钼

      由于独特的机械和化学特性，钼已成为一种能够符合最严苛要求的杰出材料。其优点在于熔点极高、热膨胀系数低且具有良好的导热性，因而广泛用于众多不同的工业领域。钼堪称是特种材料中名副其实的“多面手”。其广泛应用包括：生产照明工业用料带和灯丝、电力电子行业用的半导体底板、高温炉的玻璃熔体电极和热区以及太阳能电池和平面显示器镀层用的溅射钯材。

物理化学性质

      钼位于门捷列夫周期表第5周期、第VIB族，为一过渡性元素，钼原子序数42，原子量95.94，原子中电子排布为：ls2s2p3s3p3d4s4p4d5s。由于价电子层轨道呈半充满状态，钼介于亲石元素(8电子离子构型）和亲铜元素(18电子离子构型）之间，表现典型过渡状态．V. W.戈尔德斯密特在元素的地球化学分类里将它称亲铁元素。 自然界里，钼有七个稳定的天然同位素，它们的核子数及其在天然混合物中所占比例如表1所列。

表1 钼的同位素及分配

      另据文献记载，已发现第八种天然同位素的存在。此外，还发现钼有十一种人造放射性同位素，因资料数据不详，此不赘述。

      钼为银白色金属，钼原子半径为0.14nm，原子体积为235.5px/mol，配位数为8，晶体为Az型体心立方晶系，空间群为Oh（lm3m），至今还没发现它有异构转变．常温下钼的晶格参数在0.31467~0.31475nm之间，随杂质含量而变化。钼熔点很高，在自然界单质中名列第六，被称作难熔金属，见表2。钼的密度为10.23g/cm，约为钨的一半（钨密度19.36g/cm）。          钼的热膨胀系数很低，20~100℃时为4.9×10/℃；钼的热传导率较高，为142.35w/(m·k) 。钼电阻率较低：0℃时为5.17×-10Ω·cm；800℃时为24.6×-10Ω·cm；2400℃时为72×-10Ω·cm。钼属顺磁体，99.99%纯度的钼在25℃时比磁化系数为0.93×10cm/g。钼的比热在25℃时为242. 8J/（kg·k）。钼的硬度较大，摩氏硬度为5~5.5。钼在沸点的蒸发热为594kJ/mol；熔化热为27.6 ±2.9kJ/mol；在25℃时的升华热为659kJ/mol。

表2 难熔物及熔、沸点

       钼的原子半径、离子半径与钨、铼的很接近。

      钼原子的电子排列体现了典型过渡元素的性质：次外层的五个4d轨道、最外层的一个5s轨道上电子均呈半弃满状态。钼原子外层电子电离电位为：

      显然，钼要丢掉七个或八个电子是极困难的。这决定了钼的化学性质比较稳定。 常温或在不太高的温度下，钼在空气或水里是稳定的。钼在空气中加热，颜色开始由白（色）转暗灰色；温升至520℃，钼开始被缓慢氧化，生成黄色三氧化钼（MoO3，温度降至常温后变为白色）；温升至600℃以上，钼迅速被氧化成MoO3。钼在水蒸气中加热至700~800℃便开始生成MoO2，将它进一步加热，二氧化钼被继续氧化成三氧化钼。钼在纯氧中可自燃，生成三氧化钼。 钼的氧化物已见于报道的很多，但不少是反应中间产物，而不是热力学稳定相态。非常可靠的只有九种，其结构与转化温度如表3。

表3 钼的氧化物

      另外，在生成MoO2前还有三种中间产物Mo2O3, MoO和Mo3O，但都还未能制造出它们的纯产物。

      钼的这一系列氧化物中，除最高价态的MoO3为酸性外，其余氧化物均为碱性氧化物。钼最重要的氧化物是MoO3和MoO2。

       MoO2分子量为127.94，含Mo74.99%。纯MoO2呈暗灰色、深褐色粉末状。25℃时，MoO2的生成热为550kJ/mol，密度为6.34~6.47g/cm。MoO2呈金红石单斜结晶构造，单位晶体（晶胞）由两个MoO2分子组成，晶格参数为a= 0.5608nm, b= 0.4842nm，c=0.5517nm，d=11.975nm。 MoO2可溶于水，易溶于盐酸及硝酸，但不溶于氨水等碱液里。在空气、水蒸气或氧气中继续加热MoO2，它将被进一步氧化，直至完全生成MoO3。在真空中加热到1520~1720℃，固态MoO2局部升华而不分解出氧，但大部分MoO2分解成MoO3气体和固态Mo。Jette. E. R（1935年）报道：MoO2在1980℃±50℃、0.1MPa（惰性气体）的条件下分解成钼和氧。 MoO2是钼氧化的最终产物。

