国(guo)内(nei)钼靶钼棒等钼(mu)合(he)金的(de)研(yan)发与应(ying)用(yong)现状(zhuang)

钼的(de)熔点(dian)为(wei) 2620℃，高温强度、硬(ying)度(du)和刚性(xing)大(da)，在各(ge)种(zhong)介质中(zhong)的(de)抗(kang)热(re)震(zhen)性能、抗腐蚀(shi)性(xing)能、导热(re)及(ji)导电性能良好(hao)。钼(mu)合金(jin)具(ju)有(you)某(mou)些特(te)殊(shu)的工艺性(xing)能，在航天航空、能源电力、微(wei)电子、机械(xie)加(jia)工、医疗(liao)器械、照明(ming)、玻(bo)璃纤维、国防(fang)建(jian)设(she)这(zhe)些(xie)领(ling)域(yu)得(de)到(dao)了(le)很(hen)广(guang)的应用。

一(yi)、钼(mu)合金(jin)的研(yan)发(fa)现(xian)状(zhuang)

1、 固(gu)溶强化钼(mu)合(he)金

固(gu)溶(rong)强化(hua)钼合(he)金提(ti)高(gao)了纯钼(mu)的(de)性(xing)能(neng)，其(qi)一(yi)般需要通(tong)过(guo)添加(jia)合(he)金(jin)元(yuan)素(su)，其(qi)中(zhong)包括添(tian)加(jia)微(wei)量固(gu)溶元素和大(da)量固(gu)溶(rong)元(yuan)素(su)的(de)两种(zhong)钼(mu)合金(jin)。添加微量(liang)固溶元素的钼合金(jin)主要(yao)有钼(mu)中添加(jia)微量(liang)钴（Co）元(yuan)素(su)，钴(gu)均匀分(fen)布在(zai)钼(mu)的晶(jing)格内，可以起(qi)到固(gu)溶(rong)强(qiang)化的(de)作(zuo)，提高(gao)了纯钼(mu)的(de)塑(su)性(xing) 。钼(mu)钨系合(he)金(jin)是(shi)添加大(da)量(liang)固溶元素(su)的强(qiang)化型合金(jin)典(dian)型(xing)代(dai)表(biao)性(xing)材料(liao)，其(qi)目的是(shi)通过(guo)大量钨(wu)元(yuan)素(su)的(de)添加(jia)与钼形成(cheng)合(he)金(jin)固溶体(ti)来提(ti)高(gao)钨钼(mu)系合(he)金(jin)的(de)耐(nai)热强度和硬度(du)。钼(mu)与钨可无限固溶(rong)，当(dang)在(zai)钼(mu)中(zhong)添加(jia)超(chao)过(guo) 20%的(de)钨时大大提(ti)高了(le)合金的耐热强(qiang)度(du)。 研究发(fa)现，钼钨合金(jin)(Mo-(5～30)W)还具有(you)优良(liang)的(de)耐(nai)液态(tai)锌腐蚀(shi)的能力。

2、掺(can)杂(za)钼(mu)合(he)金

ASK 掺(can)杂(za)钼(mu)合(he)金(jin)是在还(hai)原氧化(hua)钼(mu)之前(qian)加入铝(lv)（Al）、钾(jia)（K）及硅(gui)（Si）的(de)混合物(wu)，铝(lv)、钾(jia)和(he)硅(gui)元素都混合在钼(mu)粉颗粒(li)中(zhong)，铝(lv)会(hui)在烧(shao)结时(shi)挥(hui)发排除(chu)，最终在(zai)烧结(jie)棒(bang)中(zhong)将残(can)留(liu)硅(gui)、钾(jia)和(he)硅(gui)钾化合物(wu) 。由于它们在钼(mu)中(zhong)是(shi)不溶的，所以(yi)最终(zhong)被(bei)封入(ru)“钾泡(pao)”中，而(er)且(qie)直径(jing)很小，并(bing)能形成(cheng)再结晶(jing)钼(mu)晶粒，其结(jie)构为(wei)燕(yan)尾状(zhuang)连锁的长(zhang)晶(jing)搭接结构，这样的(de)晶粒(li)结(jie)构使(shi) ASK 掺杂钼(mu)合金(jin)在高(gao)温(wen)下(xia)具(ju)有(you)更高的(de)强(qiang)度、韧(ren)性和(he)优良的蠕变性能。“钾泡”理(li)论(lun)认为 ASK 掺杂钼(mu)合(he)金(jin)经(jing)过大(da)变形(xing)加工(gong)后(hou)，钾(jia)泡(pao)阻(zu)碍了(le)晶界(jie)移动和(he)位错运动(dong)，从(cong)而(er)提(ti)高(gao)了(le)钼(mu)合(he)金的力(li)学性能(neng)。

