diboruro de molibdeno en polvo es un material cerámico avanzado valorado por su inusual combinación de alta dureza, tenacidad, conductividad térmica y propiedades eléctricas. Esta guía ofrece una visión detallada del polvo de MoB2, que abarca su composición, características, métodos de producción, aplicaciones, especificaciones, precios, proveedores y ventajas e inconvenientes frente a otras alternativas.
Composición y características
El polvo de diboruro de molibdeno es un compuesto cristalino inorgánico de color gris formado por elementos de molibdeno y boro:
| Fórmula química | MoB2 |
|---|---|
| Peso molecular | 195,93 g/mol |
| Composición | 84,5% Molibdeno 15,5% Boro (en peso) |
| Apariencia | Polvo gris |
| Olor | Sin olor |
| Solubilidad | Insoluble en agua |
| Punto de fusión | 2350°C |
Entre sus principales características y propiedades se incluyen:
Dureza: Vickers 29 GPa, superior a la cerámica común
Dureza: Resiste los choques térmicos sin fracturarse
Conductividad térmica: ~110 W/m.K, igual que el cobre metálico
Estabilidad a altas temperaturas: Estable hasta 2800°C en atmósfera inerte
Resistencia a la oxidación: Forma una capa protectora de borosilicato
Conductividad eléctrica: Conductor metálico debido a la unión metal-metal
Lubricidad: Bajo coeficiente de fricción ~0,43 contra el acero
Microporosidad: Presenta pequeños agujeros de 0,5 nm en la estructura reticular
Así pues, el MoB2 ofrece propiedades multifuncionales inusuales prometedoras para aplicaciones exigentes si el coste puede superar las barreras de comercialización.
Métodos de producción
Diboruro de molibdeno en polvo se fabrica mediante procesos de reducción y volatilización:
| Método | Descripción | Tamaño de las partículas | Pureza | Coste |
|---|---|---|---|---|
| Síntesis autopropagada a alta temperatura (SHS) | Reacciones térmicas exotérmicas entre óxidos de molibdeno y boro | De 50 μm a 150 μm | 95% a 99% | $$$ |
| Pulverización catódica por magnetrón | Los vapores de MoB2 se depositan sobre sustratos como recubrimientos | Películas finas 0,1 μm | 99% | $$$$ |
| Deposición de vapor químico (CVD) | Los precursores reaccionan con las superficies calentadas del catalizador | Revestimientos finos | 99.9% | $$$$ |
El método de combustión SHS permite producir polvo relativamente asequible a escala micrométrica, adecuado para aplicaciones de prensado y sinterización a granel. El CVD y la pulverización catódica son procesos de precisión para depositar películas finas de MoB2 de mayor pureza, esenciales para la electrónica, pero sus elevados precios restringen los usos.
La investigación en curso busca procesos más escalables y rentables para la fabricación a granel. En las siguientes secciones se destacan las aplicaciones actuales y potenciales que se benefician del MoB2 frente a otros materiales alternativos.
Aplicaciones y usos
Las excepcionales propiedades del diboruro de molibdeno lo hacen adecuado para una gran variedad de situaciones de alto rendimiento:
Electrónica
- Conductores de molibdeno en transistores y dispositivos
- Metalizaciones resistentes a la corrosión
Revestimientos
- Capas duras protectoras en herramientas y troqueles
- Películas lubricantes secas
Nuclear
- Estructuras de núcleo resistentes a la radiación
Compuestos cerámicos
- Refuerzos para insertos de corte
- Electrodos de alta temperatura
Aeroespacial
- Bordes de ataque en vehículos hipersónicos
- Materiales compuestos resistentes a la oxidación
Aunque todavía es un material emergente, el MoB2 muestra potencial a largo plazo para desplazar a las alternativas establecidas en todos los sectores, dadas sus capacidades únicas.
Especificaciones y grados
El polvo de diboruro de molibdeno para usos comerciales y de investigación está disponible en función de los requisitos de la aplicación:
| Parámetro | Valores |
|---|---|
| Tamaño de las partículas | 1 μm a 150 μm |
| Grados de pureza | 95% a 99,5% |
| Superficie | 2 m2/g a 6 m2/g |
| Morfología | Esférico, escamas |
| Fases | α-MoB2 , β-MoB2 |
| Dispersión | Monocristales, agregados |
| Dopantes | Si, C, Ti, Ta |
Tamaño de las partículas La selección afecta a la sinterización y a la densificación de la pieza acabada. Es preferible que sea más pequeño, pero su disponibilidad es limitada debido a las dificultades de fabricación.
Nivel de pureza dependen de los umbrales de contaminación aceptables de otros boruros de metales de transición.
Superficie se refiere a la reactividad de las partículas durante la composición: los valores más altos permiten una mejor mezcla y sinterización.
Varios proveedores intermedios ofrecen la personalización de los parámetros del polvo mencionados para satisfacer las necesidades de procesamiento del cliente en metales, cerámica y revestimientos.
Precios y disponibilidad
El diboruro de molibdeno sigue siendo un material avanzado de nicho dada la complejidad de su producción y los precios correspondientes:
| Forma del producto | Cantidad | Precios |
|---|---|---|
| Polvo de MoB2 para investigación | De 5 gramos a 50 gramos | $200 por gramo |
| Polvo de MoB2 a granel | 1 Kg | $5000+ por Kg |
| Blanco de MoB2 | Diámetro de 1 a 5 pulgadas | $3000+ por pulgada cuadrada |
| Recubrimientos CVD MoB2 | 0,1 mil de grosor | $500+ por pulgada cuadrada |
Los precios tienden a aumentar significativamente para las cantidades inferiores a 100 gramos y por encima de los umbrales de pureza 99%.
