モリブデン電極の寿命に影響する要因
ガラス産業はエネルギー消費量の多い伝統産業である。化石エネルギーの価格高騰と環境保護要求の向上に伴い、溶融技術は従来の火炎加熱技術から電気溶融技術へと変化してきた。電極はガラス液と直接接触し、ガラス液に電気エネルギーを渡す素子で、ガラス電融の重要な設備である。
モリブデン電極は、高温強度、耐食性に優れ、ガラスの着色が難しいことから、ガラス電融には欠かせない電極材料である。電極の寿命は、窯齢と同等かそれ以上の長寿命が望まれるが、実際の使用中に電極が破損することも多い。ガラス電融におけるモリブデン電極の耐用年数に影響を与える様々な要因を十分に理解することは、実用上大きな意義がある。
モリブデン電極の酸化
モリブデン電極は高温に強いという特徴があるが、高温では酸素と反応する。温度が400 ℃に達すると、モリブデンは酸化モリブデン(MoO)と二硫化モリブデン(MoO2)を形成し始め、これらはモリブデン電極の表面に付着して酸化物層を形成し、モリブデン電極のさらなる酸化を組織化する。温度が500℃～700℃に達すると、モリブデンは三酸化モリブデン（MoO3）に酸化し始めます。MoO3は揮発性のガスで、元の酸化物の保護層を破壊するため、モリブデン電極によって露出された新しい表面は酸化を続けてMoO3を形成する。このような酸化と揮発の繰り返しにより、モリブデン電極は完全に損傷するまで継続的に侵食される。
モリブデン電極とガラス中の成分との反応
モリブデン電極は、ガラス成分中の成分や不純物と高温で反応し、電極を著しく侵食します。例えば、清澄剤としてAs2O3、Sb2O3、Na2SO4を含むガラス溶液は、モリブデン電極の侵食にとって非常に深刻であり、MoOやMoS2に酸化されます。
ガラス電融における電気化学反応
電気化学反応は、モリブデン電極と溶融ガラスの接触界面であるガラス電融部で起こる。交流電源の正の半サイクルでは、負の酸素イオンが正の電極に移動して電子を放出し、酸素が放出されてモリブデン電極が酸化される。交流電源の負の半サイクルでは、ガラス溶融陽イオン（ホウ素など）の一部が負電極に移動し、モリブデン電極化合物が生成されます。
温度と電流密度
モリブデン電極の侵食速度は、温度の上昇とともに増加する。ガラス組成とプロセス温度が安定している場合、電流密度が電極の腐食速度を制御する要因となる。モリブデン電極の最大許容電流密度は2～3A/cm2に達するが、大電流を流すと電極の侵食が大きくなる。
まとめ
モリブデン電極の寿命に影響を与える要因について、より理解を深めていただければ幸いです。モリブデン合金についてさらに詳しくお知りになりたい方は、スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ （SAM）をご覧ください。
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