ما هو أصعب كربيد التنغستن أو كربيد البورون؟

قائمة المحتوى

● مقدمة

● ما هو كربيد التنغستن؟

>> الخصائص الرئيسية لكربيد التنغستن

● ما هو بورون كربيد؟

>> خصائص رئيسية لبورون كربيد

● الصلابة المقارنة: كربيد التنغستن مقابل البورون كربيد

>> مقاييس الصلابة

>> مقارنة مباشرة

● الخصائص الميكانيكية والفيزيائية

>> كثافة

>> قوة

>> الخصائص الحرارية

● التطبيقات وحالات الاستخدام

>> كربيد التنغستن

>> البورون كربيد

● اعتبارات التصنيع والتكلفة

>> إنتاج

>> يكلف

>> قابلية المعالجة والمعالجة

● القيود والتحديات

>> كربيد التنغستن

>> البورون كربيد

● اعتبارات البيئة والسلامة

>> كربيد التنغستن

>> البورون كربيد

● الاتجاهات المستقبلية في المواد الفائقة

● المقارنات البصرية

>> الجدول: الاختلافات الرئيسية في لمحة

● الأسئلة الشائعة: أفضل 5 أسئلة ذات صلة

>> 1. ما هي الميزة الرئيسية لبروبايد بورون على كربيد التنغستن؟

>> 2. لماذا يفضل تنغستن كربيد لقطع أدوات القطع؟

>> 3. هل البورون كربيد أكثر هشاشة من كربيد التنغستن؟

>> 4. هل يمكن استخدام أي من المواد للمجوهرات؟

>> 5. ما هي المواد الأكثر تكلفة ، ولماذا؟

● الاستشهادات:

عندما يتعلق الأمر بالمواد عالية الأداء المستخدمة في أدوات القطع والدروع والتطبيقات الصناعية ، Tungsten Carbide و Boron Carbide هما من أكثر الأسماء شهرة. يحتفل كلاهما بصلابةهم الشديدة ، ولكن أيهما أصعب حقًا؟ تستكشف هذه المقالة الشاملة العلوم والخصائص والتطبيقات والاختلافات الرئيسية بين هذين المواد الفائقة ، مما يساعدك على فهم ما هو أكثر صعوبة ولماذا يهم.

مقدمة

في هندسة المواد ، تعد الصلابة خاصية حرجة تحدد مدى جودة المادة التي تقاوم التشوه أو الخدش أو القطع أو التآكل. يعد كل من كربيد التنغستن والكربيد البورون سيراميك غير أكسيد يدفعان حدود ما هو ممكن من حيث الصلابة والمتانة. ولكن أيهما يبرز كمواد أصعب ، وكيف يؤثر ذلك على تطبيقات العالم الحقيقي؟

يعد فهم الاختلافات بين هذه المواد أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة للصناعات التي تتراوح من التصنيع إلى الدفاع. لن تقارن هذه المقالة صلابةها فحسب ، بل تتنقل أيضًا في خصائصها الأوسع والاستخدامات والقيود ومستقبل المواد الفائقة.

ما هو كربيد التنغستن؟

كربيد التنغستن (WC) هو مركب يتكون من أجزاء متساوية من التنغستن وذرات الكربون. يتم إنتاجه عادةً من خلال المعادن المسحوق ويشتهر بصقته الاستثنائية ، والكثافة العالية ، ومقاومة التآكل الممتازة. يستخدم كربيد التنغستن على نطاق واسع في:

- أدوات القطع (أجزاء الحفر ، شفرات المنشار)

- كاشطة

- أجزاء الآلات الصناعية

- ذخيرة درع الدروع

- المجوهرات

الخصائص الرئيسية كربيد التنغستن

خاصية	لقيمة/نطاق
صيغة كيميائية	مرحاض
كثافة	~ 15 جم/سم 3 ؛
صلابة موس	9.0 - 9.5
فيكرز صلابة	~ 2400 - 2600 HV
صلابة knoop	~ 1670
معامل مرن	530 - 700 GPA
قوة الضغط	~ 4780 ميجا باسكال
الكسر المتانة	~ 12 ميجا باسكال · م 1/2
نقطة الانصهار	2،870 درجة مئوية