3、 氧化(hua)物/碳化物(wu)掺杂钼合金

碳(tan)化物掺杂(za)钼(mu)合(he)金是添加(jia)钛(tai)（Ti）、锆（Zr）、铪(ha)（Hf）等活(huo)性(xing)元(yuan)素(su)反应生(sheng)成(cheng)难熔碳化(hua)物(wu)（TiC，ZrC，HfC）的(de)钼(mu)合(he)金。其(qi)中(zhong)应(ying)用最(zui)广(guang)泛(fan)的碳化(hua)物掺(can)杂钼(mu)合(he)金(jin)是(shi)添加 TiC 和(he) ZrC 所(suo)制备(bei)的 TZM 合金(jin)，该(gai)钼(mu)合金(jin)具(ju)有较(jiao)纯(chun)钼及 ASK 掺(can)杂(za)钼(mu)合金(jin)更(geng)高(gao)的(de)强度(du)和韧(ren)性 。

碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)弥(mi)散强(qiang)化(hua)作(zuo)用(yong)在 1400~1500℃以上(shang)使用(yong)时(shi)由于碳(tan)化(hua)物(wu)不稳(wen)定(ding)会(hui)导致(zhi)钼合(he)金的(de)力(li)学性能(neng)降(jiang)低，而在(zai)此温(wen)度条件下(xia)高(gao)熔点的氧化物掺(can)杂(za)钼(mu)合金(jin)则表(biao)现(xian)出优(you)越的性(xing)能(neng) 。但(dan)由(you)于(yu)稀土(tu)氧(yang)化(hua)物掺(can)杂(za)钼(mu)合(he)金的强度和(he)韧性较(jiao)纯(chun)钼(mu)和(he)其他钼合(he)金都(dou)有(you)明(ming)显(xian)的提(ti)高(gao)，从而被(bei)受到广泛研(yan)究。稀(xi)土氧化物(wu)掺(can)杂钼(mu)合(he)金(jin)，又(you)称氧化物弥散(san)强化(hua)钼合金，是添加 La2O3 、Nd2O 3 、CeO2 、Y2O3 等稀土氧化物的(de)钼(mu)合(he)金(jin)。这些稀(xi)土(tu)氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)加(jia)入不仅提(ti)高了(le)钼(mu)合金的(de)再结晶温(wen)度,同(tong)时提高(gao)了钼(mu)合(he)金(jin)的(de)高(gao)温(wen)抗蠕变(bian)性能。钼中(zhong)添加稀土(tu)氧化(hua)物与钼(mu)中(zhong)添加(jia)硅(gui)、铝和(he)钾(jia)不(bu)同的是：钼中(zhong)添加(jia)稀(xi)土(tu)氧(yang)化物是稀(xi)土(tu)氧化物(wu)粒子(zi)再结晶(jing)时沿(yan)轴向排(pai)列来(lai)影(ying)响(xiang)金(jin)相组织；而钼(mu)中添加硅(gui)、铝(lv)和钾是以(yi)钾泡(pao)存在(zai)的(de)方(fang)式(shi)来使金相组(zu)织(zhi)呈燕尾(wei)状搭接(jie)结(jie)构  。

二、钼(mu)合(he)金(jin)的(de)应用(yong)

