[科普中国]-碳化钼

碳化钼（Molybdenum Carbide），化学式为MoC，分子量为107.95。

具有较高熔点和硬度、良好热稳定性和机械稳定性和很好抗腐蚀性等特点。

物化性质碳化钼（Molybdenum Carbide）为灰色六方晶体。具有较高熔点和硬度、良好热稳定性和机械稳定性和很好抗腐蚀性等特点。熔点为2692℃。不溶于水和碱液，微溶于硝酸、硫酸和氢氟酸。

碳化钼主要催化反应类型：

1、加氢氢解反应；

2、加氢脱硫HDS和加氢脱氮HDN反应；

3、异构化反应；

4、烃类转化与合成反应；

5、氨合成中的应用。1

生产工艺制备原理：Mo+C→MoC

二种元素直接化合或由钼的氧化物、钼酸盐在还原气氛下于800℃左右时反应制备。2

应用领域从全球的消费结构看，钼确实称得上是铁的同盟军。西方发达国家对钼的需求80%源于钢铁，不锈钢吸纳30%的钼，低合金钢吸纳30%，钻探刀头和切削刀具占10%，铸钢占10%。另外20%的钼消费在钼化学制品、钼基润滑剂和石油精炼等方面。颇为典型的美国1998年在钢铁生产中钼的消费比例是75%。

此外以钼为基的合金在电子、金属加工及航天工业中也得到日益广泛的应用。

1．钼合金

TZM合金具有优异的高强度及综合性能，是应用最广泛的钼合金。美国用TZM合金制作发动机的涡轮盘，其用钼量占钼总用量的15%。我国生产包括TZM钼合金在内的钼材已不下于22个牌号，20世纪90年代初我国钼及钼制品的产量已近200吨。

TZM和TZC钼合金的高机械性能比纯钼好，广泛用于制造高工、模具及各种结构件。我国早在20世纪年代即已成功地将它们制成各种无缝钢管的热穿孔顶头。此种用粉冶技术制造的烧结钼顶头减少了原料消耗（为铸态的50%），平均使用寿命提高1.5～2倍。

钼铼合金（含50%Re）制成的无缝管高性能优良，可在接近其熔点的度下使用，用作热电偶套管和电子管阴极的支架、环、栅极等零件。

钼及钼合金除具有高强度，良好的导电、导热和低的热膨胀系数（与电子管用玻璃相近）外，还拥有较钨易于加工的优势，因此用常规加工方法生产的板、带、箔、管、棒、线和型材等在电子管（栅极和阳极）、电光源（支撑材料）零件，金属加工工具（压铸和挤压模、锻模、穿孔顶头、液态金属滤筛）及涡轮盘等部件中得到广泛应用。

2．钢的合金元素

钼作为钢材的盟友，和镍、铬一起作为合金元素能够减少合金钢在热处理时经常发生的脆变。在高速钢中用钼代替钨在解决钨资源不足方面，美国走在了前面。据计算，钼具有两倍于钨的“能力”。这样一来含钨18%的钢可由含钼9%的钢代替（同时加入铬与钒），大大降低了钢的生产成本。钼在不锈钢内的作用是提高耐蚀性、增加高强度及改善可焊性。可见钼在钢铁工业中有着非同凡响的作用。

3．其他应用

钼在真空炉工作的度和压力下，具有极低的蒸气压。因此钼零件对炉内工件或工作物质的污染最少，并且蒸发损失肯定不会制约诸如加热元件和隔热包封等钼质高零件的使用寿命。

在制造玻璃制品方面钼的高强度使它成为快速加热期间最为理想的电极与处理和加工设备。钼与大多数玻璃组分在化学上是相容的，更不会由于小量钼溶解在玻璃熔槽内而造成有害的发色效应。作为玻璃熔炼炉中的加热电极，其寿命可长达3～5年。

4．新兴应用

解决钼的低延性和高氧化问题的主要途径就是开发一种以二硅化钼（MoSi2）为基的先进复合材料。

钼与氧接触形成的Mo02在800℃升华，冷凝时得到一种黄白色的翳状物，给发挥钼在高强度和抗蠕变性能上的优势造成了严重的工程问题。为此采用了有自愈能力的富硅涂层，然而这种涂层抗热循环效应的能力极差。而以二硅化钼作基体的复合材料Mo-Si-B的高强度和抗氧化能力很好，但延性差，仅限生产小批量商用产品。为解决延性问题，确定了这种钼—硅—硼系复合材料的组成范围，使之除抗氧化性能奇佳外，高机械性能与TZM合金相当。该复合材以Mo5SiB（T2）为基体相，以金属钼为第二相。金属相提高了复合材料的延性，基体相可形成自愈性的氧化皮。制成的同时加入钛的Mo-6Ti-2.2Si-1.1B复合材料在1370℃下暴露在空气中2小时，肉眼几乎看不到变化，较之TZM还要优越。这是钼基合金一项了不起的成就。

钼的第二项新成就是作充填药弹头的内衬（军事上叫药型罩），这种弹头在军事和工业应用中可穿透和切削很深的深度。在这类装置内，内衬周围的药以可控的方式起爆，使内衬以一种非常奇特的方式变形。变形使内衬材料产生有极高速度、极大张力的棒状碎片（喷射器）可深深地穿入靶材或目标。

