Металлический порошок молибдена

Металлический порошок молибдена это огнеупорный материал, который ценится за свои высокотемпературные свойства, сочетающие прочность, теплопроводность и коррозионную стойкость. В данном руководстве рассматриваются процессы производства молибденового порошка и его характеристики, а также легирование молибденом и его применение. В нем также подробно описаны технические характеристики продукта, цены, поставщики, преимущества по сравнению с альтернативными вариантами, а также рекомендации экспертов по использованию.

Обзор

К основным свойствам чистого металлического порошка молибдена относятся:

• Превосходная высокотемпературная прочность до 2100°C
• Сохраняет прочность на разрыв даже при высокой температуре
• Очень низкий коэффициент теплового расширения
• Тепло- и электропроводность
• Противостоит эрозии и коррозии
• Позволяет создавать легкие конструкционные материалы

Спрос на молибденовые порошки растет в таких термонагруженных конструкциях, как тепловые экраны, ракетные сопла, нити и композитные армирующие материалы, где экстремальные условия превышают возможности традиционных сплавов. В данном отчете рассматриваются методы производства, факторы, влияющие на стоимость, области применения и рекомендации по обработке молибденовых порошков.

Состав и характеристики

Металлический порошок молибдена состоит только из одного чистого металлического элемента:

Химическая формула	Mo
Атомный номер	42
Атомный вес	95,95 г/моль
Плотность	10,28 г/куб. см
Температура плавления	2623°С
Температура кипения	4639°C

Основные характеристики:

• Серебристо-белый блеск в свежем порошке
• Ковкий материал с высокой стойкостью к тепловым ударам
• Возможность изготовления почти сетчатой формы
• Может быть легирован углеродом, кремнием или бором
• Устойчивость к кислотам и щелочной коррозии
• Сохраняет механическую прочность при различных температурах

Эти полезные сочетания химических, физических и механических свойств стимулируют их применение. Однако до последнего десятилетия доступность этого материала была ограничена трудностями с производством чистого металлического порошка молибдена по доступным ценам.

Методы производства

В настоящее время достигнутые успехи позволяют производить металлические порошки молибдена в промышленных масштабах:

Метод	Описание	Размер частиц	Чистота
Электролиз	MoO3, растворенный в водном растворе, восстановленный на катоде	50 мкм	Высокий 99.95%+
Кальциотермическое восстановление	Восстановление триоксида молибдена с помощью кальция	150 мкм	Умеренный 98%
Восстановление водорода	Твердофазное восстановление MoO3 с использованием сухого водорода	Субмикронный	Высокий 99.9%
Сфероидизация плазмы	Сфероидизация неправильной формы молибденовых чешуек	15-150 мкм	Умеренный 98%

• Электролиз и водородные процессы позволяют достичь высокой чистоты
• Методы снижения стоимости для большинства применений
• Плазменная сфероидизация после обработки улучшает свойства порошка

Текущие инициативы направлены на повышение эффективности сухих процессов, исключающих гидрометаллургию, с целью улучшения экономических показателей для внедрения в широкую практику.

Применение огнеупорных материалов

Уникальные свойства металлического порошка молибдена отвечают самым высоким требованиям:

Высокотемпературные структурные компоненты

• Ракетные сопла, детали ракет
• Элементы реактора ядерного синтеза
• Печные очаги и оборудование
• Нити для вакуумных трубок

Терморегулирование

• Теплоотводящие пластины с керамической матрицей
• Термическое напыление покрытий на трубы и инструменты

Композитные смеси

• Арматура из сплавов, усиленных дисперсией
• Искроплазменное спекание керметов

Электрические контакты

• Электроды для вакуумных распределительных устройств
• Контакты реле, устойчивые к дуговой эрозии

Металлизационные пасты

• Проводящие толстые пленки для печатных схем
• Соединительный агент в переходной жидкой фазе Диффузионное связывание

Таким образом, молибденовый порошок превосходит свою нишевую весовую категорию в области применения с добавленной стоимостью, а не в чисто товарных объемах.

Технические характеристики продукта

Металлический порошок молибдена продается в стандартных и индивидуальных вариантах:

Параметр	Типовые значения
Размер частиц	От 1 мкм до 150 мкм
Чистота	98% до 99,95% молибден
Морфология	Угловатый, сфероидальный
Кажущаяся плотность	4-6 гм/куб. см
Истинная плотность	10,2 гм/куб. см
Удельная площадь поверхности	0,2 - 2 м2/г
Содержание кислорода	< 0,1 wt%
Скорость потока порошка	Хорошо, улучшается при кондиционировании
Оксид поверхности	Присутствует, но тонкий нативный слой

Распределение частиц по размерам - Сопоставьте метод обработки клиента, предел прочности и пластичность.