      MoO3为淡绿或淡青色的白色粉末。分子量为143.94，含Mo 66.65%。25℃时，MoO3的生成热为668kJ/mol，密度为4. 692g/cm，熔点为795℃，沸点为1155℃．在低于熔点的温度已开始升华．在520~720℃时，升华呈气体的三氧化相为MoxO3x分子混合物，其中x=3~5，以x=3为主。 MoO3微溶于水而生成钼酸。18℃，MoO3溶解度为1.066%，70℃时为2.05%。溶于水的三氧化钼与水按不同比例组成一系列同多酸，nMoO3·mH2O，其中n≥m。这一系列同多酸中比较重要的有：钼酸H2MoO4(n=m=1），仲钼酸H6Mo7O24, （n=7,m=3），四钼钼酸H2Mo4O13（n=4，m=1）。这些同多酸可看作两个或多个同种简单含氧酸分子缩水而成。比如7H2MoO4←→H6Mo7O24+ 4H2O。X分析发现，Mo7O24的结构由七个MoO6正八面体相连而成。 MoO3易溶于氨水、碱金属碱液中，生成与同多酸对应的盐。MoO3在碱性介质（pH>10）中往往呈MoO4存在，而在酸性介质中，它往往以Mo7O24（pH≤6~8）或Mo8O24（pH=1.5~2.9）形式存在。作为钼的重要化工产品——工业钼酸铵，也正是这一系列同多酸的铵盐混合物。

       室温下，钼能与F2反应。250℃钼开始与Cl2反应，700~800℃钼可与Cl2反应生成MoCl2。在白热温度下，钼能与Br2反应。钼与卤素反应产物可以是MoX6（如MoF6），亦可是MoO2X2（如MoO2Cl2）或者是MoOX4（如MoOCl4）或者是MoX。 600℃以上，钼在N2中开始脆化。1500℃以上钼才开始与N2反应，2400℃以上钼与N2反应生成氮化物。但是，直至熔解（2622℃±10℃），钼都不能与H2反应。因而，工业上通常用H2还原MoO3以生产金属钼粉。反应过程可能是：450~500℃时，MoO3经H2还原，经生成Mo5O14、Mo17O47、Mo4O11等中间氧化态后生成MoO2；1000~1100℃时，H2进一步将MoO2还原成金属钼粉． 钼在CO2中加热，可以被氧化为MoO3；而反应产物MoO3与CO又可反应，再度还原成Mo：Mo + 3CO2←→MoO3+ 3CO 。钼粉或氧化钼在CO或者CH4、H2混合物中共同加热可以生成碳化钼。600℃时生成物为Mo2C，它性脆、密度为8.9g/cm，熔点为2380℃；而800℃时的生成物为MoC，它的密度为8.4g/cm。

      钼在常温下不与HF、HCI、稀HNO3、稀H2SO4及碱溶液反应。钼只溶于浓HNO3、王水或热而浓的H2SO4、煮沸的HCI中。

应用

钼的工业应用根据它的性质而各有不同。主要有以下三种：

高纯度与优异的抗蠕变性

钼的纯度极佳，不仅能够耐受极高温度，且易于加工。其应用包括：为蓝宝石增长领域中的所有常规采用工序生产坩埚。由于其特殊的纯度，钼在优化熔炼和凝固容器方面证明了自己的价值。

良好的尺寸稳定性与卓越的抗腐蚀性

我们的搅拌器能均匀搅拌各种玻璃熔体。为实现这一点，它们必须经受极限温度和腐蚀性玻璃熔体的考验，而钼不负众望。凭借极佳的尺寸稳定性，对金属和玻璃熔体的耐腐蚀性，我们的材料能够确保最佳的搅拌效果和产品的长期使用寿命。

高导热性和低热膨胀系数

功率密度大以及电流通过功率二极管和晶体管都会产生热量。得益于良好的导热性以及与对应半导体材料相适应的热膨胀特性，钼金属及其合金成为电力电子器件的最佳衬底材料。用作底板时，钼能够可靠散发热量。

