簡介

硅化鉬是應(yīng)用最為廣泛的鉬的化合物之一，具備高熔點(diǎn)、適中密度、高熱導(dǎo)率與低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良特性，綜合性能穩(wěn)定。在工業(yè)領(lǐng)域中，它常被用于制作高溫電爐發(fā)熱元件，也可作為抗氧化涂層使用，同時(shí)在微電子工業(yè)中也有重要應(yīng)用。

硅化鉬的性狀

用途

硅化鉬可通過離子注入形成低電阻薄層，可用作低阻導(dǎo)電薄膜與高性能電子器件材料。例如：用大束流密度的鉬金屬離子注入硅，能夠直接合成性能良好的薄層硅化物。隨著束流密度的增加，硅化鉬生長，薄層硅化物的方塊電阻Rs明顯下降，當(dāng)束流密度為0.5A/m2時(shí)，Rs達(dá)到最小值90Ω，說明連續(xù)的硅化物已經(jīng)形成。X衍射分析結(jié)果表明，注入層中形成了三種硅化鋁Mo?Si、Mo?Si?和MoSi?。經(jīng)過900℃退火后，Rs下降至4Ω，電阻率可小到0.16μΩ·m，說明硅化鉬薄層質(zhì)量得到了進(jìn)一步的改善。大束流密度注入和退火后，硅化鉬優(yōu)先生長有所不同。透射電子顯微鏡的觀察表明，連續(xù)硅化鉬薄層厚度為80nm[1]。

此外，硅化鉬可在鉬基體上形成涂層，用于提升基體的高溫抗氧化性能。例如：采用熔鹽法在鉬基體上制備了硅化鉬涂層，利用SEM、EDS和XRD等分析了涂層的顯微結(jié)構(gòu)，元素分布及物相組成，并研究了硅化鉬的生成機(jī)制。結(jié)果表明：硅化鉬是通過反應(yīng)擴(kuò)散形成的，涂層由外至內(nèi)分別為MoSi?、Mo?Si?和基體；當(dāng)熔鹽中Na?SiF?和NaF兩種活化劑共存時(shí)，涂層的厚度較大，1000℃保溫10h制備的硅化鉬涂層的高溫抗氧化性能相對較好；涂層厚度隨溫度的升高和保溫時(shí)間的延長而增加，但溫度的影響比保溫時(shí)間的更顯著[2]。

硅化鉬還具有高熔點(diǎn)、導(dǎo)熱率高、熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，主要用于高溫電爐發(fā)熱元件、抗氧化涂層以及微電子工業(yè)等領(lǐng)域。例如：鉬作為應(yīng)用廣泛的難熔金屬，憑借優(yōu)良性能在多領(lǐng)域大量使用，其添加劑制備需氧化焙燒鉬精礦，易產(chǎn)生難回收的低濃度SO?，因此綠色短流程提鉬工藝亟待開發(fā)。碳化鉬可作煉鋼添加劑，硅化鉬因優(yōu)異特性用于發(fā)熱元件、抗氧化涂層等，但工業(yè)制備硅化鉬成本較高，以鉬精礦為原料直接制備意義重大。本文針對現(xiàn)有工藝問題，提出多種綠色新工藝并探究機(jī)理：通過石灰輔助碳熱還原制得鉬粉并明確反應(yīng)機(jī)制；采用包覆還原法實(shí)現(xiàn)鉬與碳化鉬的綠色制備；利用硅/碳協(xié)同還原獲得達(dá)標(biāo)產(chǎn)物并揭示物相轉(zhuǎn)變規(guī)律；經(jīng)石灰包覆-硅熱還原制得超細(xì)硅化鉬粉體，闡明反應(yīng)機(jī)理并實(shí)現(xiàn)硫的閉環(huán)回收；還將該工藝推廣至超細(xì)硅化鎢粉體的制備，為相關(guān)材料綠色制備提供了理論與技術(shù)支撐[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 張通和,吳瑜光.鉬離子注入硅薄層硅化鉬的合成[J].核技術(shù), 2000(09):599-603.DOI:10.3321/j.issn:0253-3219.2000.09.002.

[2] 謝能平,古思勇,張厚安.采用熔鹽法在鉬基體上制備硅化鉬涂層的結(jié)構(gòu)[J].機(jī)械工程材料, 2012, 36(1):4.DOI:CNKI:SUN:GXGC.0.2012-01-018.

[3] 常賀強(qiáng).直接還原鉬精礦制備鉬,碳化鉬及硅化鉬相關(guān)基礎(chǔ)研究[D].北京科技大學(xué),2023.