文档介绍：钼及钼合金粉末冶金技术研究现状与发展
系统总结了钼及钼合金粉末冶金技术的研究进展和工业应用现状。分别论述了钼粉末冶金理论、超细(纳米)钼粉、大粒度(和高流动性)钼粉、高纯钼粉、新型钼成型技术、新型钼烧结技术、钼粉末冶金过程数值模拟技术等7个研究方向的技术原理、技术特点、设备结构和工业应用现状,并分析其发展前景。
钼及钼合金具有高的高温强度和高温硬度,良好的导热性和导电性,低的热膨胀系数,优异的耐磨性和抗腐蚀性,被广泛应用于航天航空、能源电力、微电子、生物医药、机械加工、医疗器械、照明、玻纤、国防建设等领域。本文系统总结钼及钼合金粉末冶金技术的原理、技术特点、设备结构和工业应用现状,并分析其发展前景。
1钼粉末制备技术发展
随着汽车、电子、航空、航天等行业的日益发展,对钼粉末冶金制品的质量要求越来越高,因而要求钼粉原料在化学成分、物理形貌、平均粒度、粒度分布、松装密度、流动性等诸多方面具有更加优异的性能指标,钼粉朝着高纯、超细、成分可调的方向发展,从而对其制备理论和制备技术提出了更高的要求。
钼粉的制取过程是一个包括钼酸铵到MoO3、MoO到MoO2、MoO2到钼粉等3个独立化学反应,经历一系列复杂的相变过程,涉及钼酸铵原料以及MoO3、MoO2、钼蓝等中间钼氧化产物的形貌、尺寸、结构、性能等诸多因素的极其复杂的物理化学过程。
目前,已基本明确MoO3到Mo的还原过程动力学机制,即:MoO3到MoO2阶段反应过程符合核破裂模型,MoO2到Mo阶段反应符合核缩减模型;MoO2到Mo阶段反应有两种方式,低露点气氛时通过假晶转变,高露点气氛时通过化学气相迁移。但对MoO3到MoO2阶段的反应方式尚未形成一致看法,Sloczynski[1]认为MoO3到MoO2的还原是以Mo4O11为中间产物的连续反应,Ressler等[2]认为在还原过程中,MoO3首先吸附氢原子[H]生成HxMoO3,然后HxMoO3释放所吸附的[H]转变为MoO3和MoO2
2种产物,随着温度上升MoO2不断长大,而转变成的中间态MoO3进一步还原为Mo4O11,进而还原成MoO2。国内尹周澜等、刘心宇等、潘叶金等[4]在这一领域也进行了一定工作,但未见到较完善的物理模型和数学模型的报导。
(纳米)钼粉制备技术研究
目前,制备超细钼粉的方法主要有:蒸发态三氧化钼还原法、活化还原法和十二钼酸铵氢气还原法。纳米钼粉的制备方法主要有:微波等离子法、电脉冲放电等。
(1)蒸发态三氧化钼还原法
蒸发态三氧化钼还原法[5~6],是将MoO3粉末(%)装在钼舟上,置于1300~1500℃的预热炉中蒸发成气态,在流量为150mL/min的H2-N2气体和流量为400mL/min的H2的混合气流的夹载下,MoO3蒸气进入反应区,通过还原成为超细钼粉。该方法可获得粒径为40~70nm的均匀球形颗粒钼粉,但其工艺参数控制比较困难,其中,MoO3-N2和H2-N2气流的混合温度以及MoO3成分都对粉末粒度的影响很大。
(2)活化还原法
活化还原法[5]以七钼酸铵(APM)为原料,在NH4Cl的催化作用下,通过还原过程制备超细钼粉,还原过程中NH4Cl完全挥发。其还原过程大致分为氯化铵加热分解、APM分解成氧化钼、MoO3和HCl反应生成7MoO2Cl2、MoO2Cl2被氢气还原为超细钼粉等4个阶段。总反应式为:NH4Cl+(NH4)6Mo7O24?4H2O=HCl+7NH3+28H2O+7Mo。该方法比传统方法的还原温度降低约200~300℃,而且只使用一次还原过程,工艺较简单。,且粉末具有良好的烧结性能。韩国岭南大学提出了相似方法,只是所用原料为高纯MoO3。
(3)十二钼酸铵氢气还原法
十二钼酸铵氢气还原法[4]是将十二钼酸铵在镍合金舟中,并置于管式炉中,在530℃下用氢气还原,然后再在900℃下用氢气还原,2/g以上的钼粉,这种钼粉的粒度为900nm左右。该方法仅有工艺过程描述,未见到过程机制的分析,其可行性尚未可知。
(4)羰基热分解法
羟基法[5]是以羟基钼为原料,在常压和350~1000℃的温度及N2气氛下,对羟基钼料进行蒸气热分解处理。由于羟基化合物分解后,在气相中状态下完成形核、结晶、晶核长大,所以制备的钼粉颗粒较细,平均粒度为1~2μm。利用羟基法制得的钼粉具有很高的化学纯度和良好的烧结性。
(5)微波等离子法
微波等离子法[5]利用羟基热解的原理制取钼粉。微波等离子装置利用高频电磁振荡微波击穿N2等反应气体,形成高温微波等离子体,进而使Mo(CO)6在