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鉬靶材及其薄膜制備技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN：9787030703859
- 條形碼：9787030703859 ; 978-7-03-070385-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
鉬靶材及其薄膜制備技術(shù) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
針對(duì)大尺寸鉬靶材制備難度大、致密度和晶粒尺寸的均勻性難以控制等技術(shù)難點(diǎn)，本書從鉬粉的制備和靶材的熱加工工藝入手，研究了原材料及還原工藝對(duì)粉性能的影響和燒結(jié)的熱變形行為，分析了變形溫度、應(yīng)變速率、變形量等對(duì)其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶的影響，確定了鉬靶材的制備工藝，實(shí)現(xiàn)了鉬靶材的微觀組織調(diào)控。本書還研究了鉬靶材的原始組織狀態(tài)、單層鉬薄膜的熱處理、雙層鉬薄膜的結(jié)構(gòu)調(diào)控和工藝優(yōu)化，探究其對(duì)金屬鉗薄膜結(jié)構(gòu)和光電性能的影響，從而制備出具有良好光電性能和高黏結(jié)性能的鉬薄膜。 本書可供從事有色金屬、難熔金屬材料、光電材料等領(lǐng)域的科研工作者、工程技術(shù)人員、大學(xué)教師及研究生參考。
鉬靶材及其薄膜制備技術(shù) 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 金屬鉬的基本性質(zhì) 1
1.1.1 鉬的物理性質(zhì) 1
1.1.2 鉬的化學(xué)性質(zhì) 3
1.2 鉬的化合物及其性質(zhì) 4
1.2.1 鉬的氧化物 4
1.2.2 鉬酸及鉬酸鹽 5
1.2.3 鉬藍(lán) 7
1.2.4 鉬的硫化物、硒化物和碲化物 8
1.2.5 鉬的鹵化物 8
1.3 鉬金屬材料的應(yīng)用 9
1.3.1 鋼鐵工業(yè) 9
1.3.2 化工領(lǐng)域 10
1.3.3 航空航天、軍事工業(yè) 10
1.3.4 核工業(yè) 11
1.3.5 玻璃工業(yè) 11
1.3.6 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 11
1.3.7 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 11
1.3.8 電子行業(yè) 11
1.4 鉬粉制備技術(shù) 12
1.5 純鉬熱變形行為 14
1.6 CuIn(Ga)Se(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 17
1.7 薄膜的制備方法 18
1.7.1 真空蒸發(fā)法 19
1.7.2 激光脈沖沉積法 19
1.7.3 溶液鍍膜法 19
1.7.4 化學(xué)氣相沉積法 19
1.7.5 磁控濺射法 20
1.8 鉬靶材的影響因素 20
1.8.1 純度 20
1.8.2 致密度 21
1.8.3 結(jié)構(gòu)的均勻性 21
1.8.4 結(jié)晶取向 21
1.8.5 晶粒尺寸 21
1.9 靶材制備工藝與薄膜性能之間關(guān)系 22
1.10 鉬薄膜的研究現(xiàn)狀 23
1.10.1 濺射氣壓和功率 23
1.10.2 濺射方式 24
1.10.3 熱處理 25
1.10.4 襯底材料 25
1.10.5 單層、雙層和多層鉬薄膜的制備 26
參考文獻(xiàn) 27
第2章 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法 34
2.1 鉬粉制備 34
2.1.1 試驗(yàn)材料 34
2.1.2 鉬酸銨焙解試驗(yàn) 34
2.1.3 鉬粉制備工藝 34
2.1.4 粉末檢測(cè)方法 34
2.2 燒結(jié)鉬的制備 35
2.3 熱變形實(shí)驗(yàn)方案 35
2.3.1 單道次熱壓縮試驗(yàn)方案 36
2.3.2 雙道次熱壓縮試驗(yàn)方案 36
2.4 微觀組織表征及性能檢測(cè) 36
2.4.1 金相組織分析 36
2.4.2 背散射電子衍射分析 37
2.4.3 透射電子顯微分析 37
2.4.4 X射線光電子能譜分析 37
2.4.5 顯微硬度測(cè)定 37
2.4.6 密度測(cè)定 37
2.5 鉬薄膜的表征與測(cè)試 38
