Порошок дисилицида молибдена

Дисилицид молибдена (MoSi2) - это интерметаллическое соединение, которое ценится за высокую термостойкость, устойчивость к окислению и термоударам. В виде порошка он используется для термического напыления, спекания и производства композитов. В данном руководстве рассматриваются технические характеристики порошка MoSi2, методы производства, примеры использования, поставщики, стоимость, ограничения и альтернативы, чтобы проинформировать инженеров-материаловедов.

Порошок дисилицида молибдена Обзор

Сочетание кремния с тугоплавким металлом молибденом позволяет получить MoSi2, сохраняющий прочность при температуре свыше 1300°C, не плавясь и не окисляясь. Превращение в порошок позволяет:

• Термическое напыление покрытий на лопатки турбин и инструменты
• Добавление армирующих частиц улучшает керамические матричные композиты
• Консолидация порошковой металлургии в теплообменниках сетчатой формы

Ключевые атрибуты:

• Температура плавления 2030°C обеспечивает высокую температурную стабильность
• Образует защитный оксидный слой SiO2, устойчивый к окислению на воздухе до 1500°C
• Низкая плотность 6,2 г/см2 облегчает утяжеление компонентов
• Очень низкий коэффициент теплового расширения позволяет избежать растрескивания при резких перепадах ΔT

Выдерживая экстремальные условия, намного превышающие возможности никелевых и кобальтовых суперсплавов, этот силицид незаменим в системах тепловой защиты - от компонентов печей до аэрокосмических двигателей и передних кромок гиперзвуковых аппаратов.

Порошок дисилицида молибдена Композиции

Порошки MoSi2 варьируются от относительно чистых составов с незначительными остаточными загрязнениями углеродом и кислородом до специализированных композиций с легированием или добавлением армирующих частиц:

Тип	Описание	Состав
Чистый MoSi2	Бинарная смесь молибден + кремний	99% MoSi2 + <1% C, O
Легированные соединения	Элементы, такие как бор, хром, алюминий, добавляются, образуя тройные/четверные соединения Mo-Si-X	MoSi2 + 5% Cr + 2% B
Композиты	Частицы оксидов или карбидов, смешанные с порошком MoSi2	MoSi2 + 20% SiC

Таблица 1. Основные категории порошковых композиций дисилицида молибдена, включая товарные бинарные смеси и специализированные сплавы/композиты

Добавление таких элементов, как хром, алюминий, углерод или армирование стабильной керамикой, расширяет возможности настройки CTE, устойчивости к окислению и реологии в соответствии с конечным дизайном спеченного продукта.

Характеристики и свойства порошка MoSi2

• Внешний вид - Серый порошок с кристаллической или угловатой морфологией
• Температура плавления - 2030°C обеспечивает спекание в расплавленном состоянии без плавления компонентов
• Плотность - 6,2 г/см3, 50% плотность вольфрама
• Устойчивость к окислению - До давления 0,9 атм, устойчив к окислению на воздухе до 1500°C благодаря защитному слою кремния
• Коэффициент Пуассона - 0,18-0,28 сродни сталям
• CTE - 7,8 мкм/м°C при температурах 20-1000°C обеспечивает превосходную стойкость к термоударам
• Электрическое сопротивление - 150-190 мкОм-см необходимо учитывать наряду с теплопроводностью для охлаждения компонентов

Эти свойства обеспечивают стабильность размеров при быстрых и циклических термических нагрузках при обжиге, превышающих предельные значения для суперсплавов. Добавки вязкой фазы расширяют хрупкую пластичность силицида.

