ما هو التركيب الكيميائي لكربريد التنغستن؟

قائمة المحتوى

● التكوين والهيكل

● خصائص كربيد التنغستن

● المواد الخام لإنتاج كربيد التنغستن

● عمليات التصنيع

● تطبيقات كربيد التنغستن

● كربيدات التمسك

● خاتمة

● الأسئلة المتداولة (الأسئلة الشائعة)

>> 1. ما هي الصيغة الكيميائية لكربريد التنغستن؟

>> 2. ما هي المواد الخام الأولية المستخدمة في إنتاج كربيد التنغستن؟

>> 3. ما مدى صعوبة كربيد التنغستن مقارنة بالمواد الأخرى؟

>> 4. ما هي بعض التطبيقات الشائعة لكربيد التنغستن؟

>> 5. ما هي عملية صنع كربيد الأسمنت؟

● الاستشهادات:

كربيد التنغستن (WC) هو مركب كيميائي يشتمل على أجزاء متساوية من ذرات التنغستن وذرات الكربون [6] [7]. في أبسط أشكاله ، كربيد التنغستن هو مسحوق رمادي ناعم يمكن الضغط عليه وتشكيله في أشكال من خلال عملية تسمى التلبد للاستخدام في المعدات الصناعية ، وأدوات القطع ، والخوض ، وقذائف الالتفاف الدراسي ، والمجوهرات [1] [6] [7]. تشتهر بصلابةها الرائعة ومقاومة التآكل ، وهي مادة حاسمة في التطبيقات الصناعية المختلفة [1] [3].

التكوين والهيكل

يتكون كربيد التنغستن ، مع الصيغة الكيميائية WC ، من أجزاء متساوية من التنغستن (W) والكربون (C) [3]. إنه يتميز بربط ثلاثي قوي بين الكاتيون التنغستن الرابع (W⁴⁺) وأنيون الكربون (C⁴⁻) ، ويشكل إما بنية سداسية أو مكعبة اعتمادًا على ظروف التوليف [3]. الكتلة المولية حوالي 195.85 جم/مول [3]. بالنسبة إلى كربيد α-tungsten ، يجب أن تكون النسبة المتكافئة من التنغستن إلى الكربون دقيقة تقريبًا ، وعادة ما تكون في غضون 49.5-50.5 مول ٪ c [3] [4]. يساهم هذا التكوين الدقيق في صلابة ومقاومة درجات الحرارة المرتفعة والظروف الكاشطة [3].

خصائص كربيد التنغستن

تشتهر Tungsten Carbide بخصائصه الفيزيائية والكيميائية الاستثنائية ، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات.

- صلابة: كربيد التنغستن صعب بشكل استثنائي ، حيث يحتل المرتبة بين 9 و 9.5 على مقياس صلابة MOHS ، مما يجعلها واحدة من أصعب المواد المتاحة ، والثانية فقط إلى الماس [3]. لديها صلابة فيكرز حوالي 2600 ، مما يشير إلى صلابة فائقة مقارنة بمعظم المواد الصناعية [3].

- الكثافة: بكثافة حوالي 15.6 جم/سم 3 ؛ ، كربيد التنغستن أكثر كثافة من الكربيد مثل كربيد السيليكون ، الذي يبلغ حوالي 3.21 جم/سم 3 ؛ [1].

- تصلب: كربيد التنغستن هو أكثر من ثلاث مرات تقريبًا من الصلب ، مع معامل يونغ بين 530-700 GPA [3].

- ارتداء المقاومة: إنها تظهر مقاومة متآكلة رائعة ، تدوم لفترة أطول بكثير في ظروف الكشط [3]. هذه الخصائص تجعلها مثالية للتطبيقات عالية الضغط مثل أدوات القطع والأجزاء المقاومة للارتداء ، حيث يكون الحفاظ على حافة حادة أمرًا بالغ الأهمية [3].

- نقطة الانصهار: يحتوي كربيد التنغستن على نقطة انصهار عالية ، تتراوح من 2780 إلى 2830 ℃ [1].

