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常被用于电热元件中的结构陶瓷材料
时间: 2020-08-06 23:24
二硅化钼(MoSi2)的晶体为四方结构,是Mo-Si二元合金系中含硅量最高的一种中间相,是成分固定的道尔顿金属间化合物,灰色,有金属光泽。具有良好的导电性和导热性,力学性能和高

二硅化钼(MoSi2)的晶体为四方结构,是Mo-Si二元合金系中含硅量最高的一种中间相,是成分固定的道尔顿金属间化合物,灰色,有金属光泽。具有良好的导电性和导热性,力学性能和高温抗氧化性能都十分优异,可用作发热元件,性能超过碳化硅。其早期的应用就是作为金属基体表面耐高温抗腐蚀的涂层保护材料,最开始应用于燃气轮机零部件、喷气发动机燃烧室及导弹燃烧室的涂层。如今,二硅化钼材料主要的工业产品应用是在制作高温发热元件和热电偶保护管上。

①结晶学性质:属四方晶体结构,密度为5.9-6.3g/cm。纯二硅化钼在达到熔点前无相变,热稳定性好,在其有效使用温度范围上限内,温度的上升与下降不会因发生结晶学性质的变化而破坏。

②热力学性质:熔点高达2030℃,导热率较高(与SiO相近),热膨胀系数小,这些特性是制作高温发热元件或热电偶保护管的必备条件,并且有利于增加其制品的抗热震性能。

③电磁性质:电阻率低(2×10-5Ω·cm),电率高,属于良导体。该材质是制造发热元件、热电偶热电极和测温保护管的优良材料(作热电偶保护管时需注意绝缘)。

④机械性质:抗拉强度、弯曲强度不低于一般金属材料和部分氧化物材料(如Al2O3),硬度和抗压强度还比金属高。与金属相比最大的缺点在于冲击韧性差,所以同一般陶瓷制品一样属于脆性材料。因此实际生产过程中在不影响自身高温抗氧化性能的条件下添加少量金属结合剂,制成金属陶瓷。

⑤化学性质:化学态为酸性,常温下与绝大多数的酸碱都是不溶的,除氧化物陶瓷之外,MoSi2是所有难熔化合物中抗氧化稳定性最高的一种。由于硅在钼中的溶解度为1%左右(1800℃),即决定了MoSi2的氧化稳定性温度在1700℃以下。

二硅化钼自身并不抗高温氧化,而是在1300~1600℃时,其表面形成一层薄而致密的二氧化硅玻璃态保护层而抑制继续氧化。MoSi2不仅在氧化性介质中稳定,同时还可在还原性、中性、惰性以及一些强腐蚀气氛中使用到相当高的温度。如在N2、CO2和SO2等介质中最高使用温度可达1600℃。

二硅化钼制件可以用冷压烧结或热压法制得。如用模压法成形时,可用面糊、淀粉、甘油等作粘结剂。用挤压法成形时,加入2%~4%的糊精做粘结剂。MoSi2制品在1500~1900℃烧成。如果在二硅化钼粉料中加入少量的SiO2,则由于高温下SiO2熔化会在二硅化钼制品表面形成一层保护膜,使二硅化钼的工作温度提高到1710~1780℃。冷压烧结制品力学性能较差。热压时,温度为1550~1750℃,压力9.8~78.5MPa。用二硅化钼和氧化铝混合物来热压,可以得到不同性能的二硅化钼制品。

目前,工业生产量最大、用途最广的硅化物制品是二硅化钼,其主要产品为高温发热元件和热电偶保护管。

二硅化钼发热元件在氧化性气氛中虽然能长期使用到1700℃,由于散热等因素致使用该发热元件装配的箱式电阻炉及工业用隧道窑的炉膛温度一般仅为1600℃左右。二硅化钼棒状“U”发热元件电阻炉的用途极其广泛,目前仍居该类材料加热元件之首。

二硅化钼基热电偶保护管具有耐高温、抗腐蚀、气密性好、耐热冲击、使用寿命长等优良特性。该保护管在我国化肥 工业的高、中、低压重油气化炉的测温中获得了较好应用,因其替代了日本进口而价格昂贵的99.95%氧化铝刚玉管而为国家节约不少外汇。另外,用该管经特种装配而成、并能用于大气测温的钨铼电偶在冶金等行业测温中也得到了较好的应用,以价廉的钨铼热电偶丝替代贵金属热电偶丝则价格便宜了以备以上,故为用户节约了测温费用。除以上示例外,二硅化钼保护管还在石油化工、煤化工、碳黑、水泥及机械等行业的高温强腐蚀装置的测温中获得了广泛应用。

1986年3月,美国加利福尼亚大学材料科学工程系研制成功“用于涡轮机引擎的硅化钼薄膜电位式温度传感器”。据报导,二硅化钼温度传感器体积小、能长期用于1200℃温度测量。由于传感器元件内的二硅化钼层只有3-10μm厚,致使其电阻率(室温350μΩ·㎝)大于理论值约2个数量级,电阻温度系数为11.95×10-3K。该温度传感器具有贵金属厚膜电阻温度传感器的同样功能,而工作上限温度高于它的一倍是其突出特点。

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