钼(mu)是(shi)钢铁(tie)工(gong)业不(bu)可缺少(shao)的(de)极为(wei)重(zhong)要(yao)的添(tian)加剂(ji)。钼的(de)化工(gong)产品是石(shi)油(you)工业、金属(shu)防(fang)腐(fu)、颜(yan)料化工(gong)不(bu)可缺少(shao)的原料。这些特(te)点促使钼(mu)和钼合金(jin)在各(ge)个工(gong)业部(bu)门都(dou)有很(hen)广阔的应(ying)用(yong)。图(tu)1所(suo)示(shi)为 2016 年(nian)钼的(de)消(xiao)费领(ling)域及(ji)所占比(bi)例(li)。金属(shu)钼和(he)钼(mu)合金(jin)在(zai)当今工(gong)业(ye)领(ling)域(yu)中有着(zhe)广(guang)泛(fan)应用(yong)，其(qi)中(zhong)主(zhu)要(yao)的应(ying)用领域有(you)：

图(tu)1 2016 年钼(mu)的消费领域所占比例(li)

1、 钢铁工业

钢中(zhong)添(tian)加(jia)钼(mu)可起(qi)到(dao)细化晶粒的作用(yong)，使钢(gang)获得均(jun)匀(yun)的微晶(jing)结构(gou)，降(jiang)低(di)共(gong)晶(jing)分解温(wen)度，扩大(da)热(re)处(chu)理(li)和淬火温(wen)度(du)范围，增加(jia)钢的(de)淬火(huo)硬(ying)化深(shen)度(du)。最终(zhong)使得钢的(de)硬(ying)度(du)和(he)韧性、抗(kang)蠕变(bian)性能(neng)和(he)耐腐蚀性(xing)能(neng)都(dou)得(de)到(dao)改(gai)善(shan) 。含(han) 0.3%的(de)钼(mu)钢比(bi)含 1%的钨(wu)钢(gang)的高温(wen)性(xing)能更好。铸铁中(zhong)添加钼使得其组织均匀，同(tong)时改(gai)善(shan)它(ta)的高(gao)温性能、耐(nai)磨性(xing)能(neng)和(he)耐酸性能 。耐(nai)热(re)合(he)金和耐腐蚀合金(jin)中(zhong)都(dou)包含有少量(liang)的(de)钼，耐(nai)腐蚀(shi)性(xing)能随(sui)着钼含(han)量提(ti)高而(er)变(bian)好。

2、金(jin)属(shu)压(ya)力加工行业(ye)

钼(mu)合金(jin)不仅(jin)高(gao)温下(xia)的(de)强度和硬(ying)度(du)比较(jiao)高(gao)，而(er)且(qie)热物理性能好(hao)，决定了它用于(yu)制作(zuo)钢或合(he)金(jin)热(re)加工的工具材料。添(tian)加(jia)钼的模(mo)具可用(yong)于(yu)挤压(ya)型钢(gang)和(he)其(qi)它合(he)金(jin)型材(cai)。钼(mu)压铸(zhu)模(mo)和(he)钼芯(xin)棒是压铸铝、铜(tong)、锌(xin)的最(zui)好元件(jian)。TZM 合(he)金(jin)芯棒可以(yi)避(bi)免(mian)热(re)裂(lie)和(he)铸件(jian)粘结有关(guan)的质(zhi)量(liang)问题(ti)。在(zai)精炼(lian)锌(xin)的(de)设备(bei)上(shang)采用(yong) Mo-30W 合金制(zhi)造压铸机的(de)泵(beng)、活(huo)门和(he)搅拌(ban)器热电(dian)偶管套的零(ling)件，具有(you)非(fei)常(chang)好(hao)的稳(wen)定(ding)性(xing)。同时，钼(mu)丝是(shi)电火花(hua)线(xian)切(qie)割的电极(ji)丝 ，其(qi)放(fang)电性能(neng)稳(wen)定(ding)可用(yong)于(yu)切(qie)割(ge)各种金(jin)属材料(liao) 。