2.5.1 微觀組織分析 38
2.5.2 光電性能和黏結(jié)性測(cè)試 39
參考文獻(xiàn) 40
第3章 鉬粉制備研究 42
3.1 鉬酸銨差熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 42
3.1.1 鉬酸銨的形貌及物相組成 42
3.1.2 鉬酸銨差熱實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 43
3.2 一步氫還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 44
3.2.1 二氧化鉬形貌及粒度 45
3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 47
3.3 二步氫還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 47
3.3.1 鉬粉形貌及性能 48
3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 51
3.4 篩分對(duì)鉬粉質(zhì)量的影響 53
3.4.1 篩分時(shí)間對(duì)鉬粉物理性能的影響 53
3.4.2 篩分前后鉬粉的微觀形貌 55
參考文獻(xiàn) 57
第4章 純鉬板材單道次熱變形行為 58
4.1 純鉬單道次熱變形行為分析 58
4.2 變形參數(shù)對(duì)流變應(yīng)力的影響 60
4.3 本構(gòu)方程的建立 63
4.3.1 熱變形激活能的確定 63
4.3.2 流變應(yīng)力與Z參數(shù)關(guān)系求解 65
4.3.3 本構(gòu)方程的建立 66
4.4 熱變形加工硬化分析 67
4.5 熱變形后純鉬的組織及性能 70
4.5.1 熱變形后純鉬的組織 70
4.5.2 純鉬熱變形前后的顯微硬度 72
4.6 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶應(yīng)變模型 74
4.6.1 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變 74
4.6.2 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變模型 78
4.7 熱加工圖 79
4.7.1 基于DMM理論的熱加工圖理論 80
4.7.2 純鉬板坯熱加工圖 81
參考文獻(xiàn) 83
第5章 純鉬板坯雙道次熱變形行為 86
5.1 純鉬雙道次熱變形應(yīng)力應(yīng)變曲線分析 86
5.1.1 應(yīng)變速率及變形溫度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 86
5.1.2 變形量對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 87
5.1.3 停留時(shí)間對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 89
5.2 靜態(tài)再結(jié)晶軟化比計(jì)算 90
5.3 變形量對(duì)雙道次熱變形微觀組織的影響 92
5.4 不同變形溫度下的織構(gòu)演變 95
5.5 晶粒異常長(zhǎng)大 98
5.6 變形條件對(duì)顯微硬度的影響 99
參考文獻(xiàn) 100
第6章 鉬板靶材制備工藝及微觀組織調(diào)控 102
6.1 鉬板靶材的制備 102
6.1.1 燒結(jié)鉬板的制備 102
6.1.2 燒結(jié)鉬板的軋制變形 104
6.1.3 退火對(duì)靶材組織的影響 104
6.2 高純鉬靶材中MoO3的形成機(jī)理分析 106
6.2.1 鉬靶材的微觀組織 106
6.2.2 透射結(jié)果及分析 107
6.2.3 鉬粉及靶材的XPS分析 111
6.2.4 MoO3形成原因分析 113
6.2.5 鉬靶材微觀組織調(diào)控 114
參考文獻(xiàn) 115
第7章 鉬薄膜與基底及薄膜厚度的關(guān)系 117
7.1 單晶硅基底上濺射沉積不同厚度鉬薄膜 118
7.1.1 鉬薄膜的表面形貌分析 118
7.1.2 鉬薄膜的結(jié)晶性能分析 119
7.1.3 鉬薄膜的電學(xué)性能分析 121
7.2 鈣鈉玻璃基底上濺射沉積不同厚度鉬薄膜 122
7.2.1 鉬薄膜的表面形貌分析 122
7.2.2 鉬薄膜的結(jié)晶性能分析 123
7.2.3 鉬薄膜的電學(xué)性能分析 124
7.3 磁控濺射法沉積制備鉬薄膜的截面形貌 125
7.4 單晶硅和鈣鈉玻璃基底上沉積鉬薄膜電學(xué)性能分析 126