ما هو بورون كربيد؟

البورون كربيد (B₄c) ، الذي يسمى غالبًا 'الماس الأسود ، ' هو مادة سيراميك مكونة من البورون والكربون. إنها ثالث أصعب مادة معروفة ، بعد الماس والنيتريد البورون المكعب. يشتهر Boron Carbide بـ:

- صلابة عالية للغاية

- كثافة منخفضة

- امتصاص النيوترون العالي (التدريع النووي)

- الاستقرار الكيميائي

وتشمل التطبيقات الشائعة:

- درع الجسم خفيف الوزن

- مساحيق جلخ وفوهات تفجير

- التدريع المفاعل النووي

- مكونات مقاومة للارتداء

الخصائص الرئيسية البورون كربيد

خاصية	لقيمة/نطاق
صيغة كيميائية	b₄c
كثافة	2.1 - 2.7 جم/سم 3 ؛
صلابة موس	9.5 - 9.75
فيكرز صلابة	~ 30 - 38 GPA (3000-3800 HV)
صلابة knoop	2600 - 3200
معامل مرن	240 - 460 GPA
قوة الضغط	1710 - 2200 ميجا باسكال
الكسر المتانة	2.5 - 3.5 ميجا باسكال · م 1/2
نقطة الانصهار	~ 2،450 درجة مئوية

الصلابة المقارنة: كربيد التنغستن مقابل البورون كربيد

مقاييس الصلابة

- صلابة Mohs: يقيس مقاومة الخدش (مقياس 1-10).

- فيكرز/صلابة knoop: يقيس صلابة المسافة البادئة (أعداد أعلى = أصعب).

المقارنة المباشرة

ملكية	تونغستن كربيد	البورون كربيد
صلابة موس	9.0 - 9.5	9.5 - 9.75
فيكرز صلابة	~ 2400 - 2600 HV	~ 30 - 38 GPA
صلابة knoop	~ 1670	2600 - 3200

البورون كربيد أصعب من كربيد التنغستن على كل مقياس صلابة رئيسي. هذا يعني أن بورون كربيد يقاوم الخدش والمسافة البادئة بشكل أفضل ، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات حيث تكون الصلابة القصوى مطلوبة.

الخصائص الميكانيكية والفيزيائية

كثافة

- كربيد التنغستن أكثر كثافة (حوالي 15 جم/سم 3 ؛) من كربيد البورون (2.1-2.7 جم/سم 3 ؛).

- هذا يجعل Tungsten Carbide مثاليًا للتطبيقات التي هناك حاجة إلى كتلة وتأثير قوة ، بينما يفضل Boron Carbide للدروع الخفيفة الوزن.

قوة

ملكية	Tungsten كربيد	البورون كربيد
قوة الضغط	4780 ميجا باسكال	1710-2200 ميجا باسكال
قوة الانثناء	1830 ميجا باسكال	170–410 ميجا باسكال
الكسر المتانة	12 ميجا باسكال · م 1/2	2.5-3.5 ميجا باسكال · م 1/2

- كربيد التنغستن أكثر صرامة وأقل هشاشة ، مع نقاط قوة الضغط والثنية العليا.

- البورون كربيد أكثر هشاشة بكثير ، والتي يمكن أن تكون عيبًا في المواقف عالية التأثير.

الخصائص الحرارية

خاصية	التنغستن كربيد	البورون كربيد
نقطة الانصهار (درجة مئوية)	2،870	~ 2،450
الموصلية الحرارية	85 ث/م · ك	31-90 ث/م · ك
التمدد الحراري	5.4 ميكرون/م · ك	4.5-5.6 ميكرون/م · ك

كلتا المواد هي حرارة شديدة الاستقرار في درجات حرارة عالية ، ولكن كربيد التنغستن أكثر مقاومة للحرارة.

