Molybdän Metall
Molybdänmetall ist ein silberweißes Metall, das dehnbar und sehr korrosionsbeständig ist. Es hat einen der höchsten Schmelzpunkte aller reinen Elemente – nur die Elemente Tantal und Wolfram haben höhere Schmelzpunkte. Molybdän ist außerdem ein lebenswichtiger Mikronährstoff.
Vorteile von Molybdänmetall
Hoher Treffpunkt:
Molybdänmetall hat einen der höchsten Schmelzpunkte aller Metalle und ist daher für Hochtemperaturanwendungen geeignet.
Hohe Festigkeit und Härte:
Molybdänmetall verfügt über eine ausgezeichnete Zugfestigkeit und Härte und eignet sich daher ideal für den Einsatz in Komponenten, bei denen Festigkeit und Haltbarkeit erforderlich sind.
Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient:
Molybdänmetall hat einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als die meisten Metalle, was dazu beiträgt, seine Form und Integrität bei hohen Temperaturen zu behalten.
Gute elektrische und thermische Leitfähigkeit:
Molybdänmetall ist ein ausgezeichneter Wärme- und Stromleiter und wird häufig in elektronischen Bauteilen wie Transistoren und Dioden verwendet.
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Molybdänmetall (Mo) ist das 42. Element im Periodensystem. Es ist ein silbernes Metall und hat den sechsthöchsten Schmelzpunkt aller Elemente, was seine potenziellen Verwendungsmöglichkeiten im Bauwesen und in der Metallverarbeitung unterstreicht.
Molybdän wurde 1778 von Carl Welhelm Scheele, einem schwedischen Chemiker, in einem Mineral namens Molybdänit (MoS2) entdeckt, das mit einer Bleiverbindung verwechselt wurde. Molybdän wurde 1781 von Peter Jacob Hjelm isoliert. Heute wird das meiste Molybdän aus Molybdänit, Wulfenit (PbMoO4) und Powellit (CaMoO4) gewonnen. Diese Erze kommen typischerweise in Verbindung mit Zinn- und Wolframerzen vor. Molybdän fällt auch als Nebenprodukt beim Abbau und der Verarbeitung von Wolfram und Kupfer an.
Über ein Jahrhundert lang gab es keine sinnvolle Verwendung für Molybdänmetall. Dies lag an seiner Seltenheit und an der Schwierigkeit, das reine Element zu beschaffen und zu extrahieren. Frühe Molybdänstahllegierungen zeigten aufgrund ihrer erhöhten Härte viel Potenzial, aber die Bemühungen, sie in großem Maßstab herzustellen, wurden durch inkonsistente Ergebnisse und eine Tendenz zur Sprödigkeit und Rekristallisation behindert. 1913 entwickelte Frank E. Elmore ein Flotationsverfahren zur Gewinnung von Molybdänit aus Erzen; die Flotation ist bis heute das wichtigste Isolierungsverfahren.
Es wurde in Kriegszeiten nützlich, da sein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht alles andere auf dem Markt bei weitem übertraf. Während des Ersten Weltkriegs stieg die Nachfrage nach Molybdän dramatisch an. Molybdän wurde als Panzerung für Panzer (bis zu 3 Zoll dicke Molybdänbleche) und andere Militärfahrzeuge sowie als Ersatz für Wolfram in Schnellarbeitsstählen verwendet. Nach dem Krieg ging die Nachfrage zurück und erst im Zweiten Weltkrieg spielte es wieder eine wichtige Rolle. Doch mit der Weiterentwicklung der Technologie hat sich die Verwendung von Molybdän auf verschiedene neue Einsatzgebiete ausgeweitet und es spielt heute eine entscheidende Rolle im Bauwesen und sogar in der Landwirtschaft.
Molybdändisulfid (MoS2), eine der Molybdänverbindungen, wird als Hochtemperaturschmiermittel verwendet. Molybdäntrioxid (MoO3), eine weitere Molybdänverbindung, wird verwendet, um Emaille an Metallen zu befestigen. Weitere Molybdänverbindungen sind: Molybdänsäure (H2MoO4), Molybdänhexafluorid (MoF6) und Molybdänphosphid (MoP2).
