Molibden w proszku

Molibden w proszku jest materiałem ogniotrwałym cenionym za swoje właściwości wysokotemperaturowe łączące wytrzymałość, przewodność cieplną i odporność na korozję. Niniejszy przewodnik obejmuje procesy i właściwości produkcji proszku molibdenu, a także stopów molibdenu i zastosowań. Zawiera również szczegółowe specyfikacje produktów, ceny, dostawców, zalety w porównaniu z alternatywami, a także zalecenia ekspertów dotyczące użytkowania.

Przegląd

Podstawowe właściwości czystego metalicznego proszku molibdenu obejmują:

• Doskonała wytrzymałość w wysokich temperaturach do 2100°C
• Zachowuje wytrzymałość na rozciąganie nawet w wysokiej temperaturze
• Bardzo niski współczynnik rozszerzalności cieplnej
• Przewodność cieplna i elektryczna
• Odporność na erozję i korozję
• Umożliwia zastosowanie lekkich materiałów konstrukcyjnych

Proszki molibdenu odnotowują wzrost popytu na struktury obciążone termicznie, takie jak osłony termiczne, dysze rakietowe, włókna i wzmocnienia kompozytowe, w których ekstremalne warunki przekraczają tradycyjne stopy. Niniejszy raport analizuje metody produkcji, czynniki kosztowe, obszary zastosowań i wytyczne dotyczące przetwarzania proszków molibdenu.

Skład i charakterystyka

Molibden w proszku zawiera tylko jeden czysty pierwiastek metaliczny:

Wzór chemiczny	Mo
Liczba atomowa	42
Masa atomowa	95,95 g/mol
Gęstość	10,28 g/cc
Temperatura topnienia	2623°C
Temperatura wrzenia	4639°C

Najważniejsze cechy:

• Srebrzystobiały połysk świeżego proszku
• Plastyczność i wysoka odporność na szok termiczny
• Możliwość produkcji w kształcie zbliżonym do siatki
• Może być stopiony z węglem, krzemem lub borem
• Odporność na kwasy i korozję alkaliczną
• Zachowuje wytrzymałość mechaniczną w różnych temperaturach

Te użyteczne kombinacje właściwości chemicznych, fizycznych i mechanicznych stymulują zastosowania. Jednak do ostatniej dekady dostępność była ograniczona przez trudności w produkcji czystego proszku molibdenu w przystępnej cenie.

Metody produkcji

Postępy umożliwiają obecnie komercyjną produkcję proszków molibdenu za pośrednictwem:

Metoda	Opis	Wielkość cząstek	Czystość
Elektroliza	MoO3 rozpuszczony w roztworze wodnym zredukowany na katodzie	50 μm	Wysoka 99.95%+
Redukcja kalciotermiczna	Redukcja trójtlenku molibdenu za pomocą wapnia	150 μm	Umiarkowany 98%
Redukcja wodoru	Redukcja MoO3 w stanie stałym przy użyciu suchego wodoru	Submikron	Wysoki 99.9%
Sferoidyzacja plazmy	Sferoidyzuj nieregularne płatki molibdenu	15 do 150 μm	Umiarkowany 98%

• Elektroliza i procesy wodorowe zapewniają wysoką czystość
• Metody redukcji oferują niższe koszty dla większości zastosowań
• Sferoidyzacja plazmowa po procesie poprawia właściwości proszku

Bieżące inicjatywy ukierunkowane są na bardziej wydajne procesy suche eliminujące hydrometalurgię w celu poprawy ekonomiki dla głównego nurtu.

Zastosowania materiałów ogniotrwałych

Unikalne właściwości proszku molibdenowego odpowiadają ekstremalnym wymaganiom:

Wysokotemperaturowe elementy konstrukcyjne

• Dysze rakietowe, części pocisków rakietowych
• Elementy reaktora syntezy jądrowej
• Paleniska pieców i osprzęt
• Żarniki do lamp próżniowych

Zarządzanie ciepłem

• Płyty rozpraszające ciepło z matrycą ceramiczną
• Powłoki natryskiwane cieplnie na rury i narzędzia

Mieszanki kompozytowe

• Wzmocnienia ze stopu wzmocnionego dyspersją
• Cermetale spiekane plazmą iskrową

Styki elektryczne

• Elektrody do rozdzielnic próżniowych
• Styki przekaźnika odporne na erozję łukową

Pasty metalizacyjne

• Obwody drukowane z grubej folii przewodzącej
• Środek łączący w przejściowej fazie ciekłej Wiązanie dyfuzyjne

Proszek molibdenu wybija się zatem ponad swoją niszową klasę wagową w zastosowaniach o wartości dodanej, a nie w czystych ilościach towarowych.

Specyfikacja produktu

Proszek molibdenu jest dostępny w handlu w standardowych lub niestandardowych odmianach:

Parametr	Typowe wartości
Wielkość cząstek	1 μm do 150 μm
Czystość	98% do 99.95% molibden
Morfologia	Kątowy, sferoidalny
Gęstość pozorna	4 do 6 gm/cc
Prawdziwa gęstość	10.2 gm/cc
Powierzchnia właściwa	0,2 do 2 m2/g
Zawartość tlenu	< 0,1 wt%
Szybkość przepływu proszku	Uczciwy, poprawia się wraz z kondycjonowaniem
Tlenek powierzchniowy	Obecna, ale cienka warstwa natywna

Rozkład wielkości cząstek - Dopasowanie metody przetwarzania klienta, docelowej wytrzymałości na rozciąganie i ciągliwości.