參考文獻(xiàn) 127
第8章 單層鉬薄膜的熱處理 128
8.1 不同熱處理方式和溫度制備鉬薄膜 128
8.2 基底加熱對(duì)鉬薄膜的影響 129
8.2.1 基底加熱對(duì)鉬薄膜結(jié)晶性的影響 129
8.2.2 基底加熱對(duì)鉬薄膜應(yīng)力和黏結(jié)性的影響 130
8.2.3 基底加熱對(duì)鉬薄膜表面形貌的影響 133
8.2.4 基底加熱對(duì)鉬薄膜電學(xué)性能的影響 135
8.2.5 基底加熱對(duì)鉬薄膜光學(xué)性能的影響 136
8.3 退火處理對(duì)鉬薄膜的影響 137
8.3.1 退火處理對(duì)鉬薄膜結(jié)晶性的影響 137
8.3.2 退火處理對(duì)鉬薄膜應(yīng)力和黏結(jié)性的影響 138
8.3.3 退火處理對(duì)鉬薄膜表面形貌的影響 139
8.3.4 退火處理對(duì)鉬薄膜電學(xué)性能的影響 141
8.3.5 退火處理對(duì)鉬薄膜光學(xué)性能的影響 142
8.4 基底加熱并退火處理對(duì)鉬薄膜的影響 143
8.4.1 鉬薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 143
8.4.2 鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 144
8.4.3 鉬薄膜的表面形貌 145
8.4.4 鉬薄膜的電學(xué)性能 147
8.4.5 鉬薄膜的光學(xué)性能 149
8.5 不同加熱方式和溫度對(duì)CIGS太陽(yáng)能電池的影響 149
參考文獻(xiàn) 150
第9章 雙層鉬薄膜與濺射模式 152
9.1 雙層鉬薄膜的制備 153
9.2 厚度比對(duì)DC/DC制備雙層鉬薄膜的影響 153
9.2.1 雙層鉬薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 153
9.2.2 雙層鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 155
9.2.3 雙層鉬薄膜的表面形貌 156
9.2.4 雙層鉬薄膜的電學(xué)性能 157
9.2.5 雙層鉬薄膜的光學(xué)性能 158
9.3 厚度比對(duì)RF/DC制備雙層鉬薄膜的影響 159
9.3.1 雙層鉬薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 159
9.3.2 雙層鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 161
9.3.3 雙層鉬薄膜的表面形貌 161
9.3.4 雙層鉬薄膜的電學(xué)性能 163
9.3.5 雙層鉬薄膜的光學(xué)性能 164
參考文獻(xiàn) 165
第10章 雙層鉬薄膜與底層氣壓和退火溫度關(guān)系研究 167
10.1 樣品的制備 168
10.2 底層氣壓對(duì)雙層鉬薄膜的影響 168
10.2.1 底層氣壓對(duì)微觀組織的影響 168
10.2.2 底層氣壓對(duì)界面的影響 170
10.2.3 底層氣壓對(duì)應(yīng)力的影響 178
10.2.4 底層氣壓對(duì)表面形貌的調(diào)控 178
10.2.5 底層氣壓對(duì)電學(xué)性能的影響 180
10.2.6 底層氣壓對(duì)光學(xué)性能的影響 181
10.3 退火溫度對(duì)雙層鉬薄膜的影響 182
10.3.1 雙層鉬薄膜的微觀組織 182
10.3.2 雙層鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 183
10.3.3 雙層鉬薄膜的表面形貌 184
10.3.4 雙層鉬薄膜的電學(xué)性能 185
10.3.5 雙層鉬薄膜的光學(xué)性能 186
參考文獻(xiàn) 188
前言
第1章 緒論 1
1.1 金屬鉬的基本性質(zhì) 1
1.1.1 鉬的物理性質(zhì) 1
1.1.2 鉬的化學(xué)性質(zhì) 3
1.2 鉬的化合物及其性質(zhì) 4
1.2.1 鉬的氧化物 4
1.2.2 鉬酸及鉬酸鹽 5
1.2.3 鉬藍(lán) 7
1.2.4 鉬的硫化物、硒化物和碲化物 8
1.2.5 鉬的鹵化物 8
1.3 鉬金屬材料的應(yīng)用 9
1.3.1 鋼鐵工業(yè) 9
1.3.2 化工領(lǐng)域 10
1.3.3 航空航天、軍事工業(yè) 10
1.3.4 核工業(yè) 11
1.3.5 玻璃工業(yè) 11
