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Werkstoff Molybdän – Eigenschaften und Besonderheiten

Mechanische und thermische Kennwerte

Sprödigkeit und Duktil-Spröd-Übergang

Molybdän ist bei Raumtemperatur spröder als Wolfram – aber deutlich weniger spröde als Wolfram selbst. Der Duktil-Spröd-Übergang (DBTT) liegt je nach Verarbeitungszustand bei ca. -20°C bis +100°C. Dünne Bleche (< 1 mm) sind bei Raumtemperatur in der Regel noch biegbar, dickere Bleche reagieren auf scharfe Biegungen mit Rissbildung. Für Umformoperationen an dickeren Blechen wird Vorwärmen auf 150–300°C empfohlen.

Oxidationsverhalten – kritisch über 400°C

Dies ist die wichtigste Einschränkung von Molybdän: Ab ca. 400°C beginnt Molybdän in Luft zu oxidieren, ab ca. 600°C bildet sich flüchtiges MoO₃ (Molybdentrioxid), das als weißer Rauch abgeht. Der Betrieb bei hohen Temperaturen ist daher ausschließlich im Vakuum, in Schutzgasatmosphäre (Ar, H₂, N₂) oder in reduzierender Umgebung möglich. Anwendungen in Luft sind bis ca. 350–400°C ohne Schutz akzeptabel.

Dickenspektrum 0,1 bis 10 mm – Anwendungen je Stärke

Dünne Folien 0,1–0,5 mm

Die dünnsten Varianten sind hauchdünne Folien, die überwiegend in der Elektronikindustrie eingesetzt werden. Molybdänfolie wird als Gate-Elektrode in Dünnschichttransistoren (TFT), als Rückseiten-Kontaktschicht in CIGS-Dünnschichtsolarzellen und als Diffusionsbarriere in Halbleiterbauteilen verwendet. Der niedrige Wärmeausdehnungskoeffizient verhindert dabei thermische Spannungen an Grenzflächen.

Standardbleche 0,5–3 mm – Hitzeschilde und Elektroden

Im mittleren Dickenbereich sind Molybdänbleche das Standardmaterial für Hochtemperaturanwendungen in Vakuumanlagen. Als Wärmereflektoren und Hitzeschilde in Vakuumglühöfen erreichen Molybdän-Reflektoren Betriebstemperaturen bis über 1800°C – weit jenseits der Möglichkeiten von Edelstahl oder Inconel®. Auch als Elektroden in Hochtemperatur-Plasmaprozessen und als Heizerplatten in Sinteranlagen sind diese Dicken der Standard.

Dicke Platten 3–10 mm – Sputtertargets und Strahlungsabschirmung

Dicke Molybdänplatten werden als Sputtertargets in PVD-Beschichtungsanlagen der Halbleiterindustrie eingesetzt, wo hochreine Molybdänschichten auf Substrate aufgebracht werden. Außerdem dienen massive Platten als Strahlenabschirmung für Röntgen- und Gammastrahlung, als Gegengewichte in Präzisionsmechanik und als Substratteller in Hochtemperatur-Messaufbauten.

Anwendungsgebiete im Detail

Vakuumtechnik und Hochtemperaturöfen

Das wichtigste Einsatzgebiet von Molybdänblech ist die Vakuumhochtemperaturtechnik. In Vakuumglühöfen, Sinteröfen, Kristallzüchtungsanlagen und Elektronenstrahl-Schmelzanlagen sind Molybdänbleche als Hitzeschilde, Heizplatten, Wärmereflektoren und Tiegelstützungen unverzichtbar. Der niedrige Dampfdruck stellt sicher, dass kein Material bei den Betriebstemperaturen verdampft und die Vakuumqualität beeinträchtigt.

