Physikalische Eigenschaften von Molybdän: Dichte, Schmelzpunkt und thermische Daten

Molybdän ist ein silberweißes Übergangsmetall mit einem raumzentrierten kubischen Gitter. Seine Kombination aus einem sehr hohen Schmelzpunkt, einem vergleichsweise niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und einer hohen Wärmeleitfähigkeit macht es zu einem Standardmaterial für Hochtemperaturvorrichtungen, Elektroden- und Kühlkörperanwendungen, bei denen Kupfer weich werden und Keramik bei einem Temperaturschock reißen würde.

Physikalische Referenzdaten

Thermisches Verhalten bei Betriebstemperatur

Die bei Raumtemperatur angegebenen Werte für Dichte und Leitfähigkeit ändern sich im Betrieb erheblich. Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit ab und die Ausdehnung zu, und die nutzbare Grenze für tragende Molybdänteile im Vakuum oder trockenem Wasserstoff wird eher durch Rekristallisation als durch Schmelzen festgelegt. Unlegierte gesinterte Produkte beginnen weit unterhalb des Schmelzpunktes an Kaltumformfestigkeit zu verlieren, während durch Dispersion-verstärkte Qualitäten wie TZM ihre Festigkeit auch bei höheren Temperaturen beibehalten wird, da Titan, Zirkonium und Kohlenstoff feine Karbidpartikel bilden, die die Korngrenzen fixieren.

Mechanische und Fertigungseigenschaften

Das BCC-Gitter macht Molybdän stark und steif, verleiht ihm aber auch einen Übergang von duktil zu spröde. Die Duktilität bei Raumtemperatur-hängt vom Zwischengittergehalt, der Korngröße und dem Spannungszustand ab: Niedrig-sauerstoffarmes, fein-körniges Blech biegt und formt sich, während dicker-Sinterstab sich spröde verhalten kann, wenn er unter Zug oder Stoß belastet wird. Die Bearbeitungspraxis bevorzugt daher leichte Durchgänge, scharfe Hartmetallwerkzeuge und bei Blechen die Warmumformung über etwa 200 °C, wenn enge Radien erforderlich sind.

Produktformen und Spezifikationen

Molybdän wird als Pulver, gesinterte Stangen, gewalzte Bleche und Platten, Bänder, Folien, Stäbe, Drähte und bearbeitete Elektroden geliefert. Platten, Bleche, Streifen und Folien fallen unter ASTM B386 und Stangen, Stäbe und Drähte unter ASTM B387. Unlegiertes Material wird in diesen Spezifikationen als Legierung 360 bezeichnet, und die mit Karbid-verstärkte Legierung TZM, nominell Mo-0,5Ti-0,08Zr-0,02C, ist die übliche Hochtemperatursorte. In den Kaufdokumenten sollten Form, Qualität, Zustand, Oberflächenbeschaffenheit und Abnahmeprüfung angegeben sein, da physikalische Werte wie Dichte und Leitfähigkeit vom Herstellungsweg und nicht vom Element allein abhängen.

Wo der Eigenschaftssatz entscheidend ist

Der niedrige Ausdehnungskoeffizient ist bei Halbleiter- und Displaywerkzeugen von Bedeutung, wo Molybdän in Bezug auf die thermische Reaktion nahe an Silizium und Glas liegt und daher bei thermischen Zyklen weniger unterschiedliche Bewegungen erzeugt. Hohe Leitfähigkeit und ein hoher Schmelzpunkt machen Molybdän zur praktischen Wahl für Glasschmelzelektroden sowie für Ofenherde und -vorrichtungen in Wasserstoffatmosphären. In jedem Fall wägt der Ingenieur Bearbeitbarkeit und Kosten gegen die Eigenschaft ab, dass sich kein anderes hochschmelzendes Metall auf die gleiche Weise verbindet.

Häufig gestellte Fragen

Q:Was ist der Schmelzpunkt von Molybdän?
A: 2623 °C und der Siedepunkt liegt bei 4639 °C, womit Molybdän neben Wolfram und Tantal zu den hochschmelzenden Metallen zählt.

Q:Wie dicht ist Molybdän im Vergleich zu Stahl?
A: Ungefähr 10,2 g/cm3 bei 20 C, etwa 30 Prozent dichter als Kohlenstoffstahl, was sich auf die Handhabung, die Werkzeugmasse und jede gewichtskritische Baugruppe auswirkt.

Q:Warum wird Molybdän wegen seines Ausdehnungskoeffizienten geschätzt?
A: Der lineare Ausdehnungskoeffizient liegt bei etwa 4,8 x 10-6 /K und kommt dem von Silizium und mehreren Gläsern nahe, sodass Verbindungen und dünne Filme weniger thermischer Belastung ausgesetzt sind.

Q:Wird Molybdän bei Raumtemperatur spröde?
A: Es gibt einen duktilen Übergang zu -, der vom Sauerstoffgehalt, der Korngröße und der Querschnittsdicke abhängt. Daher verhält sich ein dünnes rekristallisiertes Blech ganz anders als ein schwerer gesinterter Stab.

Q:Welche Norm gilt für Molybdänbleche und -platten?
A: ASTM B386 deckt Platten, Bleche, Streifen und Folien ab, während ASTM B387 Stangen, Stäbe und Drähte abdeckt. Beide führen Alloy 360 als unlegierte Sorte auf.

Q:Wie unterscheidet sich TZM von unlegiertem Molybdän?
A: TZM fügt Titan, Zirkonium und Kohlenstoff hinzu, sodass feine Karbidpartikel das Kornwachstum einschränken, was die Temperatur erhöht, bei der rekristallisiertes Material noch Last trägt.