1.3.6 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 11
1.3.7 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 11
1.3.8 電子行業(yè) 11
1.4 鉬粉制備技術(shù) 12
1.5 純鉬熱變形行為 14
1.6 CuIn(Ga)Se(CIGS)薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu) 17
1.7 薄膜的制備方法 18
1.7.1 真空蒸發(fā)法 19
1.7.2 激光脈沖沉積法 19
1.7.3 溶液鍍膜法 19
1.7.4 化學(xué)氣相沉積法 19
1.7.5 磁控濺射法 20
1.8 鉬靶材的影響因素 20
1.8.1 純度 20
1.8.2 致密度 21
1.8.3 結(jié)構(gòu)的均勻性 21
1.8.4 結(jié)晶取向 21
1.8.5 晶粒尺寸 21
1.9 靶材制備工藝與薄膜性能之間關(guān)系 22
1.10 鉬薄膜的研究現(xiàn)狀 23
1.10.1 濺射氣壓和功率 23
1.10.2 濺射方式 24
1.10.3 熱處理 25
1.10.4 襯底材料 25
1.10.5 單層、雙層和多層鉬薄膜的制備 26
參考文獻(xiàn) 27
第2章 實(shí)驗(yàn)材料及研究方法 34
2.1 鉬粉制備 34
2.1.1 試驗(yàn)材料 34
2.1.2 鉬酸銨焙解試驗(yàn) 34
2.1.3 鉬粉制備工藝 34
2.1.4 粉末檢測(cè)方法 34
2.2 燒結(jié)鉬的制備 35
2.3 熱變形實(shí)驗(yàn)方案 35
2.3.1 單道次熱壓縮試驗(yàn)方案 36
2.3.2 雙道次熱壓縮試驗(yàn)方案 36
2.4 微觀組織表征及性能檢測(cè) 36
2.4.1 金相組織分析 36
2.4.2 背散射電子衍射分析 37
2.4.3 透射電子顯微分析 37
2.4.4 X射線光電子能譜分析 37
2.4.5 顯微硬度測(cè)定 37
2.4.6 密度測(cè)定 37
2.5 鉬薄膜的表征與測(cè)試 38
2.5.1 微觀組織分析 38
2.5.2 光電性能和黏結(jié)性測(cè)試 39
參考文獻(xiàn) 40
第3章 鉬粉制備研究 42
3.1 鉬酸銨差熱實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 42
3.1.1 鉬酸銨的形貌及物相組成 42
3.1.2 鉬酸銨差熱實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析 43
3.2 一步氫還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 44
3.2.1 二氧化鉬形貌及粒度 45
3.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 47
3.3 二步氫還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 47
3.3.1 鉬粉形貌及性能 48
3.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 51
3.4 篩分對(duì)鉬粉質(zhì)量的影響 53
3.4.1 篩分時(shí)間對(duì)鉬粉物理性能的影響 53
3.4.2 篩分前后鉬粉的微觀形貌 55
參考文獻(xiàn) 57
第4章 純鉬板材單道次熱變形行為 58
4.1 純鉬單道次熱變形行為分析 58
4.2 變形參數(shù)對(duì)流變應(yīng)力的影響 60
4.3 本構(gòu)方程的建立 63
4.3.1 熱變形激活能的確定 63
4.3.2 流變應(yīng)力與Z參數(shù)關(guān)系求解 65
4.3.3 本構(gòu)方程的建立 66
4.4 熱變形加工硬化分析 67
4.5 熱變形后純鉬的組織及性能 70
4.5.1 熱變形后純鉬的組織 70
4.5.2 純鉬熱變形前后的顯微硬度 72
4.6 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶應(yīng)變模型 74
4.6.1 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變 74
4.6.2 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界應(yīng)變模型 78
4.7 熱加工圖 79
4.7.1 基于DMM理論的熱加工圖理論 80
4.7.2 純鉬板坯熱加工圖 81
參考文獻(xiàn) 83