Berücksichtigt man die Verwendung in Baustahl, Werkzeugstahl, Schnellarbeitsstahl und Gusseisen, werden mehr als 50 % des Molybdäns bei der Herstellung von Molybdän-legiertem Stahl und Eisen verwendet. Im Rahmen der chemischen Komponente wird Molybdän häufig als Rauchunterdrücker und, wie erwähnt, in Schmiermitteln verwendet, wo es im Vergleich zu anderen Schmiermitteln außergewöhnlich gute Ergebnisse erzielt. Die Verwendung von Molybdän ist auch in der Landwirtschaft wichtig. Molybdän ist ein wichtiges Spurenelement für Pflanzen und Tiere und ein wesentlicher Bestandteil des Enzyms Nitrogenase, das dabei hilft, atmosphärischen Stickstoff in Ammoniak umzuwandeln. Es ist besonders nützlich beim Anbau von Blumenkohl.
Molybdän wird hauptsächlich als Legierungsbestandteil in Stahl verwendet. Wenn es Stahl in Konzentrationen zwischen 0,25 % und 8 % zugesetzt wird, bildet Molybdän ultrahochfeste Stähle, die Drücken von bis zu 300.000 Pfund pro Quadratzoll standhalten können. Molybdän verbessert auch die Festigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen. Wenn Molybdän mit Nickel legiert wird, bildet es hitze- und korrosionsbeständige Materialien, die in der chemischen Industrie verwendet werden.
Anwendung von Molybdänmetall
Vakuumofenkomponente
Aufgrund seiner Festigkeit und chemischen Stabilität eignet sich Molybdänmetall ideal für Arbeiten unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen. Es ist einfacher und kostengünstiger herzustellen als andere hochschmelzende Metalle wie Tantal und Wolfram. Darüber hinaus liegt sein Dampfdruck deutlich über dem Temperaturbereich, der in vielen Vakuumöfen entsteht – oft unter 1.500 Grad.
Zu den aus Molybdän hergestellten Vakuum- oder Hochtemperaturofenteilen gehören unter anderem die folgenden Typen:
● Tiegel: Gedrehter Molybdän-Tiegel – Gesinterter Molybdän-Tiegel – Beschichteter bearbeiteter Molybdän-Tiegel – Geschmiedeter Molybdän-Tiegel – Geschweißter Molybdän-Tiegel
● Ladungsträger, Schiffchen: Mo-Rahmen–Mo-Glühschiffchen–Mo-Wanne–Mo-Träger–Mo-La-Sinterschale
● Abschirmungen: Mo-Abschirmung – Mo-La-Abschirmung – W- und Mo-Verbundabschirmung
● Befestigungselement: Molybdän-Metallscheibe – Molybdän-Muttern
● Siliziumöfen: Mo-Flussführungszylinder – Mo-Gegengewicht – Mo-Haken
Heiße Zone aus Metall
Molybdänmetall wird häufig in hitzebeständigen und isolierenden Teilen in Ganzmetall-Heißzonen von Vakuumöfen mit Temperaturen bis zu 1500 Grad verwendet. Wärmebehandlungen für einige Materialien erfordern extrem saubere Hochdruckumgebungen; die Reinheit und Stabilität von Molybdän widersteht oder eliminiert wirksam Kohlenstoff- und Sauerstoffverunreinigungen. Zu den Heißzonen aus Molybdänmetall gehören unter anderem:
● Heizkammer
● Glühofen
● Diffusionsschweißofen
● Hot Zone für KY
Halbleiterfertigung
Bei der Halbleiterherstellung erfolgt die Ionenimplantation bei hohen Temperaturen in Erosionskammern, die mit reaktiven Gasen und Magnetfeldern gefüllt sind. In solchen Situationen widerstehen Molybdänlegierungskomponenten Reaktionen mit Dotiergasen und Plasmaerosion. Molybdän stellt sicher, dass die Dotieratome präzise erzeugt und auf dem Siliziumwafer implantiert werden. Molybdän-Ionenquellenkomponenten führen zu geringeren Reinigungs- und Wartungskosten.