Степени чистоты - 99,9% достаточно для большинства применений. Более высокая чистота увеличивает стоимость.

Кондиционирование - Смешивание, сухое смазывание и высушивание улучшают упаковку и текучесть порошка.

Возможно изготовление порошка по индивидуальному заказу, но для этого требуется минимальный объем заказа.

Ценообразование металлического порошка молибдена

Стоимость специализированного порошка, производимого небольшими партиями для нишевых отраслей, выше, чем у обычных металлов:

Количество	Цена ($ за фунт)
1 фунт	$50+
10 фунтов	$35+
100 фунтов	$25+
500 фунтов+ (слиток Mo)	$5+ фунт

Чистота исследовательского класса выше 99,95% привлекает значительные премии за упаковки весом 1 грамм по цене ~$200+ за грамм.

Стоимость материалов доминирует для небольших спеченных или напечатанных методом AM деталей - поэтому приложения должны оправдывать стоимость. Позволяет облегчить вес, обеспечить изоляцию и проводимость в комбинациях, недостижимых в других случаях.

Сравнение с альтернативами

Молибден конкурирует со специальными металлами и композитами, нацеленными на высокотемпературные свойства:

Материал	Теплопроводность	Температура плавления	Плотность	Стоимость
Молибден	138 Вт/(м.К)	2622°C	10,28 г/куб. см	$$$
Вольфрам	173 Вт/(м.К)	3422°С	19,35 г/куб. см	$$
Тантал	57 Вт/(м.К)	2996°С	16,6 г/куб. см	$$$$
Дисилицид молибдена	Н/Д	2035°C	Н/Д	$$
Карбид вольфрама	66 Вт/(м.К)	2870°C	15,63 г/куб. см	$$
Графит	До 1500	3652°C	2,26 г/куб. см	$

Плюсы молибдена

• Непревзойденная прочность на разрыв при высоких температурах до 2100°C
• Низкая плотность позволяет создавать легкие высокотемпературные конструкции
• Устойчивость к коррозии расплавленного металла при экстремальной обработке

Вызовы

• Трудно полностью уплотнить порошок до полной формы
• Могут возникать хрупкие интерметаллиды, снижающие пластичность
• Очень высокая температура плавления затрудняет легирование и соединение
• Экономика производства порошка нуждается в дальнейшем совершенствовании

Благодаря постоянному совершенствованию порошковых процессов молибден занимает доминирующее положение в нишах с экстремальными условиями эксплуатации. Смешивание с углеродом/бороном способствует спеканию, а легирующие добавки изменяют свойства в зависимости от температурных требований.

Направления исследований и разработок

Новые усовершенствования молибденового порошка включают:

Производство

• Электролитические способы с использованием расплавленных солей
• Обжиг/восстановление молибденита с меньшими затратами энергии
• Микроволновая сфероидизация плазмы

Дизайн сплава

• Композиты HEA с вольфрамом/танталом
• Добавки для жидкофазного спекания, такие как Cu/Ni
• Механизмы усиления в зависимости от скорости

Укрепление

• Искровое плазменное спекание
• Решетчатые структуры с оптимизацией топологии
• Переплетчик со струйной печатью зеленого цвета

Приложения

• Замена электролитических пластин твердотельных аккумуляторов
• 3D-печатные прототипы ракетных движителей
• Ферулы с уплотнительным стеклом, устойчивым к ползучести Втулки

Резюме

Редкие тугоплавкие свойства молибдена, включая высокотемпературную прочность, теплопроводность, коррозионную стойкость и пластичность, позволяют создавать инновационные легкие компоненты и композиты, обеспечивающие повышение производительности в экстремальных областях терморегулирования в ядерном синтезе, космических полетах и промышленной обработке. Последние усовершенствования в области порошковой металлургии позволяют дополнить традиционные формы молибденовых мельниц методами аддитивного производства. Соответствие размера и морфологии частиц желаемому плотному составу позволяет изготавливать ранее нежизнеспособные формы. Хотя молибден относительно дороже традиционных металлов, в специализированных тепловых нишах он намного превосходит альтернативы.

узнать больше о процессах 3D-печати