第5章 純鉬板坯雙道次熱變形行為 86
5.1 純鉬雙道次熱變形應(yīng)力應(yīng)變曲線分析 86
5.1.1 應(yīng)變速率及變形溫度對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 86
5.1.2 變形量對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 87
5.1.3 停留時(shí)間對(duì)應(yīng)力應(yīng)變曲線的影響 89
5.2 靜態(tài)再結(jié)晶軟化比計(jì)算 90
5.3 變形量對(duì)雙道次熱變形微觀組織的影響 92
5.4 不同變形溫度下的織構(gòu)演變 95
5.5 晶粒異常長(zhǎng)大 98
5.6 變形條件對(duì)顯微硬度的影響 99
參考文獻(xiàn) 100
第6章 鉬板靶材制備工藝及微觀組織調(diào)控 102
6.1 鉬板靶材的制備 102
6.1.1 燒結(jié)鉬板的制備 102
6.1.2 燒結(jié)鉬板的軋制變形 104
6.1.3 退火對(duì)靶材組織的影響 104
6.2 高純鉬靶材中MoO3的形成機(jī)理分析 106
6.2.1 鉬靶材的微觀組織 106
6.2.2 透射結(jié)果及分析 107
6.2.3 鉬粉及靶材的XPS分析 111
6.2.4 MoO3形成原因分析 113
6.2.5 鉬靶材微觀組織調(diào)控 114
參考文獻(xiàn) 115
第7章 鉬薄膜與基底及薄膜厚度的關(guān)系 117
7.1 單晶硅基底上濺射沉積不同厚度鉬薄膜 118
7.1.1 鉬薄膜的表面形貌分析 118
7.1.2 鉬薄膜的結(jié)晶性能分析 119
7.1.3 鉬薄膜的電學(xué)性能分析 121
7.2 鈣鈉玻璃基底上濺射沉積不同厚度鉬薄膜 122
7.2.1 鉬薄膜的表面形貌分析 122
7.2.2 鉬薄膜的結(jié)晶性能分析 123
7.2.3 鉬薄膜的電學(xué)性能分析 124
7.3 磁控濺射法沉積制備鉬薄膜的截面形貌 125
7.4 單晶硅和鈣鈉玻璃基底上沉積鉬薄膜電學(xué)性能分析 126
參考文獻(xiàn) 127
第8章 單層鉬薄膜的熱處理 128
8.1 不同熱處理方式和溫度制備鉬薄膜 128
8.2 基底加熱對(duì)鉬薄膜的影響 129
8.2.1 基底加熱對(duì)鉬薄膜結(jié)晶性的影響 129
8.2.2 基底加熱對(duì)鉬薄膜應(yīng)力和黏結(jié)性的影響 130
8.2.3 基底加熱對(duì)鉬薄膜表面形貌的影響 133
8.2.4 基底加熱對(duì)鉬薄膜電學(xué)性能的影響 135
8.2.5 基底加熱對(duì)鉬薄膜光學(xué)性能的影響 136
8.3 退火處理對(duì)鉬薄膜的影響 137
8.3.1 退火處理對(duì)鉬薄膜結(jié)晶性的影響 137
8.3.2 退火處理對(duì)鉬薄膜應(yīng)力和黏結(jié)性的影響 138
8.3.3 退火處理對(duì)鉬薄膜表面形貌的影響 139
8.3.4 退火處理對(duì)鉬薄膜電學(xué)性能的影響 141
8.3.5 退火處理對(duì)鉬薄膜光學(xué)性能的影響 142
8.4 基底加熱并退火處理對(duì)鉬薄膜的影響 143
8.4.1 鉬薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 143
8.4.2 鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 144
8.4.3 鉬薄膜的表面形貌 145
8.4.4 鉬薄膜的電學(xué)性能 147
8.4.5 鉬薄膜的光學(xué)性能 149
8.5 不同加熱方式和溫度對(duì)CIGS太陽(yáng)能電池的影響 149
參考文獻(xiàn) 150
第9章 雙層鉬薄膜與濺射模式 152
9.1 雙層鉬薄膜的制備 153
9.2 厚度比對(duì)DC/DC制備雙層鉬薄膜的影響 153
9.2.1 雙層鉬薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 153
9.2.2 雙層鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 155
9.2.3 雙層鉬薄膜的表面形貌 156
9.2.4 雙層鉬薄膜的電學(xué)性能 157
9.2.5 雙層鉬薄膜的光學(xué)性能 158
9.3 厚度比對(duì)RF/DC制備雙層鉬薄膜的影響 159
9.3.1 雙層鉬薄膜的晶體結(jié)構(gòu) 159
9.3.2 雙層鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 161