Viele Halbleiter- und Elektronikkomponenten auf Molybdänbasis, darunter (jedoch nicht beschränkt auf):
● Ionenquelle der Ionenimplantationsausrüstung: Ionenquelle–Frontplatte–Endplatte–Filamentklemme–Filament–Repeller-Mod–Lichtbogenkammer
● Wellenleiterkomponenten
● Kühlkörper für LEDs und elektronische Verpackungen: Molybdän-Wafersubstrat für LED-Chip – MoCu-Wärmeverteiler – CMC-Laminat-Kühlkörper
Glasschmelzelektrode
Molybdänmetall ist ein ideales Metall für den Einsatz in Schmelzelektroden. Elektroden, die beispielsweise beim Glasschmelzen verwendet werden, müssen aggressiven Verarbeitungsumgebungen mit hohen Temperaturen standhalten. Die langsame Erosionsrate und die hohe Kriechfestigkeit von Molybdänelektroden in geschmolzenem Glas sorgen dafür, dass Schäden durch chemische und dimensionale Instabilität vernachlässigbar sind. Darüber hinaus sorgt die hohe elektrische Leitfähigkeit von Molybdän für eine hohe Energiezufuhr und Produktivität, wenn Strom durch die Elektroden fließt.
Molybdän-Dünnschicht
Aufgrund ihres niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ihrer hohen chemischen und thermischen Stabilität und ihrer ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit sind dünne Molybdänfilme eine hochwertige Komponente für TFT-LCD-Bildschirme, Solarzellen und -panels, Touchscreen-Displays und ähnliche Technologien.
Beispielsweise werden Molybdän-Dünnschichten zur Herstellung von Gate-, Drain- und Source-Elektroden von Dünnschichttransistoren verwendet. Sie erzielen eine hohe Umwandlungsrate bei Solarenergie. Molybdänfolie weist außerdem eine ausgezeichnete thermische Stabilität, Hitzebeständigkeit und Strahlungsabsorptionsfähigkeit auf, wodurch sie sich ideal als Strahlungsschild und Kernkomponente eines Kollimators in CT-Geräten eignet. Darüber hinaus kann sie zur Herstellung von Booten für die Verdampfungsabscheidung verwendet werden.
Physikalische und mechanische Eigenschaften von Molybdänmetall
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Physikalische Eigenschaften von Molybdänmetall |
Mechanische Eigenschaften von Molybdän |
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Dichte |
0,369 lb/in3 |
Zugfestigkeit |
150 (1035) ksi (Mpa)-RT |
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Schmelzpunkt |
4760 Grad F |
75 (515) ksi (Mpa)-500 Grad |
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Wärmeleitfähigkeit |
0,35 Kal./cm2/cm Grad/Sek. |
25 (175) ksi (Mpa)-1000 Grad |
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Spezifische Wärme |
0,061 Kal./g/Grad |
Verlängerung |
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Wärmeausdehnung |
4,9 Mikrozoll/Grad x 10-6 |
Härte |
230 dph |
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Elektrischer widerstand |
5,17 Mikroohm-cm |
Elastizitätsmodule |
45.000 ksi |
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Rekristallisationstemp. |
1100 Grad |
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Fähigkeiten zur Verarbeitung von Molybdänmetallen
Molybdän-Metallverarbeitung
Aufbereitung des abgebauten Erzes durch Brechen und Mahlen
Kugel- oder Stabmühlen zerkleinern und mahlen das abgebauten Erz zu feinen Partikeln und lösen so Molybdänit aus dem Ganggestein (wertloses Gestein).
Durch weiteres Kugelmahlen wird das Material auf die Konsistenz von Gesichtspuder reduziert.
Flotation
Das gemahlene Erz/Gangartpulver wird im Flotationsschritt mit einer Flüssigkeit vermischt und durch Luftblasen belüftet. Das weniger dichte Erz steigt im Schaum auf und wird gesammelt, während die schwerere Gangart absinkt und entsorgt wird. Die Flotation trennt auf diese Weise die metallischen Mineralien von der Gangart und - im Fall von Kupfer-/Molybdänerzen - trennt sie Molybdänit von Kupfersulfid.
Das resultierende MoS2-Konzentrat enthält zwischen 85 und 92 % MoS2. Eine weitere Behandlung durch Säurelaugung löst bei Bedarf Verunreinigungen wie Kupfer und Blei.
Braten
Durch Rösten in Luft bei Temperaturen zwischen 500 und 650 Grad wird MoS2-Konzentrat durch die folgenden chemischen Reaktionen in geröstetes Molybdänit-Konzentrat (MoO3) (auch als technisches Molybdänoxid oder Techoxid bekannt) umgewandelt:
2MoS2 + 7O2 → 2MoO3 + 4SO2
MoS2 + 6MoO3 → 7MoO2 + 2SO2
2MoO2 + O2 → 2MoO3
Röster sind mehrstöckige Herdöfen, in denen Molybdänitkonzentrate von oben nach unten gegen einen Strom aus erhitzter Luft und von unten eingeblasenen Gasen bewegt werden. Das Bild zeigt eine der Ebenen in einem typischen Röster. Große rotierende Rechen bewegen das Molybdänitkonzentrat, um die chemische Reaktion zu fördern. Entschwefelungssysteme wie Schwefelsäureanlagen oder Kalkwäscher entfernen Schwefeldioxid aus den Rösterabgasen.