- الاستقرار الكيميائي: لا يتفاعل كربيد التنغستن مع الكلور عندما يكون أقل من 400 درجة مئوية. يتفاعل بعنف مع الفلور في درجة حرارة الغرفة ويتأكسد في أكسيد التنغستن عند تسخينه في الهواء [5].

المواد الخام لإنتاج كربيد التنغستن

يتضمن إنتاج كربيد التنغستن عدة مواد خام ، يلعب كل منها دورًا مهمًا في المنتج النهائي [1].

1. خام التنغستن: خام الأسود هو المصدر الرئيسي للتونغستن [1].

2. Paratungstate الأمونيوم (APT): مركب كيميائي نقي مشتق من خام التنغستن الذي يعمل كوسيط في إنتاج المعدن التنغستن وكربيد التنغستن [1].

3. أكسيد التنغستن: الناتج عن حساب APT في درجات حرارة عالية ، والتي يتم تقليلها بعد ذلك إلى مسحوق المعادن التنغستن في جو الهيدروجين [1].

4. مصادر الكربون: يتم استخدام السخام أو الجرافيت لتحويل مسحوق المعدن التنغستن إلى كربيد التنغستن من خلال عملية كربن عالية الحرارة [1].

عمليات التصنيع

يتضمن تصنيع كربيد التنغستن عدة طرق ، كل منها مصمم لإنتاج مواد ذات خصائص وتطبيقات محددة [4] [6].

1. الكربن المباشر: تتفاعل معدن التنغستن مع الكربون في درجات حرارة تتراوح بين 1400 و 2000 درجة مئوية [6].

W + C → WC

2. عملية سرير السوائل: تتفاعل عملية سرير السوائل المنخفضة لدرجة الحرارة المعدنية التنغستن أو WO3 الأزرق مع خليط CO/CO2 و H2 بين 900 و 1200 درجة مئوية [6].

3. تخفيض أكسيد التنغستن: يتم تسخين WO3 مع الجرافيت عند 900 درجة مئوية مباشرة أو في الهيدروجين في 670 درجة مئوية ، تليها المكربن ​​في الأرجون عند 1000 درجة مئوية [6].

WO3 + 4C → WC + 3CO

4. ترسب البخار الكيميائي (CVD): عند 670 درجة مئوية ، يتم تفاعل Hexaclloride التنغستن بالهيدروجين والميثان [6].

WCL6 + H2 + CH4 → WC + 6HCL

5. كربن من أكاسيد التنغستن والأملاح: يمكن أيضًا أن يكون أكاسيد التنغستن وحمض التنغستيك وبراتونجستات الأمونيوم والشيليت كربنًا مباشرة [4].

WO3 + 4 C → WC + 3 CO

H2WO4 + 4 C → WC + 3 CO + H2O

(NH4) 10W12O41 x 5 H2O + 48 C → 12 WC + 10 NH3 + 10 H2O + 36 CO

CAWO4 + 4 C → WC + CAO + 3 CO

تطبيقات كربيد التنغستن

خصائص Tungsten Carbide الفريدة تجعلها ضرورية في العديد من الصناعات [2] [5] [8]. تمتد تطبيقاتها عبر مختلف الحقول بسبب صلابةها ، ومقاومة التآكل ، والاستقرار الحراري [2] [3].

1. أدوات القطع: معروف بصلابةها الشديدة والمتانة ، يتم استخدام كربيد التنغستن لتصنيع كاشفات مقاومة للارتداء وأدوات القطع مثل السكاكين والتدريبات والمناشير الدائرية وأدوات الطحن [2] [3] [8]. هذه الأدوات حاسمة في قطاعات مثل الأعمال المعدنية ، والأعمال الخشبية ، والتعدين ، والبترول ، والبناء [2] [8].

2. الأجزاء المقاومة للارتداء: يستخدم كربيد التنغستن في المكونات التي تتطلب مقاومة عالية التآكل ، مثل الفتحات والمحامل ومقاعد الصمام [3] [5].