3、电光(guang)源、电真空(kong)行业(ye)

钼(mu)的熔(rong)点为(wei) 2620℃，其(qi)在(zai)高(gao)温下还(hai)具(ju)有(you)较(jiao)高的强(qiang)度和良好的(de)导(dao)电性(xing)，因此(ci)广(guang)泛的(de)应用(yong)在电光(guang)源和电(dian)真(zhen)空(kong)行(xing)业(ye)。如用(yong)作(zuo)电(dian)灯(deng)泡中(zhong)钨丝(si)支(zhi)撑(cheng)材料(liao)，封(feng)装(zhuang)在(zai)石(shi)英玻璃(li)的(de)导(dao)电(dian)杆(gan)，真空电(dian)子管(guan)的(de)栅极和二级(ji)整(zheng)流(liu)管(guan)阴极(ji)材(cai)料(liao)等。这(zhe)是由(you)于钼的(de)硬(ying)度(du)高(gao)，导电(dian)、导(dao)热(re)性(xing)能(neng)好，在电(dian)弧作用下(xia)的(de)抗烧(shao)蚀(shi)能(neng)力(li)强(qiang)。此(ci)外，钼(mu)和(he)水银浸润性(xing)能(neng)好，又不和(he)水(shui)银(yin)发生(sheng)反应，因(yin)此(ci)确保(bao)用作水银(yin)开关(guan)的(de)电极材料。由于钼和(he)硅(gui)的热(re)膨(peng)胀系数(shu)相(xiang)近，因(yin)此多用于(yu)硅整(zheng)流器(qi)的托(tuo)盘(pan)。钼箔(bo)也(ye)常(chang)用作(zuo)硫化镉(ge)的(de)载体材料(liao)在(zai)太(tai)阳能(neng)电(dian)池(chi)中，与玻璃(li)载体相比，改(gai)善了它的塑形(xing)和挠性 。钼(mu)铼(lai)合(he)金(jin)是(shi)真(zhen)空(kong)或(huo)其(qi)它仪(yi)表(biao)的远景(jing)材(cai)料(liao)。钼铼(lai)合金(jin)的(de)多(duo)次断(duan)路(lu)稳定(ding)性比(bi)钨(wu)发热(re)体高得(de)多。高(gao)纯钼(mu)（纯度达 99.99%以上）用于(yu)芯(xin)片(pian)制造(zao)的布线材料(liao)，Mo-Cu 合(he)金(jin)用于封装(zhuang)材料上(shang)。

4、表面(mian)工(gong)程(cheng)行(xing)业(ye)

钼(mu)溅(jian)射(she)靶(ba)材主要(yao)用于平面(mian)显(xian)示(shi)、半(ban)导(dao)体、太(tai)阳能电池(chi)、机械(xie)、汽(qi)车、玻(bo)璃、装(zhuang)饰、医疗(liao)等(deng)行业(ye)，它的使(shi)用(yong)会(hui)使液(ye)晶显示器(qi)（LCD）更(geng)加(jia)清晰(xi)。钼具(ju)有(you)良好(hao)的(de)导电性(xing)与高(gao)温制程稳定性，与(yu)薄(bao)膜(mo)太阳(yang)能电(dian)池(chi)（CIGS）形成良好的欧(ou)姆接(jie)触(chu)，此(ci)外，钼作(zuo)为(wei)玻璃与(yu) CIGS 的(de)接(jie)口，与邻近(jin)材料(liao)相似(shi)的热膨胀(zhang)系数，可(ke)以(yi)避(bi)免高温(wen)制(zhi)程下微结构(gou)的匹配(pei)问(wen)题，大幅减少(shao)制(zhi)程(cheng)中热应(ying)力造(zao)成(cheng)的(de)缺(que)陷(xian)。在(zai)生(sheng)产过程中，一般采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)溅(jian)镀的方(fang)式(shi)在基(ji)体(ti)上沉(chen)积(ji)一层钼薄膜当(dang)作(zuo)钼(mu)电极(ji)。钼在 CIGS电池组中(zhong)的(de)应(ying)用(yong)如(ru)图(tu) 1-2 所示。同(tong)样靶材(cai)生(sheng)产(chan)中(zhong)用到 Mo-Na，Mo-Nb，Mo-W 等(deng)。

