هل التنغستن كربيد شبكة صلبة؟

قائمة المحتوى

● ما الذي يحدد شبكة صلبة؟

>> الخصائص الرئيسية للمواد الصلبة للشبكة

● الهيكل الذري لكربريد التنغستن

>> 1. هيكل سداسي (α-WC)

>> 2. هيكل مكعب (β-WC)

>> خصائص الترابط: التساهمية مقابل المعادن

● الخصائص الفيزيائية والكيميائية

>> الاستقرار الحراري والكيميائي

● التوليف والتصنيع

>> 1. إنتاج المسحوق

>> 2. تلبيد

● التطبيقات الاستفادة من بنية الشبكة

>> 1. أدوات القطع والحفر

>> 2. الطلاء المقاومة للارتداء

>> 3. مكونات درجات الحرارة العالية

>> 4. المنتجات الاستهلاكية

● التحليل المقارن: WC مقابل المواد الصلبة الشبكة الأخرى

>> أوجه التشابه

>> الاختلافات

● خاتمة

● التعليمات

>> 1. هل التنغستن كربيد سيراميك أم معدن؟

>> 2. لماذا يقوم كربيد التنغستن بإجراء الكهرباء على الرغم من كونه شبكة صلبة؟

>> 3. كيف تقارن صلابة التنغستن كربيد مع الماس؟

>> 4. ما هي الصناعات التي تعتمد أكثر على كربيد التنغستن؟

>> 5. كيف يتم تصنيع كربيد التنغستن؟

● الاستشهادات:

Tungsten Carbide (WC) هو مجمع سيراميك يشتهر بصلصه غير العادية ، ونقطة انصهار عالية ، وتنوع الصناعي. أثارت بنيةها الذرية الفريدة وخصائص الترابط مناقشات حول تصنيفها على أنها شبكة صلبة. تستكشف هذه المقالة خصائصها الهيكلية ، وتقارنها بالمواد الصلبة الشبكية الكلاسيكية مثل Diamond ، وتدرس أساليب التوليف ، وتتناول الأسئلة الشائعة حول سلوكها وتطبيقاتها.

ما الذي يحدد شبكة صلبة؟

المواد الصلبة الشبكية ، التي تسمى أيضًا المواد الصلبة للشبكة التساهمية ، هي مواد حيث تكون الذرات مترابطة بالروابط التساهمية في شعرية ثلاثية الأبعاد مستمرة. تفتقر هذه الهياكل إلى جزيئات منفصلة وتظهر نقاط انصهار عالية ، وص صلابة ، وسوء الموصلية الكهربائية بسبب الإلكترونات المحلية. تشمل الأمثلة الكلاسيكية:

- الماس: شعرية الكربون رباعي السطوح (الشكل 1A).

- الكوارتز (SIO₂): إطار من رباعي السليكون-الأكسجين.

- كربيد السيليكون (كذا): بنية تشبه الماس مع ذرات السيليكون والكربون بالتناوب.

الخصائص الرئيسية للمواد الصلبة للشبكة

- نقاط انصهار عالية (على سبيل المثال ، الماس البخاري عند 3500 درجة مئوية).

- صلابة استثنائية بسبب الروابط التساهمية الصلبة.

- الموصلية الكهربائية المنخفضة (باستثناء الجرافيت ، الذي قام بإلغاء الإلكترونات).

- الطبيعة الهشة مع الحد الأدنى من تشوه البلاستيك تحت الضغط.

الهيكل الذري لكربريد التنغستن

يتبلور كربيد التنغستن في شكلين أساسيين ، مع أنماط ترابط مميزة:

1. هيكل سداسي (α-WC)

تعتمد المرحلة α-phase المستقرة الحرارية على شبكة سداسية بسيطة (الشكل 1 ب):

- ذرات التنغستن تشكل طبقات معبأة.

- تحتل ذرات الكربون 50 ٪ من الفواصل المنشورية الثلاثية ، مما يخلق نسبة WC من 1: 1.

- كل روابط ذرة التنغستن تساهميًا إلى ستة جيران من الكربون (طول الرابطة: 220 مساءً).

يشبه هذا الترتيب شبكة تساهمية ثلاثية الأبعاد ، مثل الماس ولكن مع طبقات المعادن الكربونية بالتناوب.

2. هيكل مكعب (β-WC)

تحتوي المرحلة β-phase القابلة للتشويش على هيكل ملح صخري (NACL):

- تحتل ذرات التنغستن والكربون مواقف مكعبة تركز على الوجه.

- تتشكل هذه المرحلة أعلى من 2500 درجة مئوية ولكنها تتحول بسرعة إلى α-WC عند التبريد.

خصائص الترابط: التساهمية مقابل المعادن

بينما تهيمن الروابط التساهمية في α-WC ، تظهر سمات معدنية خفية:

- إزالة الإلكترون الجزئي: يسمح المداخن D المتداخلة من التنغستن بحركة إلكترون محدودة ، مما يؤدي إلى مقاومة كهربائية (~ 0.2 μΩ · م) أقرب إلى المعادن من السيراميك.

- ليونة في المركبات: WC النقي هش ، ولكن إضافة كوبالت (CO) تتيح تشوه البلاستيك تحت الضغط.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

يعرض كربيد التنغستن مزيجًا من الخصائص السيراميكية والمعدنية: الفولاذ

الممتلكات	في الربشة	الماسي	(AISI 1045)
صلابة (موس)	9.0-9.5	10	4-4.5
نقطة الانصهار (درجة مئوية)	2،870	3500 (Sublimes)	1،425-1،520
المقاومة الكهربائية (μΩ · م)	0.2	~ 10⊃1 ؛ ⊃2 ؛	0.15
الموصلية الحرارية (ث/م · ك)	110	900-2300	50
قوة الضغط (GPA)	6.76	110	0.25-0.35

الاستقرار الحراري والكيميائي

- مقاومة الأكسدة: مستقر في الهواء حتى 500-600 درجة مئوية ؛ أشكال Wo₃ و Co₂ فوق 600 درجة مئوية.

