Poudre de disilicide de molybdène

Le disilicide de molybdène (MoSi2) est un composé intermétallique apprécié pour sa stabilité à haute température, sa résistance à l'oxydation et ses caractéristiques de choc thermique. Sous forme de poudre, il est utilisé pour la pulvérisation thermique, le frittage et les marchés des composites. Ce guide passe en revue les spécifications de la poudre de MoSi2, les méthodes de fabrication, les exemples d'utilisation, les fournisseurs, les coûts, les limites et les alternatives pour informer les ingénieurs en matériaux.

Poudre de disilicide de molybdène Vue d'ensemble

La combinaison du silicium et du métal molybdène réfractaire produit le MoSi2 qui conserve sa résistance au-delà de 1300°C sans fondre ni s'oxyder. La conversion en poudre permet :

• Revêtements par projection thermique sur les aubes de turbines et les outils
• Ajout d'un renfort particulaire améliorant les composites à matrice céramique
• Consolidation par métallurgie des poudres dans des échangeurs de chaleur de forme nette

Attributs clés :

• Le point de fusion de 2030°C offre une grande stabilité à la température.
• Forme une couche protectrice d'oxyde SiO2 résistant à l'oxydation dans l'air jusqu'à 1500°C
• La faible densité de 6,2 g/cm2 facilite l'allègement des composants.
• Le très faible coefficient de dilatation thermique évite les fissures en cas de gradients ΔT rapides.

La résistance aux environnements extrêmes, bien supérieure à celle des superalliages de nickel et de cobalt, rend ce siliciure indispensable dans les systèmes de protection thermique, qu'il s'agisse de composants de fours, de moteurs aérospatiaux ou de bords d'attaque de véhicules hypersoniques.

Poudre de disilicide de molybdène Compositions

Les poudres de MoSi2 vont de formulations relativement pures avec une contamination résiduelle mineure par le carbone et l'oxygène à des compositions personnalisées alliées ou renforcées par des particules :

Tableau 1. Principales catégories de compositions de poudre de disiliciure de molybdène, y compris les mélanges binaires de produits de base et les alliages/composites personnalisés

L'ajout d'éléments tels que le chrome, l'aluminium, le carbone ou le renforcement par des céramiques stables élargit les possibilités de réglage de l'ECT, de la résistance à l'oxydation et de la rhéologie en fonction des conceptions finales des produits frittés.

Caractéristiques et propriétés de la poudre de MoSi2

• Apparence - Poudre grise à morphologie cristalline ou angulaire
• Point de fusion - 2030°C permet le frittage à l'état fondu sans fusion des composants
• Densité - 6,2 g/cm3, 50% la densité du tungstène
• Résistance à l'oxydation - Jusqu'à des pressions de 0,9 atm, résiste à l'oxydation dans l'air jusqu'à 1500°C grâce à une couche protectrice de silice.
• Rapport de Poisson - 0,18-0,28 proche des aciers
• CTE - 7,8 μm/m°C de 20 à 1000°C offre une excellente résistance aux chocs thermiques.
• Résistivité électrique - 150-190 μΩ-cm doit être pris en compte parallèlement à la conductivité thermique pour le refroidissement des composants.

Ces propriétés garantissent la stabilité dimensionnelle lors de tirs rapides et cycliques avec des charges thermiques supérieures aux limites des superalliages. Les ajouts de phases ductiles augmentent la ductilité fragile des siliciures.

Spécifications granulométriques de la poudre de MoSi2

Les grades industriels classent les poudres en fonction de seuils de distribution :

Tableau 2. Classification des poudres de disiliciure de molybdène par maille allant de la pulvérisation thermique aux ajouts inférieurs à 10 microns pour les carbures de silicium frittés.

La spécification de la distribution des poudres permet de s'aligner sur les limites de taille des particules et les besoins rhéologiques des buses de pulvérisation thermique par rapport aux exigences de pressage et de frittage en rangs serrés.

Procédés de production de la poudre de MoSi2

Réduction et silicidation - Les poudres de trioxyde de molybdène réduites sous atmosphère d'hydrogène avec de la poudre de silicium créent du MoSi2 à plus de 1200°C et sont ensuite broyées à billes pour être distribuées. Une pureté moindre et des particules irrégulières conviennent mieux au dépôt par pulvérisation thermique.

Atomisation des gaz - Les lingots fondus par induction dans un gaz inerte atomisé en poudre gèrent l'oxydation et contrôlent bien la taille des particules. Les formes sphériques améliorent le tassement du lit de poudre et le comportement au frittage. Mais les rendements plus faibles et les prix plus élevés des poudres sont le revers de la médaille de la production chimique.