9.3.3 雙層鉬薄膜的表面形貌 161
9.3.4 雙層鉬薄膜的電學(xué)性能 163
9.3.5 雙層鉬薄膜的光學(xué)性能 164
參考文獻(xiàn) 165
第10章 雙層鉬薄膜與底層氣壓和退火溫度關(guān)系研究 167
10.1 樣品的制備 168
10.2 底層氣壓對(duì)雙層鉬薄膜的影響 168
10.2.1 底層氣壓對(duì)微觀組織的影響 168
10.2.2 底層氣壓對(duì)界面的影響 170
10.2.3 底層氣壓對(duì)應(yīng)力的影響 178
10.2.4 底層氣壓對(duì)表面形貌的調(diào)控 178
10.2.5 底層氣壓對(duì)電學(xué)性能的影響 180
10.2.6 底層氣壓對(duì)光學(xué)性能的影響 181
10.3 退火溫度對(duì)雙層鉬薄膜的影響 182
10.3.1 雙層鉬薄膜的微觀組織 182
10.3.2 雙層鉬薄膜的應(yīng)力和黏結(jié)性 183
10.3.3 雙層鉬薄膜的表面形貌 184
10.3.4 雙層鉬薄膜的電學(xué)性能 185
10.3.5 雙層鉬薄膜的光學(xué)性能 186
參考文獻(xiàn) 188
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鉬靶材及其薄膜制備技術(shù) 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 金屬鉬的基本性質(zhì) 1.1.1 鉬的物理性質(zhì) 鉬是一種稀有難熔金屬材料，呈銀白色，硬而堅(jiān)韌，其原子序數(shù)為42，相對(duì)原子量為95.95，在元素周期表中位于第五周期的ⅥB族，是一種過渡金屬元素，具有兩個(gè)未被電子充滿的外電子層(N和O層)，鉬的自由原子電子層結(jié)構(gòu)為1s22s22p63s23p63d104s24p64d55s1。原子半徑為0.139nm，Mo4+和Mo6+的離子半徑分別為0.068nm和0.065nm。鉬是A2型體心立方結(jié)構(gòu)，空間群為Oh9(1m3m)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。其晶格常數(shù)范圍為3.1467～3.1475，隨著溫度的變化稍有不同。鉬的熔點(diǎn)為2620℃，沸點(diǎn)高達(dá)5560℃，僅次于鎢、碳、錸等元素。鉬在20℃時(shí)的密度為10.22g/cm3，約為鎢的1/2。鉬的線膨脹系數(shù)為5.8×10–6～6.2×10–6，為鋼鐵的1/3～1/2，與SiO2相近，低的線膨脹系數(shù)使得鉬材在高溫下尺寸穩(wěn)定，減少了破裂的危險(xiǎn)。鉬的熱導(dǎo)率是許多高溫合金的數(shù)倍，大約為銅的1/2。鉬的電導(dǎo)率較高，約為銅的1/3，且隨著溫度的升高而下降。鉬有很高的彈性模量，而且受溫度影響較小，在800℃時(shí)仍高于普通鋼在室溫下的數(shù)值[1，2]。鉬的一些物理性質(zhì)見表1.1～表1.7。 表1.1 鉬的主要物理性質(zhì) 表1.2 鉬的同位素及含量 表1.3 鉬原子的電離電位值 表1.4 鉬的蒸發(fā)速度和蒸氣壓 表1.5 液態(tài)鉬的蒸氣壓 表1.6固體鉬的熱力學(xué)性質(zhì) 表1.7 理想單原子氣態(tài)鉬的熱力學(xué)性能 1.1.2 鉬的化學(xué)性質(zhì) 在鉬的化合物中，鉬可以呈+2價(jià)、+3價(jià)、+4價(jià)、+5價(jià)、+6價(jià)。+5價(jià)和+6價(jià)是其*常見的價(jià)態(tài)。與鎢類似，鉬的低氧化態(tài)化合物呈堿性，而高氧化態(tài)化合物呈酸性。鉬的*穩(wěn)定價(jià)態(tài)為+6，次穩(wěn)定的低價(jià)態(tài)為+5價(jià)、+4價(jià)、+3價(jià)和+2價(jià)。在常溫下，鉬在空氣中很穩(wěn)定。但當(dāng)溫度達(dá)到400℃時(shí)開始發(fā)生輕微的氧化，在500～600℃時(shí)，鉬在空氣中的氧化速度迅速增加，生成MoO3。在600～700℃時(shí)，氧化形成的MoO3開始升華。在高于700℃時(shí)，鉬被水蒸氣迅速氧化成二氧化鉬(Mo+2H2O= MoO2+2H2)。 鉬在純氫、氬氣和氦氣中完全穩(wěn)定，一直到它的熔化溫度都不與氫氣發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。但鉬在氫氣中加熱時(shí)，能吸收一部分氫氣生成固溶體。例如在1000℃時(shí)，100g金屬鉬中能溶解0.5cm3的氫。