纯钼？钼合金？

我们的钼在所有应用领域都有着近乎完美的表现。可以通过添加各种合金获得下列特性：

• 物理特性 (例如熔点、蒸汽压、密度、导电性、导热性、热膨胀系数、热容)

• 机械特性 (例如强度、断裂性能、抗蠕变性、延展性)

• 化学特性 (例如抗腐蚀性、可蚀刻性)

• 可加工性 (例如切削工艺、成型性能、可焊接性)

• 再结晶特性 (例如再结晶温度、脆化、老化效应)

此外，我们也可采用定制化生产工艺，在宽泛的参数值范围内调配钼的其它特性。最终，精确地设计具有不同性质的钼合金，以满足每个应用要求。

TZM（钛锆钼）

我们利用少量超精细的微小碳化物将钼金属转变成TZM合金。TZM合金不仅比纯钼金属更坚硬，还具有更高的再结晶温度和更好的抗蠕变性。TZM可用于存在恶劣机械负荷的高温应用领域，例如用于刀具锻造或者用作X射线管旋转阳极。TZM的推荐使用温度为700℃至1400℃。

MHC（钼铪碳）

MHC属于颗粒增强型钼合金，含有铪、碳。由于超精细碳化物的分布比较均匀，因此它在1550℃的温度下仍具有极佳的耐热性和抗蠕变性，推荐的最高使用温度也比TZM高出150℃。MHC会被用于金属成形应用领域。当用于挤压模具，它是能够承受极端的热和机械载荷。

ML（钼氧化镧）

钼掺杂少量的氧化镧颗粒（0.3%或0.7%）后能形成所谓的迭合式纤维结构。这一特殊微观结构在高达2000℃的温度条件下也能保持稳定。因此，即使在极端使用条件下，钼-氧化镧也具有抗蠕变性。我们主要将此类合金加工成高温炉部件，例如绞丝和其它金属丝、烧结和退火舟或者蒸发器线圈。在照明工业中，钼氧化镧还被用作护线和馈线。

MoILQ (Molybdenum-ILQ)

MoILQ是一种微粒型钼合金，其中氧化镧的重量占比为0.03%，专门用于照明工业。得益于特别定制的掺杂剂含量，它的再结晶温度比纯钼金属更高。经过再结晶后，MoILQ的微观结构变得比纯钼更精细。 与ML材料相比，MoILQ更适合成形，因此也更易于加工。MoILQ被用作白炽灯和卤素灯灯丝制造过程中的芯线和支撑线。

MY（钼钇氧化铈）

MY是一种颗粒增强型钼合金，其中氧化钇的重量占比为0.47%，专门用于照明工业。MY与石英玻璃能良好粘接，并且易于焊接，耐氧化性也比纯钼更好。MY主要用于导电ESS带以及镀层工艺领域的蒸发舟。

MoW（钼钨）

利用钼材料的耐高温特性和耐腐蚀性，可对钨进行改进。从重量占比为20%的MW20到重量占比为50%的MW50，我们销售不同成份的MoW，主要用于锌的生产和制造玻璃工业所需的搅拌工具。此外，我们还利用我们的MoW合金制造出溅射钯材用于平面显示器的镀层。MoW镀层的蚀刻性更好，这对薄膜晶体管的制造非常有价值。

MoRe (钼铼)

钼掺杂少量铼之后在室温下有延展性。钼-铼 (MoRe)主要用于热电偶丝，其标准成份为Mo5Re和Mo41Re，或者用于延展性非常重要的其它场合。

MoCu (钼铜)

钼铜(MoCu)是一种铜的重量比高达30%的复合材料。由热导率较高的铜和热膨胀系数较低的钼组成。钼铜复合材料非常适合制造电子元器件中的被动冷却元件（散热器）。由于重量较低，钼铜复合材料尤其适合于每一克都要精打细算的应用：例如在汽车业中它们被用为IGBT模块电动驱动逆变器的基座。

MoZrO2 (钼氧化锆) 

玻璃熔化电极必须具有耐受腐蚀性玻璃熔体和极高温度的能力。通过添加重量占比为1.7%的氧化锆，我们让钼材料具备了玻璃工业中非常有用的特性。与纯钼金属相比，MoZrO2 对玻璃熔体的耐腐蚀性更好，其高温稳定性也更佳。

钼溅射靶被用来制造平面屏幕中的超薄功能层。对触摸屏来说，高水准的耐腐蚀性是必不可少的。所以我们在钼中加入我们把合金元素铌，从而达到特别高水平的耐腐蚀性。您希望把高耐腐蚀特性与溅射层的便易组建性相互结合？那么我们将向您推荐钼钽合金。