Halbleiter und Dünnschichttechnologie

• Sputtertargets: Molybdänplatten als Verdampfungsquelle für Mo-Schichten in Halbleitern, CIGS-Solarzellen und Flachbildschirmen (TFT-Elektroden)

• Diffusionsbarrieren: dünne Molybdänschichten verhindern die Diffusion von Kontaktmaterialien in das Halbleitersubstrat

• Kontaktelektroden: Molybdän hat eine gute Haftung auf Silizium und einen passenden Wärmeausdehnungskoeffizienten

Glasschmelz- und Gläserindustrie

Molybdän ist das Standardelektrodenmaterial für elektrische Glasschmelzanlagen. Im flüssigen Glas (900–1300°C) ist Molybdän im Gegensatz zu den meisten anderen Metallen nicht reaktiv und nicht löslich. Molybdänblech wird für Elektroden, Tiegel und Verteilerplatten in diesen Anlagen verwendet.

Medizintechnik – Röntgentechnik

In Röntgenröhren dient Molybdän als Anodenmaterial, da es bei Elektronenbeschuss charakteristische Röntgenstrahlung im für die Mammographie optimalen Energiebereich (17–20 keV) emittiert. Molybdänbleche werden darüber hinaus als Kollimatoren und Strahlungsfilter in medizinischen Bildgebungsgeräten eingesetzt.

Verarbeitung – Schneiden, Biegen, Schweissen

Schneiden und Zuschnitt

• Guillotinenschnitt: möglich bis ca. 3 mm Dicke bei Raumtemperatur; Toleranz bei Evek ±2 mm; Schnittkanten anschließend entgraten.

• Drahterosion (EDM): bestes Verfahren für enge Toleranzen und komplexe Konturen; keine mechanische Beanspruchung.

• Diamanttrennscheibe: für dickere Platten über 3 mm; langsamer Vorschub; Kühlmittel verwenden.

• Wasserstrahl: gut geeignet; keine Wärmebeeinflussung; für empfindliche Dünnfolien jedoch zu riskant.

Biegen

• Dünne Bleche < 1 mm: bei Raumtemperatur biegbar; Mindestbiegeradius ≥2×t; keine scharfen Kanten.

• Bleche 1–3 mm: Vorwärmen auf 150–300°C empfohlen; Rissrisiko bei Kaltbiegen.

• Bleche über 3 mm: Warmumformung bei über 400°C; im Schutzgas arbeiten, da Molybdän ab 400°C in Luft oxidiert.

Schweissen

Molybdän lässt sich schweißen, ist dabei aber empfindlich. Die Wärmeeinflusszone wird durch den Schweissvorgang verspödet, was zu Rissen bei mechanischer Belastung führen kann.

• Verfahren: Elektronenstrahlschweißen im Vakuum ist die beste Methode; alternativ WIG mit Argon-Schutzgas.

• Vorwärmen: auf 300–400°C vor dem Schweißen; reduziert Sprödigkeit in der Wärmeeinflusszone.

• Nachbehandlung: Spannungsarmglühen bei 900°C im Vakuum oder H₂; verbessert Zähigkeit der Naht.

• Alternative: mechanisches Fügen (Schrauben, Nieten, Klemmen) vermeidet Schweißprobleme vollständig.

Molybdänblech kaufen bei Evek

Das  Molybdän Blech Molybdenum) ist bei Evek als Guillotinenzuschnitt im Formatbereich 100×100 bis 1000×1000 mm lieferbar. Bitte beachten Sie die Schnitttoleranz von ±2 mm. Die tagesaktuellen Preise werden nach dem Molybdän-Marktpreis kalkuliert und sind direkt auf der Produktseite im Evek-Shop einsehbar. Für Sonderdicken, engere Toleranzen, Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 Typ 3.1 oder Beratung zur richtigen Dicke für Ihre Anwendung steht das Evek-Vertriebsteam gerne zur Verfügung.

Fazit

Molybdänblech ist das Material der Wahl für alle Hochtemperaturanwendungen im Vakuum oder Schutzgas sowie für Dünnschichttechnologie und Glasschmelztechnik. Die wichtigsten Punkte beim Einsatz: Betrieb über 400°C nur im Vakuum oder Schutzgas, Biegen dünner Bleche bei Raumtemperatur möglich, dickere Platten unbedingt vorwärmen, beim Schweißen Elektronenstrahl oder WIG mit vollständigem Gasschutz bevorzugen. Das  Molybdän Blech Molybdenum bei Evek deckt mit seinem Dickenspektrum von Dünnfolie bis massiver Platte nahezu jede Anforderung ab.