3. المجوهرات: يجد كربيد التنغستن تطبيقات في صناعة المجوهرات ، مما ينتج عنه حلقات متينة ومقاومة للتآكل [2] [6]. حلقات كربيد التنغستن أكثر متانة بكثير من حلقات الذهب والفضة [6]. يتم تصنيف حلقات التنغستن بين 8 و 9 على مقياس Mohs من الصلابة [6].

4. التطبيقات العسكرية: يتم استخدام سبائك التنغستن ، وغالبًا ما يتم دمجها مع النيكل أو الحديد أو الكوبالت ، في اختراق الطاقة الحركية وغيرها من المقذوفات العسكرية [2]. تفضل هذه السبائك على اليورانيوم المستنفد لأنها تتجنب المخاطر المشعة [2]. يتم استخدام التنغستن أيضًا في المتفجرات المعدنية الخاملة الكثيفة ، المصممة لتقليل الأضرار الجانبية مع زيادة الفتاة داخل دائرة نصف قطرها محصورة [2].

5. الإلكترونيات والصناعة الكهربائية: نقطة انصهار عالية في التنغستن والتوصيل الكهربائي الممتاز تجعلها مناسبة لمختلف تطبيقات درجات الحرارة العالية [2]. يستخدم عادة في خيوط المصباح المتوهج ، وأنابيب التلفزيون الأقدم (أنابيب أشعة الكاثود) ، وأنابيب الفراغ ، وفوهات محرك الصواريخ [2]. تعتبر التنغستن ضرورية أيضًا في عمليات اللحام TIG (TUNGSTEN الغاز) [2]. في قطاع الإلكترونيات ، يتم استخدام التنغستن في الدوائر المتكاملة وإنتاج أشباه الموصلات وأنابيب الأشعة السينية وغيرها من الأدوات الإلكترونية [2].

6. تعزيز خصائص الصلب: من خلال تنغستن السبائك مع الصلب ، زادت مكاسب المواد الناتجة من القوة والصلابة ومقاومة التآكل [2]. ومن الأمثلة على ذلك الفولاذ عالي السرعة ، الصلب التنغستن ، والفولاذ المغناطيسي الكوبالت التنغستن [2]. تُستخدم هذه السبائك لتصنيع الأدوات مثل التدريبات وقواطع الطحن وموت السلك الأسلاك ، حيث تكون المتانة والدقة ذات أهمية قصوى [2].

7. التطبيقات الكيميائية: يتم استخدام مركبات التنغستن في العديد من التطبيقات الكيميائية بسبب خصائصها الفريدة [2]. تعمل الكبريتيد التنغستن (IV) كمواد تشحيم عالية الحرارة وتستخدم في محفزات الكبريتات الهيدروديديز [2]. يتم استخدام أكاسيد التنغستن ، مثل ثالث أكسيد التنغستن (WO₃) ، في الزجاج الخزفي ، والإضاءة الفلورية ، وكمكونات من المحفزات في محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم لتقليل أكاسيد النيتروجين [2].

8. المجال الطبي: يستخدم التنغستن للدرع الإشعاعي بسبب كثافته العالية وقدرات امتصاص الإشعاع الممتازة [2]. يتم استخدامه في أهداف الأشعة السينية وأجهزة التصوير جاما ، مما يضمن سلامة المريض والمشغل في إجراءات التصوير الطبي [2]. غالبًا ما يتم استخدام كربيد التنغستن لإنشاء أدوات جراحية لأنه يعزز أدائها وهو أيضًا مقاوم للتآكل [8].

9. الفضاء والسيارات: في الفضاء ، يتم استخدام التنغستن كمواد صابورة لموازنة الطائرات والمركبة الفضائية [2]. تجعل كثافتها العالية أيضًا مناسبة لتطبيقات السيارات ، حيث يتم استخدامها في مكونات مصممة لخلل وتوازن الاهتزاز [2].