- مقاومة الحمض: خامل لأحماض الهيدروكلوريك والكبريتيك ولكن يذوب في خلطات HF/HNO₃.

التوليف والتصنيع

يتم تصنيع كربيد التنغستن على مرحلتين:

1. إنتاج المسحوق

- المكربن ​​المباشر: يتفاعل مسحوق التنغستن مع أسود الكربون في 1،400-2000 درجة مئوية:

W+CΔWC

-طرق الطور الغاز: ترسيب البخار الكيميائي (CVD) يخلق مساحيق WC فائقة الدقة للطلاء.

2. تلبيد

يتم خلط المساحيق مع الكوبالت (3-30 ٪ بالوزن) وتلبس في 1،300-1500 درجة مئوية لتشكيل مركبات كثيفة (الشكل 2). يعمل الكوبالت بمثابة موثق ، وملء الفجوات بين حبيبات WC وتعزيز المتانة.

التطبيقات الاستفادة من بنية الشبكة

تشهد شعرية Tungsten Carbide التساهمية هيمنتها الصناعية:

1. أدوات القطع والحفر

- تهيمن المركبات WC-CO على صناعة الآلات.

- تتيح مقاومة التآكل المتفوقة القطع عالية السرعة من السبائك والمركبات (الشكل 3).

2. الطلاء المقاومة للارتداء

-وقود الأوكسجين عالي السرعة (HVOF) ترويد ودائع WC-CO على مكونات الفضاء الجوي.

- الطلاءات الكربونية التي تشبه الماس (DLC) مع جزيئات WC النانوية تعزيز أجزاء محرك السيارات.

3. مكونات درجات الحرارة العالية

- بطانات فوهة الصواريخ: يستقر الثبات الحراري لـ WC (> 2000 درجة مئوية).

- دروع المفاعل النووي: مركبات WC-B₄C تمنع إشعاع النيوترون.

4. المنتجات الاستهلاكية

- المجوهرات: حلقات WC الملبدة تقاوم الخدوش أفضل من البلاتين أو الذهب.

- البضائع الرياضية: تعمل نوادي الجولف على WC ودواسات الدراجات على تحسين المتانة.

التحليل المقارن: WC مقابل المواد الصلبة الشبكة الأخرى

أوجه التشابه

- يحدد الترابط التساهمي ثلاثي الأبعاد النزاهة الهيكلية.

- صلابة عالية تقاوم تشوه البلاستيك.

الاختلافات

- الموصلية الكهربائية: WC يجري الكهرباء. الماس والكوارتز لا.

- صلابة الكسر: مركبات WC-CO (10-20 ميجا باسكال) تتجاوز الماس (5-10 ميجا باسكال).

خاتمة

يتأهل Tungsten Carbide كشبكة صلبة بسبب شعريها التساهمي المترابط. ومع ذلك ، فإن الموصلية الكهربائية على المستوى المعدني وقدرة على التكيف في شكل مركب تتحدى تصنيفات السيراميك التقليدية. هذه السمات المزدوجة - التي تم تجميدها في هيكلها الذري وابتكارات التصنيع - تجعلها لا غنى عنها في الصناعات التي تتطلب المتانة الشديدة والدقة.

التعليمات

1. هل التنغستن كربيد سيراميك أم معدن؟

كربيد التنغستن هو السيراميك مع الترابط التساهمي. ومع ذلك ، غالبًا ما يتم دمجها مع المجلدات المعدنية مثل الكوبالت لتشكيل Cermets ، والتي تظهر خصائص هجينة.

2. لماذا يقوم كربيد التنغستن بإجراء الكهرباء على الرغم من كونه شبكة صلبة؟

تتيح شعرية سداسية التخلص من الإلكترون الجزئي ، على غرار الجرافيت. تداخل D-Ritals في Tungsten يسهل تنقل الإلكترون ، مما يؤدي إلى مقاومة مثل المعادن.

3. كيف تقارن صلابة التنغستن كربيد مع الماس؟

WC (Mohs 9.0-9.5) أكثر ليونة قليلاً من الماس (Mohs 10) ولكنه أصعب من Corundum (الياقوت/روبي).

4. ما هي الصناعات التي تعتمد أكثر على كربيد التنغستن؟

يستخدم التعدين والفضاء والتصنيع WC لأدوات القطع والطلاء المقاوم للارتداء والمكونات ذات درجة الحرارة العالية.

5. كيف يتم تصنيع كربيد التنغستن؟

يتم إنتاج مسحوق WC عن طريق المكربن ​​المباشر من المعدن التنغستن في 1400-2000 درجة مئوية. تلبد مع ملاعب الكوبالت يخلق مركبات كثيفة.

الاستشهادات:

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide

[2] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide

[3] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/

[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide

[5] http://www.chinatungsten.com/tungsten-carbide/properties-of-tungsten-carbide.html

[6] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide

[7] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html

[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten-carbide

[9] https://en.wikipedia.org/wiki/file:-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg

[10] https://lodricrouxmatsci.wordpress.com/35-2/

[11] https://www.doubtnut.com/qna/12974648

[12] http://www.tungsten-carbide.com.cn

[13] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html