出色的“全能材料”：钼的材料特性

钼属于难熔金属。难熔金属是指熔点高于铂（1772 ℃）的金属。在难熔金属中，单个金属原子的结合能特别大。难熔金属同时具有高熔点、低蒸汽压、高弹性模量和高热稳定性。另外，难熔金属也表现出热膨胀系数低和密度较高的典型特点。事实上，钼与钨在周期表中属于同一族，这意味着它也具有与钨类似的原子结构和化学特性。钼和钨都具有出色的导热性，这一点也非常有意思。但是，即使在相当低的温度条件下钼也容易变形，因此它比钨更容易加工。

钼具有非常均衡的各种特性，是名副其实的全能材料：

通过改变合金元素的种类和数量并采用定制的生产工艺，我们能改变钼金属及其合金的特性。我们在TZM和MHC材料中特别添加的碳化物能够调节钼在所有温度范围内的机械特性。尤其是氧化物，它能提高钼的再结晶温度和抗蠕变性。添加铼以后，钼在常温条件下也有韧性。铜虽然能提高导热性，但不会对膨胀系数产生显著影响。

钼合金比较纯钼

~ 与纯钼金属相当 + 比纯钼金属高 ++ 远高于纯钼金属 - 低于纯钼金属 -- 远低于纯钼金属

热物理特性

难熔金属通常具有较低的热膨胀系数和相对高密度，钼也一样。这种材料还具有高导热性和低导电性等特点。钼原子粘结性非常强，与其他许多金属相比，它具有较高的弹性模量。钼的热物理性能随温度的变化而变化。

图表总结了温度相关的钼发射率。
（如红分散带显示）

      材料的具体电阻率是其电导率的乘法逆。材料的电阻率越低，其导电性越好。 具体的电阻率是Ωmm²/m。金属具有不同电阻率。 例如，银为0.016 Ωmm²/m，钛为0.8 Ωmm²/m。温度、合金元素、杂质和材料各自强烈影响特定的电阻率。我们的高性能材料钼、钨具有非常低的电阻率：室内温度下约0.05 Ωmm²/m，而在1,500°C下甚至小于0.5 Ωmm²。因此，我们的金属最适合作为接触和涂层材料使用。因为钼、钨具有立方晶格，特定的电阻率在所有晶体取向中显示相同的值。

不同温度下钼和钨的导热性

机械特性

由于熔点高达2 620 ℃，因此，钼在高温下也能保持其强度和抗蠕变性。材料冷加工程度越高，钼的强度提升幅度也更大。与其它金属相比，钼材料的延展性也会随着冷加工程度的增加而提升。我们加入铼作为合金元素，既提高了钼的延展性，又降低了脆韧性转变温度。我们还使用钛、锆、铪、碳和稀土氧化物作为合金元素添加到钼材料中。与其它金属相比，钼金属及其合金的弹性模量非常高，这主要是因为钼原子之间的结合能很大。这意味着我们可以制造出各种各样的材料，每种材料都具有一系列非常特殊性质。

Mo与TZM薄板材料的典型抗张强度
在应力消除或再结晶条件下（2mm薄板厚度）

蠕变试验样品材料的描述

脆韧性转化温度

如果加热到一定温度，钼就会失去脆性并变成韧性。对应于发生从脆性到韧性这一转变的温度被定义为脆韧性转化温度。脆韧性转化温度与多种因素有关，包括金属的化学成分和冷加工程度。

钼材料的延展性和断裂韧性随再结晶程度的增加而下降。换言之，再结晶温度是一个决定性因素。挡温度高于再结晶温度时，材料结构发生变化。金属颗粒重构后会降低钼的强度和硬度，增加断裂的可能性。针对不同的成形工艺，需要采取诸如轧制、型锻或拉拔等措施才能恢复原始结构。再结晶温度与钼的冷加工程度以及化学组成都具有非常大的关系，尤其是掺杂物含量。下表总结了常规钼材料的常见再结晶温度。

通常在钼金属和难熔金属的成形和加工过程中，需要充分理解该族材料的特殊性质非常重要。如果采用弯折或折叠等成形工艺，则必须在高于脆韧性转化温度以上进行才能确保板材安全加工，没有开裂风险。板材越厚，成形过程中不发生开裂所需的温度也越高。如果刀具足够锋利并且适当调节好预热温度，钼也能很好地适合切削和冲压操作。但是如果使用我们功能强大的机器，也能顺利进行切削。如果您对难熔金属的成形和加工仍有其它疑问，我们很乐意利用我们的多年经验为您提供帮助。