图2 CIGS 电(dian)池(chi)简图(tu)

5、高(gao)温(wen)炉(lu)行业

钼在高(gao)温(wen)炉(lu)行业(ye)得(de)到(dao)广(guang)泛应用是(shi)由于其在(zai)高(gao)温(wen)下的蒸汽(qi)压较低(di)。通常用(yong)作高温炉、真(zhen)空(kong)炉(lu)和气(qi)氛(fen)炉(lu)的(de)发热体，支(zhi)撑架(jia)的结(jie)构(gou)件、隔热屏(ping)、底(di)盘、导轨(gui)和(he)高温(wen)器(qi)皿(min)。这是(shi)由于(yu)它(ta)两个(ge)特(te)殊(shu)的(de)优良性(xing)能(neng)决定的：第(di)一是(shi)二(er)硅(gui)化(hua)钼(mu)发热元件是高温下工(gong)作(zuo)的一(yi)种(zhong)电阻(zu)元件(jian)，它(ta)的高(gao)温(wen)抗氧化性(xing)非(fei)常好(hao)，这是由于(yu)它在空(kong)气中(zhong)加(jia)热时(shi)其表面会与(yu)氧气反(fan)应，而生成的二氧(yang)化硅保护膜可(ke)以(yi)避免发(fa)热元件(jian)再(zai)被(bei)氧(yang)化；第(di)二个(ge)是(shi)二(er)硅化(hua)钼(mu)发热(re)元(yuan)件(jian)的电(dian)阻率随着(zhe)温(wen)度的(de)升高而迅(xun)速(su)增(zeng)加，使(shi)得(de)发热(re)元件(jian)在低温(wen)时功率较大确保(bao)升(sheng)温(wen)速率(lv)大(da)，而高温时(shi)功(gong)率反(fan)而变小(xiao)，确(que)保(bao)了材料(liao)不(bu)会产生过热的(de)危险(xian)。二硅化(hua)钼(mu)电(dian)炉(lu)具(ju)有(you)低(di)能耗、快速(su)升温、稳定(ding)的(de)产(chan)品、清(qing)洁(jie)的环境和低(di)维(wei)护费(fei)用(yong)特点(dian) 。

6、玻璃(li)工业(ye)

在玻璃工业(ye)中常用(yong)钼(mu)取代(dai)铂。由(you)于(yu)在熔融的(de)玻(bo)璃中钼(mu)的抗腐蚀性(xing)能特(te)别好(hao)，因此，钼(mu)被用(yong)作(zuo)玻璃纤维(wei)、钠(na)钙玻璃和(he)高硼玻璃的常用(yong)电(dian)极(ji)。此外(wai)，最新(xin)的研(yan)究表(biao)明(ming)，由于钼具(ju)有(you)较(jiao)高的(de)高(gao)温强(qiang)度(du)、易加工(gong)性能和(he)玻(bo)璃(li)成分(fen)的(de)兼容性，因此(ci)常(chang)用作(zuo)玻(bo)璃熔体的搅拌(ban)器、隔(ge)热屏(ping)和(he)熔(rong)融电极。

同(tong)时，少(shao)量(liang)钼(mu)的(de)融(rong)入(ru)并(bing)不会(hui)影响玻(bo)璃(li)的(de)变(bian)色性能。由于金(jin)属(shu)钼中可以(yi)做(zuo)到(dao)碳的(de)含量非常(chang)低，因此可以有效(xiao)防(fang)止碳(tan)与(yu)玻璃(li)熔(rong)体(ti)反(fan)应生(sheng)成二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)气泡(pao)。研(yan)究(jiu)表明，钼的光致变色特性可以(yi)用(yong)于(yu)变(bian)色玻(bo)璃(li)的生产。