كربيدات التمسك

كربيد الأسمنت عبارة عن مادة مصنوعة من حبوب كربيد التنغستن في مصفوفة الموثق من معدن الكوبالت عن طريق تلبيس الطور السائل [4]. غالبًا ما يشار إليها باسم كربيد الأسمنت ، 'هي مادة مركبة تتشكل من خلال عملية المعادن المسحوق [3]. تتضمن هذه العملية خلط مسحوق كربيد التنغستن مع معدن الموثق مثل الكوبالت أو النيكل ، ثم الضغط على الخليط في درجات حرارة عالية لتحقيق مادة قوية متماسكة [3] [9]. عادة ما يتم تنفيذ التلبيد تحت درجة حرارة الانصهار ، بحيث لا تكون الطور السائل عادةً غير موجودة [9]. غالبًا ما يتم اختيار التلبد كعملية تشكيل للمواد ذات نقاط ذوبان عالية للغاية مثل التنغستن أو الموليبدينوم أو السيراميك ثاني أكسيد اليورانيوم [9].

خاتمة

Tungsten Carbide هو مادة رائعة ذات تركيبة كيميائية فريدة وخصائص استثنائية تجعلها لا غنى عنها في مختلف الصناعات. تساهم صلابةها العالية ، ومقاومة التآكل ، والاستقرار الحراري في مجموعة واسعة من التطبيقات ، من أدوات القطع والأجزاء المقاومة للارتداء إلى المجوهرات والقذائف العسكرية. تستمر البحث والتطوير المستمر في عمليات تصنيع كربيد التنغستن في توسيع إمكاناتها ، مما يضمن أهميته في التكنولوجيا والهندسة الحديثة.

الأسئلة المتداولة (الأسئلة الشائعة)

1. ما هي الصيغة الكيميائية لكربريد التنغستن؟

الصيغة الكيميائية لكربريد التنغستن هي WC ، مما يشير إلى أنه يتكون من أجزاء متساوية من ذرات التنغستن وذرات الكربون [1] [3] [7].

2. ما هي المواد الخام الأولية المستخدمة في إنتاج كربيد التنغستن؟

تشمل المواد الخام الأولية خام التنغستن ، الباراتونجستات الأمونيوم (APT) ، وأكسيد التنغستن ، ومصادر الكربون مثل السخام أو الجرافيت [1].

3. ما مدى صعوبة كربيد التنغستن مقارنة بالمواد الأخرى؟

يحتل كربيد التنغستن ما بين 9 و 9.5 على مقياس صلابة MOHS ، مما يجعلها واحدة من أصعب المواد المتاحة ، والثانية فقط إلى الماس [3].

4. ما هي بعض التطبيقات الشائعة لكربيد التنغستن؟

تشمل التطبيقات الشائعة أدوات القطع ، والأجزاء المقاومة للارتداء ، والمجوهرات ، والقذائف العسكرية ، والمكونات في الحقول الإلكترونيات والمجالات الطبية [2] [5] [6] [8].

5. ما هي عملية صنع كربيد الأسمنت؟

يتم تصنيع كربيد الأسمنت من خلال حبات كربيد التنغستن في مصفوفة الموثق من معدن الكوبالت عن طريق تلبيد الطور السائل ، بما في ذلك مزج مسحوق كربيد التنغستن مع معدن الموثق ، وتجميع ، وتلطيخ الخليط في درجات حرارة عالية [3] [4].

الاستشهادات:

[1] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-.html

[2] https://shop.machinemfg.com/undersing-tungsten-properties-applications-and-stility/

[3] https://shop.machinemfg.com/tungsten-carbide-an-overview/

[4] https://hpvchemicals.oecd.org/ui/handler.axd؟id=ed1c76bf-dad9-4baa-8d1b-70fed7f92862

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

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

[7] https://www.insaco.com/material/tungsten-carbide/

[8] https://www.tungco.com/insights/blog/5-tungsten-carbide-applications/

[9]