Das resultierende geröstete Molybdänitkonzentrat enthält typischerweise mindestens 57 % Molybdän und weniger als 0,1 % Schwefel.
Rheniumrückgewinnung
Einige der Nebenprodukte Molybdänitkonzentrate aus Kupferminen enthalten geringe Mengen (<0.10%) of rhenium. Molybdenum roasters equipped to recover rhenium are one of the principal commercial sources for this rare metal.
Schmelzen von Ferromolybdän
Zwischen 30 und 40 % der technischen Molybdänoxidproduktion werden zu Ferromolybdän (FeMo) weiterverarbeitet. Das Oxid wird mit Eisenoxid vermischt und in einer Thermitreaktion durch Aluminium reduziert, wodurch ein mehrere hundert Kilogramm schwerer Ferromolybdänbarren entsteht. Das Produkt enthält zwischen 60 und 75 % Molybdän, der Rest ist im Wesentlichen Eisen. Nach der Luftkühlung wird der Barren zerkleinert und gesiebt, um die angegebenen Ferromolybdän-Partikelgrößenbereiche zu erreichen.
Chemische Produktion aus technischem Mo-Oxid
Etwa 20 % des weltweit produzierten gerösteten Molybdänitkonzentrats werden zu einer Reihe chemischer Produkte verarbeitet. Die Aufbereitung erfolgt:
Durch Sublimation entsteht reines Molybdänoxid (MoO3)
Durch nasschemische Verfahren wird eine breite Palette reiner Molybdänchemikalien hergestellt (hauptsächlich Molybdänoxide und Molybdate)
Bei letzterem wird das geröstete Konzentrat in einem alkalischen Medium (Ammonium- oder Natriumhydroxid) aufgelöst und anschließend durch Ausfällung und Filtration und/oder Lösungsmittelextraktion von Verunreinigungen befreit. Die resultierende Ammoniummolybdatlösung wird dann durch Kristallisation oder Säurefällung in eines von mehreren Molybdatprodukten umgewandelt. Diese können durch Kalzinierung zu reinem Molybdäntrioxid weiterverarbeitet werden.
Molybdänmetallproduktion
Molybdänmetall wird durch Wasserstoffreduktion von reinem Molybdänoxid oder Ammoniummolybdat hergestellt.
Die chemische Reduktion von reinem Molybdäntrioxid oder Ammoniumdimolybdat zu Metall erfordert zwei Schritte, da bei der direkten Umwandlung in Metall Wärme freigesetzt wird, die den Prozess hemmt.
Die erste Reduktionsstufe zu MoO2 wird bei Temperaturen zwischen 450-650 Grad durchgeführt. Die zweite Stufe, in der Molybdändioxid zu metallischem Molybdän reduziert wird, wird bei Temperaturen zwischen 1.000-1 und 100 Grad durchgeführt. In der Vergangenheit wurden beide Stufen durchgeführt, indem mit Pulver beladene „Boote“ durch Röhrenöfen mit fließender Wasserstoffatmosphäre geschoben wurden.
Drehrohröfen, bei denen Pulver kontinuierlich durch ein rotierendes, geneigtes Rohr in einer strömenden Wasserstoffatmosphäre zugeführt wird, werden in einigen Betrieben, hauptsächlich in Asien, in Reduktionsvorgängen der ersten Stufe eingesetzt, wo sie für eine verbesserte Produktionseffizienz sorgen.
Zhenan New Metal Co., Ltd. hat sich seit jeher auf die Forschung und Entwicklung, Produktion und den Vertrieb von Metallmaterialien konzentriert. Unsere Fabrik erstreckt sich über eine Fläche von 30.000 Quadratmetern und verfügt über eine komplette moderne Produktionsausrüstung. Sie verfügt über zwei große Metallproduktionsanlagen und ein Metallmaterialprüfzentrum. Die Qualität der produzierten Metallmaterialien ist vertrauenswürdig.
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