耐化学性

钼及其合金的出色耐化学性受到了化学界和玻璃工业界的高度推崇。在60%以下的大气湿度条件下，钼具有耐腐蚀性。当湿度高于60%时，钼开始出现褪色。在温度高于100 ℃的碱性和氧化液体中，钼不再有耐腐蚀性。针对钼在使用环境中接触氧化并且使用温度超过250℃这一情况，我们开发了SIBOR® 保护层，防止钼被氧化。即使在温度很高的条件下，玻璃熔体、氢气、氮气、惰性气体、金属熔体和氧化物陶瓷也不会侵蚀钼材料，或者对钼的侵蚀作用比其它金属材料更轻。

下表列出了钼的耐腐蚀性。除非特别标注注明，否则所有规格都针对无氧气的纯溶液。低浓度的化学活性杂质会显著影响钼的耐腐蚀性。您还有关于腐蚀方面的其它问题吗？我们很乐意利用我们的经验和内部腐蚀实验室助您一臂之力。

*不包括含氧化剂的玻璃（例如铅玻璃）

请注意，特别是在含氧大气中，当温度超过400℃时会发生剧烈氧化反应。凭借SIBOR®等特殊涂层，我们能有效防止钼被氧化。

添加重量占比为30%的钨作为合金成份能显著改善钼的耐腐蚀性，例如锌。

天然状态和制备

钼自公元前三世纪起就已为人熟知。但在当时，“molybdaena”一词仅指石墨以及容易与辉钼矿混淆的方铅矿（天然状态）。直到17世纪，科学家才意识到方铅矿中不含铅。1778年，Carl Wilhelm Scheele利用硝酸制得了白色的氧化钼(MoO3)。Scheele将这一白色沉淀物命名为“terra molybdaenae”（钼土）。1781年，Peter Jakob Hjelm首次成功还原了氧化钼。实验成果便是含金属的钼。但是，我们要感谢Jöns Jakob Berzelius，是他为钼赋予了化学符号并让我们了解钼的化学特性。20世纪初，利用氢气还原氧化钼 (MoO3)的方法，人类首次制得了纯钼金属。制造钼金属所需的最重要矿石为辉钼矿(MoS2)以及黄色铅矿或钼铅矿(PbMoO4)。全世界大多数钼矿储量分布在北美洲、南美洲和中国。在智利的铜矿中，辉钼矿是该国在铜矿开采中得到的副产品。这些矿石中的钼含量重量占比约为0.5%。采用浮选工艺可分离伴生矿物与钼矿。经过这道工序以后，钼精矿平均含有约85 %的辉钼矿(MoS2)。在600 ℃温度下焙烧钼精矿。钼精矿(MoS2)经氧化后生成三氧化钼(MoO3)。

我们如何做到？粉末冶金术！

那么，粉末冶金术是什么？众所周知，目前大多数工业用的金属与合金，例如钢、铝和铜都采用模具内熔化和铸造的方法进行生产。与之相反，粉末冶金术摒弃了熔化操作，其做法是先挤压金属粉末，然后在低于材料熔化温度的条件下进行热处理（烧结）并制得产品。粉末冶金术中最重要的因素是金属粉末本身、挤压工艺和烧结工艺。我们能够在内部对上述所有因素进行控制和优化。

为什么要采用粉末冶金术？通过粉末冶金术，我们可以生产熔点为2000 ℃及以上的材料。该工艺特别经济实惠，即使生产少量产品也不例外。除此之外，通过使用定制的粉末混合物，我们能够生产一系列非常均匀的材料，并赋予其某些特殊性质。

将钼粉末与合金元素混合以后填入模具内。然后用高达2 000巴的压力挤压混合物。接着在专用的高温炉内对压制成形的零件（也称“绿色制品”）进行烧结。在该工艺中，绿色环保的制品形成致密的微观结构。我们的材料具有非常特殊的性质－例如出色的热稳定性、硬度或流动性－诸如此类都缘于我们采用了适当的成形方法，例如锻造、轧制或拉伸。只有当这些操作都完美衔接时我们才能获得满足严格要求的产品质量，制造出具有优级纯度和品质的产品。