鉬在許多電爐中的應(yīng)用充分證明了這一點(diǎn)。 在二氧化碳、氨和氮?dú)庵校敝良s1100℃，鉬仍具有相當(dāng)?shù)亩栊浴Ｔ诟叩臏囟认拢诎焙偷獨(dú)庵校f的表面可能形成氮化物薄膜。高于1500℃，鉬與氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮化物。從800℃開始，碳、碳?xì)浠衔锖鸵谎趸寂c鉬相互作用生成Mo2C。在高于700℃時(shí)，二氧化碳可以使鉬氧化。 在含硫氣氛中，鉬的行為取決于含硫氣氛的性質(zhì)。在還原氣氛下，甚至在高溫下鉬也能耐硫化氫的侵蝕。這時(shí)候在鉬的表面上會(huì)形成黏附性好的硫化物薄層。但是在氧化性氣氛下，含硫氣氛能迅速腐蝕鉬。硫蒸氣需高于440℃，硫化氫則需高于800℃才能與鉬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成MoS2，含硫氣體在700～800℃也能氧化金屬鉬。 鉬在鹵素中的行為也變化多端。低于500℃時(shí)能耐碘的腐蝕；在500～800℃，鉬與碘開始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；低于450℃時(shí)能耐干燥溴的腐蝕；當(dāng)溫度升到550℃以上時(shí)，鉬可以與干燥溴發(fā)生反應(yīng)；低于230℃時(shí)，鉬對(duì)干燥氯有很強(qiáng)的腐蝕性，當(dāng)溫度達(dá)到250℃時(shí)，鉬與氯開始相互作用。鉬易被濕氯腐蝕，生成MoCl5，該物質(zhì)具有揮發(fā)性。而氟與鉬在室溫下能迅速反應(yīng)，60℃時(shí)可生成具有揮發(fā)性的MoF6，當(dāng)有氧存在時(shí)，可生成Mo2F2或MoF4。當(dāng)有水分存在時(shí)，全部鹵素在室溫下均對(duì)鉬起作用。 硼與鉬在加熱的情況下可以相互作用。硅與鉬在溫度高于1200℃時(shí)，發(fā)生相互作用生成MoSi2，溫度一直升到1500℃時(shí)，MoSi2在空氣中仍非常穩(wěn)定。 鉬的表面狀態(tài)對(duì)其在電化序中的位置起決定作用。經(jīng)在濃鉻酸溶液中鈍化處理后，其電位值為0.66V；而當(dāng)在苛性堿中做陰極處理活化后，電位值為–0.74V。 在室溫下，鉬能抗鹽酸和硫酸的侵蝕。但在80～100℃的溫度下，鉬在鹽酸和硫酸中有一定數(shù)量的溶解。在冷態(tài)下，鉬能緩慢地溶于硝酸和王水中，在高溫時(shí)溶解迅速。氫氟酸本身不腐蝕鉬，但當(dāng)氫氟酸與硝酸混合后，腐蝕相當(dāng)迅速。5體積硝酸、3體積硫酸和2體積水的混合物，是鉬的有效溶劑。鉬在酸性介質(zhì)中的行為還受是否有其他化學(xué)試劑存在的影響。例如，F(xiàn)eCl3可加速鉬在鹽酸中的溶解，F(xiàn)eCl2卻沒有這種作用。因此，在氧化氣氛下，對(duì)有鉬存在的體系中使用含鐵的組分是不當(dāng)?shù)摹?在室溫下，苛性堿的水溶液幾乎不腐蝕鉬，但在熱態(tài)下會(huì)發(fā)生輕微腐蝕。在熔融的苛性堿中情況完全不同，特別是在有氧化劑存在時(shí)，金屬鉬迅速被腐蝕。熔融的氧化性鹽類，如硝酸鉀和碳酸鉀，能強(qiáng)烈侵蝕鉬。 鉬對(duì)許多熔融金屬具有很好的耐蝕性。在高熔點(diǎn)金屬中，鉬對(duì)熔融態(tài)的鉍和鈉的耐蝕性很強(qiáng)。鉬不與汞作用，因此在水銀開關(guān)中得到應(yīng)用。在熔融金屬中，對(duì)鉬腐蝕嚴(yán)重的有錫、銅、鎳、鐵、鈷。鉬對(duì)熔融的鋅具有適度的耐蝕能力，與鎢合金化有助于提高其耐蝕能力。值得一提的是，鉬與許多類型的玻璃、有色金屬爐渣，以及在惰性氣氛下與氧化鉬、氧化鋯、氧化鈹、氧化鎂和氧化釷兼容[1，3，4]。 1.2 鉬的化合物及其性質(zhì) 1.2.1 鉬的氧化物 鉬與氧形成一系列化合物，如MoO3(斜方層狀α相)、MoO2.89(單斜的β相和三斜的ε相)、MoO2.875(單斜的β相)、MO4O11(MoO2.75，單斜的η相)和MoO2(單斜的δ相)，其中*穩(wěn)定且常見的是MoO3和MoO2。MoO3是酸酐，而MoO2是堿性氧化物。與鎢和氧形成的氧化物有些類似，中間氧化物MoO2.89和Mo4O1l，與WO2.90和WO2.72有些相當(dāng)，但MoO2.89和Mo4O11的穩(wěn)定性不如WO2.90和WO2.72，很難制得它們的純樣品。 MoO3和MoO2的某些性質(zhì)見表1.8。MoO3是鉬冶金中*重要的中間體，大多數(shù)鉬的化合物都是直接或間接地以它為原料制得的。它能與強(qiáng)酸，特別是濃硫酸反應(yīng)，形成MoO22+和Mo2O44+復(fù)合陽(yáng)離子，這些離子本身又能形成可溶性鹽。