Характеристики размера частиц порошка MoSi2

Промышленные марки классифицируют порошки в зависимости от распределения:

Класс	Размер микрона	Типичное использование
-140 меш	<106 мкм	Термические напыляемые покрытия
-325 Меш	<44 мкм	Порошковое сырье для литья под давлением
-400 Меш	<38 мкм	Армирование КМЦ, прессованные/спеченные детали

Таблица 2. Классификация размеров порошка дисилицида молибдена по размеру ячеек, начиная с термического распыления и заканчивая добавками менее 10 микрон для спеченных карбидов кремния

Задание распределения порошка обеспечивает соответствие ограничениям по размеру частиц и реологическим требованиям форсунок для термического распыления в сравнении с требованиями плотного прессования и спекания.

Производственные процессы для порошка MoSi2

Восстановление и силикатизация - Порошки триоксида молибдена, восстановленные в атмосфере водорода с порошком кремния, образуют MoSi2 при температуре выше 1200°C и в конечном итоге измельчаются в шарики. Частицы низкой чистоты и неправильной формы лучше всего подходят для термического напыления.

Газовая атомизация - Индукционная плавка слитков в инертном газе, распыляемом в порошок, справляется с окислением и хорошо контролирует размер частиц. Сферические формы улучшают упаковку порошка и поведение при спекании. Но более низкий выход и более высокая цена порошка обуславливают химическое производство.

Сфероидизация плазмы - Вместо полного расплавления нагретая индукционным способом исходная масса, впрыскиваемая в плазменные горелки, округляет неравномерно уменьшенные/силицированные частицы, улучшая текучесть и упаковку, минимизируя потери материала на очистку сливного расплава. Предлагает среднее качество порошка и стоимость между другими методами.

Оценка компромиссов между чистотой, характеристиками порошка и ценой позволяет определить наилучший метод производства, соответствующий требованиям приложения.

Отраслевые стандарты и спецификации

Правительства и торговые ассоциации выпускают различные стандарты на порошок MoSi2:

Сущность	Стандартный номер	Описание
Федерация техники пульверизации	FS-150	Термическое напыление
DIN Немецкий институт нормирования	DIN17742	Марка порошковой металлургии
ASTM International	C1765	Стандарты методологии тестирования
ISO Международная организация по стандартизации	ISO 21825	Механические и физические методы испытаний

Таблица 3. Ведущие международные стандарты качества и испытаний, применяемые к порошкам дисилицида молибдена

Анализ требуемого химического состава, размеров частиц, типичных пороговых значений примесей и протоколов механических испытаний для конечного применения обеспечивает правильную спецификацию и квалификацию закупаемых партий MoSi2 в соответствии с сертификационными рекомендациями, охватывающими сценарии использования, что позволяет избежать завышения или занижения требований к исходным материалам.

Применение порошка MoSi2

Неполный перечень областей применения, в которых используются преимущества экстремальной термической стабильности и устойчивости к окислению, включает в себя:

Термические напыляемые покрытия

• Муфельные трубы, приспособления и лотки для печей
• Тигли для обработки тугоплавких металлов
• Эрозия лопаток турбин летательных аппаратов + тепловая защита

Агломерация

• Контакты и опоры электрических нагревательных элементов
• Высокотемпературные газовые уплотнения и электроды в производстве стекла
• Оборудование для погружения в расплавленный металл, например, ковши

Композиты

• Армирующая добавка в нитридах и карбидах кремния
• Терморегулирующие наполнители для электронных подложек

Любой процесс спекания, нанесения покрытий или изготовления композитов, требующий стабильности размеров при перепадах температур >1000°C без окисления, рассматривает порошки дисилицида молибдена.

Порошок дисилицида молибдена Производители и поставщики

К числу авторитетных производителей и поставщиков порошков MoSi2 относятся:

Поставщик	Расположение	Метод производства
Thermo Fisher Scientific	Соединенные Штаты	Восстановление и силикатизация
Atlantic Equipment Engineers	Соединенные Штаты	Распыление газа
Phoenix Scientific	Соединенные Штаты	Сфероидизация плазмы
Китай Молибден	Китай	Восстановление и силикатизация
Япония Новые металлы	Япония	Распыление газа

Таблица 4. Известные компании, поставляющие порошки молибденового кремния, подходящие для применения в промышленности высокой чистоты или в больших объемах

Вторичные дистрибьюторы также занимаются коммерческой продажей, но лучше всего приобретать небольшие партии непосредственно на первичных фабриках, чтобы получить лучшую цену и возможность отслеживания.

