Proszek dwukrzemku molibdenu

Dwukrzemek molibdenu (MoSi2) to związek międzymetaliczny ceniony za stabilność w wysokich temperaturach, odporność na utlenianie i właściwości szoku termicznego. Jako proszek jest on wykorzystywany do natryskiwania cieplnego, spiekania i produkcji kompozytów. Niniejszy przewodnik zawiera przegląd specyfikacji proszku MoSi2, metod produkcji, przykładów zastosowań, dostawców, kosztów, ograniczeń i alternatyw w celu poinformowania inżynierów materiałowych.

Proszek dwukrzemku molibdenu Przegląd

Połączenie krzemu z ogniotrwałym molibdenem metalicznym daje MoSi2 zachowujący wytrzymałość powyżej 1300°C bez topnienia lub utleniania. Konwersja do postaci proszku umożliwia:

• Powłoki natryskiwane cieplnie na łopatkach turbin i narzędziach
• Dodanie wzmocnienia w postaci cząstek poprawia kompozyty o osnowie ceramicznej
• Konsolidacja metalurgii proszków w wymienniki ciepła o kształcie siatki

Kluczowe atrybuty:

• Temperatura topnienia 2030°C zapewnia wysoką stabilność temperaturową
• Tworzy ochronną warstwę tlenku SiO2 odporną na utlenianie w powietrzu do 1500°C
• Niska gęstość 6,2 g/cm2 ułatwia odchudzanie komponentów
• Bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej zapobiega pękaniu pod wpływem gwałtownych gradientów ΔT

Odporność na ekstremalne warunki środowiskowe znacznie przewyższające nadstopy niklu i kobaltu sprawia, że ten krzemek jest niezbędny w systemach ochrony termicznej, od elementów pieców po silniki lotnicze i krawędzie czołowe pojazdów hipersonicznych.

Proszek dwukrzemku molibdenu Kompozycje

Proszki MoSi2 obejmują zarówno stosunkowo czyste formuły z niewielkimi resztkowymi zanieczyszczeniami węglem i tlenem, jak i niestandardowe kompozycje stopowe lub dodające wzmocnienie cząstkami stałymi:

Tabela 1. Podstawowe kategorie kompozycji proszkowych dwukrzemku molibdenu, w tym dwuskładnikowe mieszanki towarowe i niestandardowe stopy/kompozyty.

Wzbogacenie o pierwiastki takie jak chrom, aluminium, węgiel lub wzmocnienie stabilną ceramiką rozszerza możliwości dostrajania współczynnika CTE, odporności na utlenianie i reologii dopasowanej do końcowych projektów spiekanych produktów.

Charakterystyka i właściwości proszku MoSi2

• Wygląd - Szary proszek o krystalicznej lub kanciastej morfologii
• Temperatura topnienia - 2030°C umożliwia spiekanie w stanie stopionym bez topienia komponentów
• Gęstość - 6,2 g/cm3, 50% gęstość wolframu
• Odporność na utlenianie - Do ciśnienia 0,9 atm, odporny na utlenianie w powietrzu do 1500°C dzięki ochronnej warstwie krzemionki
• Współczynnik Poissona - 0,18-0,28 zbliżone do stali
• CTE - 7,8 μm/m°C w zakresie 20-1000°C zapewnia doskonałą odporność na szok termiczny
• Rezystywność elektryczna - 150-190 μΩ-cm musi uwzględniać przewodność cieplną do chłodzenia podzespołów

Właściwości te zapewniają stabilność wymiarową przy szybkich i cyklicznych obciążeniach termicznych wypalania przekraczających ograniczenia nadstopów. Dodatki fazy ciągliwej zwiększają ciągliwość kruchego krzemku.

Specyfikacje wielkości cząstek proszku MoSi2

Klasy przemysłowe klasyfikują proszki w oparciu o wartości graniczne dystrybucji:

Tabela 2. Powszechne klasyfikacje wielkości proszku dwukrzemku molibdenu według siatki, od natrysku termicznego do dodatków poniżej 10 mikronów do spiekanych węglików krzemu

Określenie rozkładu proszku zapewnia dostosowanie do ograniczeń wielkości cząstek i potrzeb reologicznych dysz do natryskiwania termicznego w porównaniu z ciasno upakowanymi wymaganiami dotyczącymi prasowania i spiekania.

Procesy produkcji proszku MoSi2

Redukcja i krzemionkowanie - Proszki trójtlenku molibdenu zredukowane w atmosferze wodoru z proszkiem krzemu tworzą MoSi2 w temperaturze powyżej 1200 ° C, ostatecznie zmielone w kulkach. Niższa czystość i nieregularne cząstki najlepiej nadają się do napylania termicznego.

Atomizacja gazu - Wlewki topione indukcyjnie w gazie obojętnym rozpylane na proszek kontrolują utlenianie i dobrze kontrolują rozmiary cząstek. Kuliste kształty poprawiają upakowanie w złożu proszku i zachowanie podczas spiekania. Jednak niższa wydajność i wyższa cena proszku w porównaniu z produkcją chemiczną.