Muy pocos proveedores comerciales especializados ofrecen a nivel mundial pequeñas muestras de prueba para la evaluación de productos, con el apoyo de rutas de síntesis académicas.
La fabricación por contrato de composiciones personalizadas adaptadas a las aplicaciones es posible, pero implica unos valores mínimos de pedido elevados y unos plazos de entrega de entre 5 y 8 semanas para el procesamiento especializado.
Comparación de Diboruro de molibdeno en polvo vs Alternativas
El diboruro de molibdeno compite con otras formas de materiales cerámicos, metálicos y compuestos en situaciones de alto rendimiento:
| Material | Dureza | Conductividad térmica | **Punto de fusión | Conductividad eléctrica | **Resistencia a la oxidación | Coste relativo |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Diboruro de molibdeno | Extremo | Excelente | Muy alta | Alta | Bien | $$$$ |
| Diboruro de wolframio | Comparable | Bien | Más alto | Baja | Comparable | $$ |
| Oxinitruro de aluminio | Muy buena | Bien | Excelente | Aislador | Excelente | $ |
| Carburo de cromo | Bien | Feria | Alta | Baja | Feria | $ |
| Cobre | Suave | Excelente | Bajo | Mejor | Pobre | $ |
| Acero inoxidable | Medio | Medio | Medio | Medio | Aceptable | $ |
Principales ventajas de MoB2
- Combinación inigualable de dureza y conductividad
- Puede sustituir varios componentes materiales en uno solo
- Permite nuevas aplicaciones antes inviables
- Peso más ligero que los metales densos puros
Limitaciones de MoB2
- Muy caro en comparación con las alternativas establecidas
- Difícil de fabricar a escala comercial
- Requisitos de tratamiento sensibles
- Cadena de suministro comercial limitada en la actualidad
Las capacidades multifísicas únicas de los polvos de diboruro de molibdeno justifican aplicaciones nicho capaces de absorber inicialmente costes más elevados.
Direcciones para el desarrollo de la investigación
Las iniciativas actuales para mejorar el polvo de diboruro de molibdeno incluyen:
Fabricación
- Procesos mejorados con plasma de microondas
- Reacciones de combustión de menor energía
- Reciclado de flujos de residuos que contienen molibdeno
Propiedades
- Dopantes ternarios y cuaternarios que alteran el rendimiento eléctrico, térmico y óptico
- Ingeniería de límites de grano para coeficientes de dilatación a medida
- Mejoras de la tensión residual que minimizan las grietas
Aplicaciones
- Integración de electrodos para la gestión térmica de la electrónica
- Revestimientos por pulverización térmica a medida
- Demostradores de materiales compuestos resistentes a la radiación nuclear
Comercialización
- Desarrollo del ecosistema de suministro con productores cualificados
- Conectar a los propietarios de los problemas de la industria con los investigadores académicos
- Publicación de herramientas informáticas para simular espectáculos
Preguntas más frecuentes
P: ¿Se degrada el polvo de diboruro de molibdeno con el tiempo?
R: El polvo de MoB2, almacenado adecuadamente en recipientes herméticos y en atmósfera inerte, permanece estable durante más de 3 años, con problemas insignificantes de oxidación o hidratación. El almacenamiento al vacío prolonga aún más la vida útil.
P: ¿Qué hace que el diboruro de molibdeno sea tan caro hoy en día?
R: Se necesitan temperaturas de procesamiento muy elevadas, superiores a 2.000 °C, junto con materiales precursores poco comunes, como el trióxido de molibdeno y el ácido bórico. La limitada demanda del mercado también restringe la inversión en la producción a gran escala.
P: ¿Se puede imprimir MoB2 en 3D?
R: Las colaboraciones de investigación están desarrollando filamentos extrudibles personalizados que aprovechan las propiedades del MoB2 para dispositivos electrónicos y de gestión térmica impresos. Pero la impresión comercial en 3D sigue estando restringida a geometrías de muestra sencillas.
P: ¿Se ve afectado el diboruro de molibdeno por la radiación de neutrones?
R: Se ha demostrado una extraordinaria estabilidad dimensional bajo el intenso flujo de neutrones que se espera en los entornos de las centrales nucleares de nueva generación.
P: ¿Qué sectores presentan el mayor potencial de adopción de MoB2?
R: Los sectores aeroespacial, de gestión térmica de la electrónica y de energía nuclear avanzada muestran la tracción más inmediata a nivel de sistema, reconociendo los beneficios frente a las limitaciones existentes.
Conclusión
Con una dureza, conducción térmica y propiedades eléctricas excepcionales, junto con una resistencia a la oxidación a altas temperaturas, la cerámica de diboruro de molibdeno crea potenciales de rendimiento multifuncionales para situaciones de ingeniería extremas. Aunque los volúmenes actuales de producción de polvo siguen siendo bajos, la adopción temprana por parte de la industria aeroespacial y electrónica está despertando un interés y unas aplicaciones que se encuentran en una posición única para aprovechar la inusual combinación de capacidades del MoB2 en comparación con los materiales monolíticos tradicionales. Las continuas mejoras de los procesos, que previsiblemente reducirán aún más los costes, podrían hacer que las soluciones de diboruro de molibdeno se extendieran rápidamente a más sectores industriales en la próxima década.