Stopnie czystości - 99,9% wystarczający do większości zastosowań. Wyższa czystość zwiększa koszty.

Kondycjonowanie - Mieszanie, smarowanie na sucho i osuszanie poprawia właściwości upakowania i przepływu proszku.

Dostosowanie właściwości proszku do konkretnych zastosowań jest możliwe, ale wymaga MOQ.

Ceny proszku molibdenu

Jako specjalistyczny proszek produkowany w małych partiach dla niszowych sektorów, koszty są wyższe niż w przypadku metali głównego nurtu:

Ilość	Cena ($ za funt)
1 funt	$50+
10 funtów	$35+
100 funtów	$25+
500 funtów+ (wlewka Mo)	$5+ lb

Czystość klasy badawczej powyżej 99,95% przyciąga wysokie premie za 1-gramowe opakowania w cenie ~$200+ za gram.

Koszty materiałów dominują w przypadku małych części spiekanych lub drukowanych w technologii AM - więc aplikacje muszą uzasadniać ich wartość. Umożliwia uzyskanie lekkości, izolacji i przewodności, które w innym przypadku byłyby nieosiągalne.

Porównanie z alternatywnymi rozwiązaniami

Molibden konkuruje z metalami specjalnymi i kompozytami o właściwościach wysokotemperaturowych:

Materiał	Przewodność cieplna	Temperatura topnienia	Gęstość	Koszt
Molibden	138 W/(m.K)	2622°C	10,28 g/cc	$$$
Wolfram	173 W/(m.K)	3422°C	19,35 g/cc	$$
Tantal	57 W/(m.K)	2996°C	16,6 g/cm3	$$$$
Dikrzemek molibdenu	NIE DOTYCZY	2035°C	NIE DOTYCZY	$$
Węglik wolframu	66 W/(m.K)	2870°C	15,63 g/cc	$$
Grafit	Do 1500	3652°C	2,26 g/cm3	$

Zalety molibdenu

• Bezkonkurencyjna wytrzymałość na rozciąganie w wysokiej temperaturze do 2100°C
• Niższa gęstość umożliwia tworzenie lekkich struktur wysokotemperaturowych
• Odporność na korozję stopionego metalu podczas ekstremalnego przetwarzania

Wyzwania

• Trudno jest w pełni zagęścić proszek do pełnego kształtu
• Mogą pojawić się kruche związki międzymetaliczne, ograniczające plastyczność.
• Bardzo wysoka temperatura topnienia utrudnia stopowanie i łączenie
• Ekonomika produkcji proszków wymaga dalszej poprawy

Dzięki ciągłym ulepszeniom w procesach proszkowych, molibden dominuje w ekstremalnych niszach serwisowych. Mieszanie z węglem/boronem wspomaga spiekanie, a dodatki stopowe dostosowują właściwości do wymagań temperaturowych.

Kierunki badań i rozwoju

Nowe ulepszenia proszku molibdenu obejmują:

Produkcja

• Drogi elektrolityczne wykorzystujące stopione sole
• Niższa energia prażenia/redukcji molibdenitu
• Sferoidyzacja plazmy mikrofalowej

Alloy Design

• Kompozyty HEA z wolframem/tantalem
• Dodatki do spiekania w fazie ciekłej, takie jak Cu/Ni
• Mechanizmy wzmacniające zależne od prędkości

Konsolidacja

• Spiekanie plazmowe z iskrą zapłonową
• Struktury kratowe z optymalizacją topologii
• Binder drukowany strumieniowo na zielono

Zastosowania

• Wymiana płyt elektrolitycznych w akumulatorach półprzewodnikowych
• Drukowane w 3D prototypy silników rakietowych
• Odporna na pełzanie szklana tuleja uszczelniająca Tuleje

Podsumowanie

Rzadkie właściwości ogniotrwałe molibdenu, w tym wytrzymałość w wysokich temperaturach, przewodnictwo cieplne, odporność na korozję i plastyczność, umożliwiają innowacyjne lekkie komponenty i kompozyty, odblokowując postęp w zakresie wydajności w ekstremalnych zastosowaniach zarządzania termicznego w fuzji jądrowej, podróżach kosmicznych i przetwórstwie przemysłowym. Niedawne udoskonalenia metalurgii proszków pozwalają teraz na uzupełnienie tradycyjnych form molibdenu o metody produkcji addytywnej. Dopasowanie wielkości i morfologii cząstek do pożądanych metod zagęszczania pozwala na wytwarzanie wcześniej nieopłacalnych kształtów. Choć molibden jest stosunkowo droższy niż konwencjonalne metale, w specjalistycznych niszach termicznych znacznie przewyższa alternatywne rozwiązania.

poznaj więcej procesów druku 3D