Sphéroïdisation du plasma - Au lieu de fondre complètement, la matière première chauffée par induction et injectée dans les torches à plasma arrondit les particules irrégulières réduites/silicidées, ce qui améliore l'écoulement et l'emballage tout en minimisant la perte de matière lors de la purification de la matière fondue drainée. Cette méthode offre une qualité de poudre et un profil de coût intermédiaires par rapport aux autres méthodes.

L'évaluation des compromis entre la pureté, les caractéristiques de la poudre et le prix permet de déterminer la méthode de production la plus avantageuse en fonction des exigences de l'application.

Normes et spécifications de l'industrie

Les gouvernements et les associations professionnelles publient diverses normes relatives à la poudre de MoSi2 :

Tableau 3. Principales normes internationales de qualité et d'essai applicables aux poudres de disiliciure de molybdène

L'examen de la chimie requise, de la taille des particules, des seuils d'impureté typiques et des protocoles d'essais mécaniques des applications finales permet de spécifier et de qualifier correctement les lots de MoSi2 achetés par rapport aux directives de certification couvrant les scénarios d'utilisation - en évitant de sur ou sous-spécifier les matières premières utilisées.

Applications de la poudre de MoSi2

Parmi les utilisations non exhaustives bénéficiant d'une stabilité thermique et d'une résistance à l'oxydation extrêmes, on peut citer

Revêtements par pulvérisation thermique

• Tubes, accessoires et plateaux de moufle de four
• Creusets pour le traitement des métaux réfractaires
• Érosion des pales de turbines d'avion + protection thermique

Frittage

• Contacts et supports de l'élément chauffant électrique
• Joints et électrodes de gaz à haute température dans la fabrication du verre
• Matériel d'immersion de métal en fusion comme les poches de coulée

Composites

• Additif de renforcement dans les nitrures et carbures de silicium
• Remplissage de substrats électroniques pour la gestion thermique

Les poudres de disiliciure de molybdène sont utilisées dans tous les procédés de frittage, de revêtement ou de fabrication de composites nécessitant une stabilité dimensionnelle à des températures de plus de 1000°C sans oxydation.

Poudre de disilicide de molybdène Fabricants et vendeurs

Les marchands réputés qui produisent et fournissent des poudres de MoSi2 sont les suivants :

Tableau 4. Principales entreprises fournissant des poudres de moly-silicium destinées à des applications industrielles de haute pureté ou de grand volume

Les distributeurs secondaires vendent également des produits commerciaux, mais la meilleure pratique consiste à s'approvisionner en petits lots directement auprès des usines primaires pour obtenir le meilleur prix et la meilleure traçabilité.

Facteurs de coût de la poudre de MoSi2

Tableau 5. Dynamique des canaux d'approvisionnement influençant la fixation des prix de la poudre de disiliciure de molybdène

Il faut s'attendre à des prix allant de $50/kg pour les qualités de silicuration courantes à $300/kg pour les fractions sphéroïdisées au plasma de grande pureté - bien que les prix ne soient pas linéaires en raison de variations subtiles de la qualité.

Avantages et inconvénients de la poudre de MoSi2

Tableau 6. Compromis à prendre en compte pour les applications de la poudre de disiliciure de molybdène

Le MoSi2 répond de manière unique aux besoins de stabilité thermique extrême malgré les défis de traitement et de fragilité inégalés par les candidats alternatifs en acier inoxydable 316 ou en superalliage, tout en étant cinq fois moins coûteux, même avant de prendre en compte les considérations de complexité de densification.

Comparaison de la poudre de MoSi2 avec d'autres produits

Tableau 7. Comparaison qualitative de la poudre de disiliciure de molybdène avec d'autres poudres de métaux réfractaires

Peser les exigences des composites en équilibrant les limites de performance thermique avec les facteurs de fabrication et de coût du cycle de vie, en orientant les ingénieurs vers les bons matériaux pour les ultra-hautes températures.

Questions fréquemment posées

Q : Le MoSi2 s'oxyde-t-il à l'air au-dessus de 1500°C ?

R : Oui, au-dessus de 1500°C sous une pression de 0,9 atm, la couche de surface cristalline SiO2 devient plus poreuse et perd sa protection.

Q : Quelles sont les couleurs disponibles avec les revêtements MoSi2 ?

A : Gris naturel, mais possibilité de coloration par de fines dispersions d'oxydes pour une gestion thermique à émissivité plus élevée.

Q : La poudre de MoSi2 nécessite-t-elle un pressage isostatique à chaud lors du frittage ?

R : Oui, la densification HIP minimise la porosité résiduelle et maximise la résistance mécanique après les étapes initiales de frittage sans pression.

Q : Quelles sont les applications qui utilisent le disiliciure de molybdène pur, sans alliage ?

R : Le MoSi2 pur suffit pour les accessoires de four, les plateaux, les moufles qui présentent principalement une oxydation/corrosion uniforme sans charges mécaniques.

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