Факторы стоимости порошка MoSi2

Водитель	Воздействие
Метод производства	Распыление газа обходится в 5-10 раз дороже химического производства
Чистота материала	Контроль содержания микроэлементов и размера частиц увеличивает цену
Объем закупок	Возможны скидки на тонны+ количество до 30%
Геометрия порошка	Высокая сферичность добавляет 25-50%
Спецификация приложения	Более строгие распределения и проверки повышают цену

Таблица 5. Динамика каналов поставок, влияющая на ценообразование порошка дисилицида молибдена

Ожидайте от $50/кг для обычных сортов силицида до $300/кг для высокочистых плазменных сфероидизированных фракций - хотя цены не линейны в зависимости от тонких различий в качестве.

Плюсы и минусы порошка MoSi2

Преимущества	Недостатки
Температура плавления 2030°C сохраняет механические свойства при экстремальных температурах	Хрупкий интерметаллид, склонный к растрескиванию при деформации после полного уплотнения.
Стойкость к окислению поверхности до 1500°C благодаря слою SiO2	Более низкая теплопроводность, чем у графита, должна учитываться при создании контактов нагревательных элементов
Более низкая плотность по сравнению с вольфрамовыми альтернативами	Производственные проблемы, связанные с полным уплотнением без высокого давления горячего прессования

Таблица 6. Компромиссы, которые необходимо учитывать при рассмотрении возможностей применения порошка дисилицида молибдена

MoSi2 уникально решает проблемы экстремальной термостабильности, несмотря на трудности обработки и хрупкости, не сравнимые с альтернативными кандидатами из нержавеющей стали или суперсплава 316, а также стоит в пять раз дешевле, даже если не принимать во внимание сложность уплотнения.

Сравнение порошка MoSi2 с альтернативами

Параметр	MoSi2	W	Та	Re	Hf
Температура плавления	2030°C	3410°C	2996°С	3180°C	2230°C
Устойчивость к окислению	До 1500°C	Бедный	Бедный	Бедный	Бедный
Плотность	6,2 г/см^3	19 г/см^3	16 г/см^3	21 г/см^3	13 г/см^3
Теплопроводность	Низкий	Высокая	Средний	Средний	Средний
Электрическое сопротивление	Высокая	Низкий	Средний
Стоимость	$$$$	$$$$$	$$$$$	$$$$$	$$$$$

Таблица 7. Качественное сравнение порошка дисилицида молибдена с другими порошками тугоплавких металлов

Взвесьте требования к композитам, уравновесив предельные тепловые характеристики с показателями технологичности и стоимости жизненного цикла, и направьте инженеров на выбор подходящих сверхвысокотемпературных материалов.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Окисляется ли MoSi2 на воздухе при температуре выше 1500°C?

A: Да, при температуре выше 1500°C под давлением 0,9 атм поверхностный слой кристаллического SiO2 становится более пористым и теряет защиту.

В: Какие цвета доступны с покрытиями MoSi2?

A: Натуральный серый цвет, но возможно окрашивание с помощью тонких дисперсий оксидов для более высокой теплоотдачи.

Вопрос: Требуется ли порошку MoSi2 горячее изостатическое прессование при спекании?

О: Да, HIP-уплотнение минимизирует остаточную пористость и максимизирует механическую прочность после начальных стадий спекания без давления.

Вопрос: В каких областях используется чистый дисилицид молибдена без легирования?

О: Чистый MoSi2 подходит для печных приспособлений, лотков, муфелей, где наблюдается преимущественно равномерное окисление/коррозия без механических нагрузок.

узнать больше о процессах 3D-печати