التطبيقات وحالات الاستخدام

كربيد التنغستن

- أدوات القطع: بتات الحفر ، الطواحين النهائية ، شفرات المنشار ، أدوات التعدين

- ارتداء الأجزاء: مقاعد الصمام ، الفوهات ، وفاة ، اللكمات

- المجوهرات: حلقات ، أساور ، الساعات

- ذخيرة: جولات دروع

البورون كربيد

- درع الجسم: سترات مضادة للربطة خفيفة الوزن ، درع مركبة

- كاشطات: مساحيق اللف والتلميع

- الصناعة النووية: امتصاص النيوترون في قضبان التحكم

- فوهات: القطع الرملية وقطع النفاثة

اعتبارات التصنيع والتكلفة

إنتاج

- كربيد التنغستن: تم إنتاجه عبر المعادن المسحوق ، ويجمع بين مساحيق التنغستن ومساحيق الكربون ، ثم تلبيس مع الموثق (غالبًا الكوبالت).

- البورون كربيد: تنتجها الحد من أكسيد البورون مع الكربون في درجات حرارة عالية.

يكلف

- عادة ما يكون كربيد التنغستن أكثر بأسعار معقولة ومتاحة على نطاق واسع بسبب استخدامه الصناعي الواسع.

- بورون كربيد أكثر تكلفة ، مما يعكس تطبيقاته المتخصصة وإنتاج أكثر تعقيدًا.

قابلية المعالجة والمعالجة

- يمكن أن تكون كربيد التنغستن مطحونة وتشكيلها بأدوات الماس ، ولكن صلابةها تسمح بأشكال أكثر تعقيدًا ومكونات أكبر.

- من الصعب للغاية تشغيل كربيد البورون وعادة ما يتم تشكيله في أشكال بسيطة عبر الضغط الساخن أو التلبيد.

القيود والتحديات

كربيد التنغستن

- عرضة للتآكل في بيئات معينة ، وخاصة في وجود الأحماض.

- يمكن أن يكون الوزن الثقيل عيبًا في التطبيقات التي تشكل فيها الكتلة مصدر قلق.

- يمكن أن تكون التكلفة مهمة للتطبيقات على نطاق واسع.

البورون كربيد

- الهشاشة العالية تجعلها عرضة للفشل الكارثي في ​​ظل تأثيرات حادة.

- من الصعب الجهاز بسبب صلابة الشديدة.

- باهظة الثمن لإنتاج ، وخاصة في الأشكال الكبيرة أو المعقدة.

اعتبارات البيئة والسلامة

كربيد التنغستن

- يمكن أن يكون للتعدين ومعالجة التنغستن آثار بيئية ، بما في ذلك تدمير الموائل والجريان السطحي الكيميائي.

- يمكن أن تشكل مجلدات الكوبالت المستخدمة في كربيد التنغستن مخاطر صحية إذا تم استنشاقها كغبار أثناء التصنيع أو الطحن.

- إعادة التدوير: كربيد التنغستن قابلة لإعادة التدوير ، وبرامج إعادة التدوير شائعة في صناعة الأدوات.

البورون كربيد

- يتطلب الإنتاج درجات حرارة عالية ومدخلات الطاقة ، مما يساهم في انبعاثات الكربون.

- يمكن أن يكون استنشاق الغبار أثناء المعالجة أو التآكل خطرة ، مما يتطلب تدابير السلامة المناسبة.

- التخلص: بورون كربيد مستقر كيميائيا وغير سامة ، ولكن بصمة إنتاجها كبيرة.

الاتجاهات المستقبلية في المواد الفائقة

يستمر البحث عن مواد أصعب وأصعب وأكثر تنوعا. يتم تحسين كل من كربيد التنغستن وكربيد البورون من خلال:

- هيكل النانو: إنشاء مواد ذات حبيبات النانو يزيد من الصلابة والصلابة.

- المركبات: الجمع بين كربيد البورون أو كربيد التنغستن مع المعادن أو البوليمرات لتعزيز المتانة وتقليل الهشاشة.

- الطلاء: تطبيق طبقات رقيقة من المواد الفائقة (مثل الكربون الشبيه بالماس) على الأدوات والدروع لتحسين الأداء.