堿的水溶液、堿的熔體和氨能夠與MoO3迅速反應(yīng)，形成鉬酸鹽。將鉬或其化合物進(jìn)行強(qiáng)烈氧化，得到的*終產(chǎn)物總是MoO3。工業(yè)上，在500℃以上的溫度用氫氣還原MoO3，是制取金屬鉬粉的方法。粗MoO3可用在空氣中焙燒輝鉬礦(MoS2)的方法制得。由于MoO3在較低的溫度下即具有顯著的蒸氣壓，可用升華法對(duì)它進(jìn)行凈化。在升華作業(yè)的操作條件下，通常與之共生的雜質(zhì)或不具有揮發(fā)性(如硅酸鹽等)，或不能冷凝而被除去[1]。 表1.8 MoO3與MoO2的某些性質(zhì) 1.2.2 鉬酸及鉬酸鹽 當(dāng)氧化鉬的硝酸溶液蒸發(fā)時(shí)，會(huì)得到白色結(jié)晶粉末鉬酸(H2MoO4)。當(dāng)鉬酸銨溶液用硝酸中和并將溶液自然蒸發(fā)時(shí)，得到水合鉬酸(H2MoO4H2O)。水合鉬酸在溫度低于61℃時(shí)穩(wěn)定，而鉬酸在61～120℃溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。鉬酸在高于120℃時(shí)脫水，生成MoO3。鉬酸微溶于水，但是它能迅速溶于無機(jī)強(qiáng)酸和堿中。隨著溫度的升高，鉬酸在水中的溶解度增加(表1.9)。在酸中鉬酸的溶解度隨酸度的變化而變化，在pH=1～2時(shí)，其溶解度*小，這是溶液中沉鉬的重要理論依據(jù)。 表1.9 鉬酸在水中的溶解度(以MoO3計(jì)) 鉬酸的鹽類稱為鉬酸鹽，而多鉬酸的鹽類稱為多鉬酸鹽。單鉬酸鹽的分子式為M2OMoO3或M2MoO4，式中M2O代表一價(jià)金屬氧化物。在多鉬酸鹽中，n(M2O)：n(MoO3)＜l，其數(shù)值變化范圍相當(dāng)寬。例如，已知的多鉬酸鹽有二鉬酸鹽(M2O2MoO3)、仲鉬酸鹽(3M2O7MoO)、五鉬酸鹽(M2O5MoO3)、八鉬酸鹽(也稱8/3鉬酸鹽，3M2O8MoO33H2O)和四鉬酸鹽(M2O4MoO)等。 當(dāng)堿金屬鉬酸鹽用酸中和，或當(dāng)MoO3溶于鉬酸鹽溶液中時(shí)，會(huì)形成多鉬酸鹽。溶液的pH對(duì)鉬酸根的形態(tài)有很大影響。在pH大于或等于6.5時(shí)，溶液中只有鉬酸根陰離子存在。在pH為2.5～6.5時(shí)，發(fā)生聚合反應(yīng)，生成各種多鉬酸根離子。在溶液的pH小于2.5時(shí)，生成MoO22+或更為復(fù)雜的陽(yáng)離子。在pH低于1時(shí)，陽(yáng)離子是主要的存在形式。堿金屬的單鉬酸鹽在水中的溶解度高，而堿土金屬、鉛、鐵、銅、鋅等的單鉬酸鹽的溶解度低。 以下是常見的單鉬酸鹽和多鉬酸鹽的性質(zhì)。 1)單鉬酸鈉(Na2MoO4) 從n(Na2O)：n(MoO3)大于l的溶液中，可以結(jié)晶出單鉬酸鈉。在10～100℃溫度區(qū)間內(nèi)結(jié)晶的是二水鉬酸鈉(Na2MoO42H2O)，而在低于10℃時(shí)生成的是十水合物。無水Na2MoO4的熔點(diǎn)是627℃，密度為3.28g/m3。Na2MoO4在15℃時(shí)的溶解度為39.27%，在100℃時(shí)的溶解度為45.27%。 2)單鉬酸銨(NH4)2MoO4 單鉬酸銨主要用在化學(xué)和催化劑工業(yè)。將工業(yè)級(jí)或純MoO3溶于氨水，經(jīng)過濾和蒸發(fā)后可制得單鉬酸銨。 3)鉬酸鈣(CaMoO4) 鉬酸鈣在自然界以鉬酸鈣礦的形式存在。鉬酸鈣是白色晶體，向鉬酸鹽水溶液添加氯化鈣可制得鉬酸鈣。鉬酸鈣的密度為3.28g/cm3，在1520℃時(shí)熔化。 4)鉬酸鐵 鉬酸鐵有兩種，一種是三價(jià)鐵的鉬酸鹽Fe(MoO4)3nH2O，另一種是亞鐵鉬酸鹽FeMoO4。在pH約為3.5時(shí)，向鉬酸鹽水溶液添加FeCl3或Fe2(SO4)3，會(huì)沉淀出黃色的Fe(MoO4)3。在更高pH下得到的沉淀物含有Fe(OH)3，呈棕色。在pH低于3.5時(shí)，沉淀物含有鉬酸。當(dāng)加熱至600℃以上時(shí)，F(xiàn)e(MoO4)3分解為Fe2O3和MoO3。FeMoO4不能從鉬酸鹽水溶液中獲得，因?yàn)镕e2+能還原MoO42–。在隔絕空氣下將FeO和MoO3的混合物加熱到500～600℃，可得到FeMoO4。 5)鉬酸鉛(PbMoO4) 鉬酸鉛是一種白色微溶于水的鉬酸鹽，在自然界以鉬酸鉛礦形式產(chǎn)出。它既可以從堿金屬鉬酸鹽的溶液中析出，也可以用將PbO和MoO3的混合物加熱到500～600℃的方法來合成。鑰酸鉛的密度為6.92g/cm3，在1065℃時(shí)熔化。
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