Sferoidyzacja plazmy - Zamiast całkowitego stopienia, materiał wsadowy podgrzewany indukcyjnie wtryskiwany do palników plazmowych zaokrągla nieregularne, zredukowane / krzemionkowane cząstki, poprawiając przepływ i upakowanie, jednocześnie minimalizując straty materiału w celu oczyszczenia stopu. Oferuje średnią jakość proszku i profil kosztów między innymi metodami.

Ocena kompromisów między czystością, właściwościami proszku i ceną określa najlepszą metodę produkcji odpowiadającą wymaganiom aplikacji.

Standardy i specyfikacje branżowe

Rządy i stowarzyszenia handlowe wydają różne normy dotyczące proszku MoSi2:

Tabela 3. Wiodące międzynarodowe standardy jakości i testowania mające zastosowanie do proszków dwukrzemku molibdenu

Przegląd wymaganego składu chemicznego, wielkości cząstek, typowych progów zanieczyszczeń i krytycznych protokołów testów mechanicznych aplikacji końcowych zapewnia prawidłowe określenie i zakwalifikowanie zamówionych partii MoSi2 zgodnie z wytycznymi certyfikacji obejmującymi scenariusze użytkowania - unikając zawyżania lub zaniżania specyfikacji surowców.

Zastosowania proszku MoSi2

Niewyczerpujące zastosowania korzystające z ekstremalnej stabilności termicznej i odporności na utlenianie obejmują:

Powłoki natryskiwane cieplnie

• Mufle piecowe, osprzęt i tace
• Tygle do obróbki metali ogniotrwałych
• Erozja łopatek turbin lotniczych + ochrona termiczna

Spiekanie

• Styki i wsporniki elektrycznego elementu grzejnego
• Wysokotemperaturowe uszczelnienia gazowe i elektrody w produkcji szkła
• Sprzęt do zanurzania w stopionym metalu, taki jak kadzie

Kompozyty

• Dodatek wzmacniający w azotkach i węglikach krzemu
• Wypełniacze podłoży elektronicznych do zarządzania ciepłem

Każdy proces spiekania, powlekania lub produkcji kompozytów wymagający stabilności wymiarowej przy wahaniach temperatury >1000°C bez utleniania uwzględnia proszki dwukrzemku molibdenu.

Proszek dwukrzemku molibdenu Producenci i sprzedawcy

Do renomowanych sprzedawców produkujących i dostarczających proszki MoSi2 należą:

Tabela 4. Godne uwagi firmy dostarczające proszki krzemowo-molowe do zastosowań przemysłowych o wysokiej czystości lub w dużych ilościach

Dystrybutorzy drugorzędni również prowadzą sprzedaż komercyjną, ale najlepszą praktyką jest pozyskiwanie małych partii bezpośrednio od głównych młynów w celu uzyskania najlepszej ceny i identyfikowalności.

Czynniki kosztowe proszku MoSi2

Tabela 5. Dynamika kanału dostaw wpływająca na ceny proszku dwukrzemku molibdenu

Spodziewaj się $50/kg dla popularnych gatunków krzemionki do $300/kg dla frakcji sferoidalnych o wysokiej czystości plazmy - choć ceny nie są liniowe w oparciu o subtelne różnice w jakości.

Plusy i minusy proszku MoSi2

Tabela 6. Kompromisy, które należy wziąć pod uwagę przy rozważaniu zastosowań proszku dwukrzemku molibdenu

MoSi2 w wyjątkowy sposób rozwiązuje ekstremalne potrzeby w zakresie stabilności termicznej, pomimo wyzwań związanych z przetwarzaniem i kruchością, nieporównywalnych z alternatywnymi kandydatami ze stali nierdzewnej 316 lub nadstopów, a także kosztuje pięć razy mniej, nawet przed uwzględnieniem złożoności zagęszczania.

Porównanie proszku MoSi2 z alternatywami

Tabela 7. Jakościowe porównanie proszku dwukrzemku molibdenu z alternatywnymi proszkami metali ogniotrwałych

Zważ wymagania dotyczące kompozytów, równoważąc limity wydajności termicznej z możliwościami produkcyjnymi i czynnikami wpływającymi na koszty cyklu życia, kierując inżynierów w stronę odpowiednich materiałów ultrawysokotemperaturowych.

Często zadawane pytania

P: Czy MoSi2 utlenia się w powietrzu w temperaturze powyżej 1500°C?

Tak, powyżej 1500°C pod ciśnieniem 0,9 atm krystaliczna warstwa powierzchniowa SiO2 staje się bardziej porowata, tracąc ochronę.

P: Jakie kolory są dostępne z powłokami MoSi2?

O: Naturalna szarość, ale możliwe jest barwienie za pomocą drobnych dyspersji tlenków w celu zarządzania termicznego o wyższej emisyjności.

P: Czy proszek MoSi2 wymaga prasowania izostatycznego na gorąco podczas spiekania?

Tak, zagęszczanie HIP minimalizuje porowatość resztkową i maksymalizuje wytrzymałość mechaniczną po początkowych etapach spiekania bezciśnieniowego.

P: W jakich zastosowaniach wykorzystywany jest czysty dwukrzemek molibdenu bez dodatków stopowych?

O: Czysty MoSi2 wystarcza do osprzętu pieców, tac, mufli, w których obserwuje się przede wszystkim równomierne utlenianie/korozję bez obciążeń mechanicznych.

poznaj więcej procesów druku 3D