المقارنات البصرية

الجدول: الاختلافات الرئيسية في لمحة

ميزة	Tungsten Carbide	Boron Carbide
صلابة	عالي	أعلى
كثافة	عالية جدا	قليل
صلابة	عالي	أقل (هش)
يكلف	معتدل	عالي
الاستخدام الرئيسي	أدوات القطع/التآكل	درع ، كاشطة
الاستقرار الحراري	ممتاز	ممتاز

البورون كربيد أصعب من كربيد التنغستن ، كما يتضح من درجاتها المتفوقة على موازين Mohs و Vickers و Knoop. ومع ذلك ، فإن كربيد التنغستن أكثر صرامة وأكثر كثافة ، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب كل من الصلابة والمقاومة للتأثير أو التشوه.

- اختر البورون كربيد للحصول على أقصى صلابة وحماية خفيفة الوزن (على سبيل المثال ، درع الجسم ، كاشط).

- اختر كربيد التنغستن لأدوات القطع ، وأجزاء التآكل الصناعي ، والتطبيقات التي تكون فيها المتانة والكثافة أمرًا بالغ الأهمية.

تتفوق كل مادة في أدوار مختلفة ، ويعتمد الاختيار على المتطلبات المحددة لتطبيقك. مع تقدم التكنولوجيا ، قد تكون الحدود بين هذه المواد طمس ، مع وجود مركبات جديدة وتقنيات معالجة تقدم أداء أكبر.

الأسئلة الشائعة: أفضل 5 أسئلة ذات صلة

1. ما هي الميزة الرئيسية لبروبايد بورون على كربيد التنغستن؟

يعتبر البورون كربيد أصعب وأخف وزناً من كربيد التنغستن ، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الخفيفة الوزن والتطبيقات العالية حيث يكون الوزن مصدر قلق.

2. لماذا يفضل تنغستن كربيد لقطع أدوات القطع؟

يوفر Tungsten Carbide مزيجًا من الصلابة العالية والصلابة والكثافة ، مما يسمح لها بتحمل القوى المتطرفة ودرجات الحرارة التي واجهتها في عمليات القطع والآلات.

3. هل البورون كربيد أكثر هشاشة من كربيد التنغستن؟

نعم ، البورون كربيد أكثر هشاشة ، مما يعني أنه من المرجح أن يكسر تحت تأثير أو تحميل الصدمة مقارنةً بكربريد التنغستن ، وهو أمر أكثر صرامة ويمكن أن يمتص المزيد من الطاقة قبل الانهيار.

4. هل يمكن استخدام أي من المواد للمجوهرات؟

يستخدم كربيد التنغستن بشكل شائع في المجوهرات بسبب بريقه المعدني الجذاب ومقاومة الخدش وخصائص Hypoallergenic. لا يستخدم البورون كربيد عادةً للمجوهرات بسبب طبيعته الخزفية وهشاشة.

5. ما هي المواد الأكثر تكلفة ، ولماذا؟

يعتبر البورون كربيد أغلى بشكل عام من كربيد التنغستن بسبب تطبيقاته المتخصصة ، وارتفاع تكاليف الإنتاج ، وتعقيد عملية التصنيع.

الاستشهادات:

[1] https://www.makeitfrom.com/compare/boron-carbide-b4c/tungsten-carbide-wc

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

[3] https://en.wikipedia.org/wiki/boron_carbide

[4] http://hardmetal-engineering.blogspot.com/2011/

[5]

[6]

[7] https://precision-ceramics.com/materials/boron-carbide/

[8]

[9] https://anamma.com.br/en/tungsten-carbide-vs-boron-carbide/

[10]

[11] https://www.samaterials.com/carbides-used-in-hardfacing-applications.html

[12] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0043164895068864

[13] https://sandblastingabrasives.com/surface-prep-media/blog/167/when-to-use-a-boron-carbide-nozzle/

[14] https://stock.adobe.com/search؟k=tungsten+CarBide

[15] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide

[16]

[17] https://www.azom.com/article.aspx؟articleid=5809

[18]

[19] https://insaco.mystagingwebsite.com/material/boron-carbide/

[20] https://www.linkedin.com/pulse/questions-composite-materials-tungsten-carbide-shijin-lei

[21] https://www.imim.pl/files/archiwum/vol2_2020/05.pdf

[22] https://www.sciendirect.com/science/article/abs/pii/s0043164899002306

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

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

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

[26]

[27] https://www.nature.com/articles/ncomms2047

[28] https://www.thermalspray.com/questions-tungsten-carbide/