二硅化钼

钼的硅化合物

二硅化 ( 钼 Disilicide)是一种钼的硅化合物,也称为硅化钼,分子式为MoSi2 ,分子量为154.13。

由于两种原子的半径相差不大, 电负性 比较接近,所以其具有近似于金属与陶瓷的性质。 熔点 高达2030℃,具有导电性,在高温下表面能形成 二氧化硅 钝化层以阻止进一步氧化,其外观为灰色金属色泽,源于其四方α-型 晶体结构 ,也存在六角形但不稳定的β-改性晶体结构。不溶于大部分酸,但可溶于 硝酸 和 氢氟酸 。

发展历史

硅化钼于1906年发现,硅和钼在不同条件下,可形成硅化三钼(MoSi)、三硅化五钼(MoSi)和二硅化钼(MoSi)。

三种硅化钼中最主要是二硅化钼(MoSi),是一种 约翰·道尔顿 型金属间化合物,其晶体结构中的原子结合呈现 金属键 和 共价键 共存的特征,具有优良的高温本质特征。

早在1907年,二硅化钼就用作金属的高温防腐涂层材料,20世纪50年代出现了二硅化钼电热元件。

二硅化钼作为结构材料是在50年代初首次提出的,但直到70年代,随着脆性材料作为结构材料这一概念的出现,才被重视。80年代发生了飞跃性的进展,其研究工作,在世界范围内广泛开展起来。

物化性质

MoSi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 约翰·道尔顿 型金属间化合物。具有金属与陶瓷的双重特性,是一种性能优异的高温材料。很好的高温抗氧化性,抗氧化温度高达1600℃以上,与 碳化硅 相当;有适中的密度(6.24g/cm);较低的热膨胀系数(8.1×10K);良好的电热传导性;较高的脆韧转变温度(1000℃)以下有陶瓷般的硬脆性。在1000℃以上呈金属般的软塑性。MoSi主要应用作发热元件、 集成电路 、高温抗氧化涂层及高温结构材料。

在MoSi中钼与硅之间以 金属键 结合,硅和硅之间则以 共价键 连结,二硅化钼为灰色四方 晶体 。不溶于一般的矿物酸(包括 王水 ),但溶于 硝酸 和 氢氟酸 的 混合酸 中,具有良好的高温抗氧化能力,可用作高温(<1700℃)氧化气氛中工作的发热元件。

在氧化气氛中,高温燃烧致密的 石英 玻璃(SiO)的表面上形成保护膜层,以防止二硅化钼连续氧化。当加热元件的温度是高于1700℃,形成SiO保护膜,在 熔点 为1710℃下稠合,和SiO融合成熔融滴。由于其表面延伸的动作,因此失去其保护能力。在 氧化剂 作用下,当元素被连续地使用,再次形成保护膜的形式。应当提示的是由于在低温度的强氧化作用,该元素不能长时间被用于400-700℃温度环境下。

用途

二硅化钼的应用于高温抗氧化涂层材料、电加热元件、集成电极薄膜、结构材料、 复合材料 的增强剂、 耐磨材料 、结构陶瓷的连接材料等领域,分布在以下几个行业:

1)能源 化学工业 :电加热元件、原子反应堆装置的高温热交换器、气体燃烧器、高温热电偶及其保护管、熔炼器皿 埚(用于熔炼钠、锂、铅、铋、锡等金属)。

2) 微电子 工业:MoSi与其他一些难熔金属硅化物TiSi、WSi、TaSi等是大规模 集成电路 栅极及互连线薄膜重要的候选材料。

3)航空航天工业:作为高温抗氧化涂层材料得到广泛而深入的研究和应用。特别是作为涡轮发动机构件,如叶片、叶轮、燃烧器、尾喷管及密封装置的材料。

4) 汽车工业 :汽车用涡轮 发动机 增压器转子、气门阀体、火花塞以及发动机零部件。

合成方法

二种元素直接反应可制得MoSi。

贮存方法

常温密闭避光,通风干燥处。

计算化学数据

1、 氢键 供体数量:0

2、氢键受体数量:0

3、可旋转 化学键 数量:0

4、拓扑分子极性表面积(TPSA):0

5、重原子数量:3

6、表面电荷:0

7、复杂度:18.3

8、 同位素 原子数量:0

9、确定原子立构中心数量: 0

10、不确定原子立构中心数量:0

11、确定 化学键 立构中心数量:0

12、不确定化学键立构中心数量:0

13、 共价键 单元数量:1

参考资料

  1. 二硅化钼 化学品数据库 2017-10-28