad.

P: ¿Requiere el polvo de MoSi2 prensado isostático en caliente cuando se sinteriza?

R: Sí, la densificación HIP minimiza la porosidad residual y maximiza la resistencia mecánica tras las etapas iniciales de sinterización sin presión.

P: ¿Qué aplicaciones utilizan disiliciuro de molibdeno puro sin aleación?

R: El MoSi2 puro es suficiente para accesorios de hornos, bandejas, muflas que ven principalmente una oxidación/corrosión uniforme sin cargas mecánicas.

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