衬钼药药型罩的开发是一个崭新的研究领域。传统弹头药型内衬材料是铜，但钼的声速为5.12千米/秒（铜为3.94千米/秒）、密度10.2克/厘米3（铜为8.93克/厘米3）。为获得高速相干喷射，尖头必须要有高的声速。使用钼的药型设计可使喷射尖头的速度大于12千米/秒，而使用铜速度尚不足10千米/秒。两者速度相差20%～25%，其原因就在于高声速使尖头的能量增加，从而导致穿透力提高。最新的药药型罩以锥形和嗽叭型为好。用钼代铜将是军械上的一项重要改革。

钼的第三项新成就是制造平板型显示设备。在电子行业，平板型显示设备仍然使用有源矩阵液晶显示（LCD）技术。但LCD正与处于不同开发阶段的场发射显示（FED）、电致发光显示（EL）、等离子体显示面板（PDP）、阴极射线发光显示（CRT）及真空荧光显示（VFD））进行着全方位的激烈竞争。在这项显示工艺中，显示借两块被真空隔离的玻璃薄片实现。背面的玻璃当作阴极，在这片玻璃上以场发射极阵列的形式分布着5亿个以上的发射极尖端，发射极间的间隔比电视屏幕上的象素小得多。发射极尖端即由钼制造，它们在显示时既可单独控制亦可分组控制。鉴于它们的视角宽，响应时间快，有宽的度范围公差，特别是功耗低，与要求清晰、明亮、可移动、耐用的潮流一起，成为发展乎板显示工艺的主要推动力。显示市场有高达100亿美元以上的市场。平板显示工艺用电子束蒸发将钼沉积在发射极尖端上，其用量虽少，但对发展大屏幕、高清晰度电视却有着不可限量的前程。1

碳化钼研究中的一些问题（1）制备方法中的问题

程序升温的“局部规整反应”是合成高比表面积氮化钼和碳化钼的有效方法，利用这种方法成功地合成了粉末状催化剂和担载型催化剂。但是合成温度要求比较高，大规模合成催化剂过程中的传质、传热问题仍然需要探索。氮化钼和碳化钼催化剂的结构敏感性，决定了必须合成出结构稳定和活性高的催化剂。双金属催化剂的合成问题更需要深入研究。另外，碳化物催化剂的表面积炭堵塞孔道使表面积减小、催化剂活性降低的问题虽早有认识，但仍未解决。同时更简易的便于工业化规模的制备方法仍需探索。

（2）反应机理的研究问题

对于碳化物的加氢脱氮和脱硫的反应机理研究得较少。对于碳化钼这类结构敏感的催化材料，理解其表面反应机理是很有必要的，如反应物分子的吸附、活化特性等.对HDS和HDN的研究主要集中于简单的模型化合物，如噻吩、苯并噻吩、吡啶和喹啉等，有必要利用工业原料(馏分油)来考察它们的催化活性。由此可见，关于催化剂活性和选择性的研究仍有很大潜力。

（3）助剂的研究问题

镍、钴和磷对硫化钼催化剂的助催化作用是很明显的。氮化钼和碳化钼尽管在电子特性、晶体结构和多孔型微粒晶相特征等方面明显不同于硫化钼，但是人们一直期望镍、钴和磷对氮化钼和碳化钼有助催化作用。

（4）加氢精制过程中的问题

碳化物和氮化物在热力学上很容易被硫化，研究发现，当原料中的硫含量高时，表面层氮化钼会被硫化，催化活性受到影响。1

计算化学数据1、疏水参数计算参考值（XlogP）：无

2、氢键供体数量：0

3、氢键受体数量：0

4、可旋转化学键数量：0

5、互变异构体数量：无

6、拓扑分子极性表面积：0

7、重原子数量：2

8、表面电荷：0

9、复杂度：0

10、同位素原子数量：0

11、确定原子立构中心数量：0

12、不确定原子立构中心数量：0

13、确定化学键立构中心数量：0

14、不确定化学键立构中心数量：0

15、共价键单元数量：22

相关拓展钼是一种银白色的难熔金属，熔点为2615℃，密度为10.2克/厘米，膨胀系数小，几乎与电子管的特殊玻璃的膨胀系数相同。钼在常温下稳定，高于600℃时会迅速氧化。与碳、碳氢化合物或一氧化碳在高于800℃时反应生成碳化钼。

碳化二钼分子式为Mo2C，分子量为203.88，含碳5.89% ，为深灰色金属状粉末，其结晶为密排六方晶格。密度为9.18g/cm，熔点为2690℃。作为一类具有很高熔点和硬度、良好热稳定性和机械稳定性、很好抗腐蚀特性的新型功能材料，已广泛用于各种耐高温、耐磨擦和耐化学腐蚀等领域。具有类似贵金属的电子结构和催化特性,可广泛用于有氢参与的反应如烷烃异构化、不饱和烃加氢、加氢脱硫和脱氮等反应的催化剂。硬度高，耐磨损，抗擦伤。是钼-碳化钼硬质涂层和其它金属陶瓷涂层的重要组分，亦可单独用作耐磨损、抗擦伤涂层。

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学