Меню змесціва
● Што вызначае сеткавы цвёрды?
>> Асноўныя ўласцівасці цвёрдых сеткавых целаў
● Атамная структура карбіду вальфраму
>> 1. Шасцігранная (α-WC) структура
>> 2. Кубічная (β-WC) структура
>> Характарыстыкі злучэння: кавалентнае супраць металічнага
● Фізічныя і хімічныя ўласцівасці
>> Цеплавая і хімічная ўстойлівасць
● Сінтэз і вытворчасць
>> 1. Вытворчасць парашка
>> 2. Спакаванне
● Прыкладанні выкарыстоўваюць структуру сеткі
>> 1. Рэзкі і буравыя інструменты
>> 2. Устойлівыя да зносу пакрыцця
>> 3. Высокатэмпературныя кампаненты
>> 4. Спажывецкая прадукцыя
● Параўнальны аналіз: WC супраць іншых сеткавых цвёрдых рэчываў
>> Падабенства
>> Адрозненні
● Выснова
● FAQ
>> 1. Ці з'яўляецца карбід вальфраму керамічным ці металам?
>> 2. Чаму карбід вальфрама праводзіць электраэнергію, нягледзячы на тое, што з'яўляецца цвёрдым сеткай?
>> 3. Як параўноўваецца цвёрдасць карбіду вальфрама з алмазам?
>> 4. Якія галіны больш за ўсё разлічваюць на карбід вальфраму?
>> 5. Як сінтэзуецца карбід вальфрама?
● Цытаты:
Карбід вальфраму (WC) - гэта керамічнае злучэнне, якое вядомая сваёй незвычайнай цвёрдасцю, высокай тэмпературай плаўлення і ўніверсальнасцю прамысловасці. Яго унікальная атамная структура і характарыстыкі злучэння выклікалі дэбаты пра яго класіфікацыю як цвёрдую сетку. У гэтым артыкуле вывучаецца яго структурныя ўласцівасці, параўноўвае яго з класічнымі сеткавымі цвёрдымі рэчывамі, такімі як Diamond, вывучае яго метады сінтэзу і разглядае агульныя пытанні пра яго паводзіны і прымяненне.
Што вызначае сеткавы цвёрды?
Сеткавыя цвёрдыя рэчывы, якія таксама называюцца кавалентнымі сеткавымі цвёрдымі рэчывамі,-гэта матэрыялы, дзе атамы ўзаемазвязаны кавалентнымі сувязямі ў бесперапыннай трохмернай рашотцы. Гэтыя структуры не маюць дыскрэтных малекул і выяўляюць высокія тэмпературы плаўлення, калянасць і дрэнная электрычная праводнасць з -за лакалізаваных электронаў. Класічныя прыклады ўключаюць:
- Алмаз: чатырохгранная вугляродная рашотка (мал. 1А).
- Quartz (Sio₂): аснова тэтраэдра Silicon-Oxygen.
- Карбід крэмнію (sic): алмазападобны структура з чаргаванымі атамамі крэмнію і вугляроду.
Асноўныя ўласцівасці цвёрдых сеткавых целаў
- Высокія кропкі плаўлення (напрыклад, алмазныя ўзрушэнні пры 3500 ° С).
- Выключная цвёрдасць з -за жорсткіх кавалентных сувязяў.
- Нізкая электрычная праводнасць (за выключэннем графіту, які мае делокализированные π-электроны).
- далікатны характар з мінімальнай пластыкавай дэфармацыяй пры стрэсе.
Атамная структура карбіду вальфраму
Карбід вальфраму крышталізуецца ў дзвюх асноўных формах, з выразнымі схемамі злучэння:
1. Шасцігранная (α-WC) структура
Тэрмадынамічна стабільная α-фаза прымае простую шасцігранную рашотку (мал. 1Б):
- Атомы вальфраму ўтвараюць пласты з блізкімі ўпакаваным.
- Атомы вугляроду займаюць 50% ад трыганальных прызматычных прамежкаў, ствараючы суадносіны WC 1: 1.
- Кожны атам вальфрама кавалентна злучаецца да шасці суседзяў вугляроду (даўжыня сувязі: 220 вечара).
Такое размяшчэнне нагадвае 3D-кавалентную сетку, падобную на алмаз, але з чаргаваннем металічных вугляродных слаёў.
2. Кубічная (β-WC) структура
Метастабільная β-фаза мае структуру каменнай солі (NaCl):
- Атомы вальфраму і вугляроду займаюць чаргаванне кубічных пазіцый, арыентаваных на твар.
- Гэтая фаза ўтвараецца вышэй за 2500 ° С, але хутка пераўтвараецца ў α-WC пры астуджэнні.
Характарыстыкі злучэння: кавалентнае супраць металічнага
У той час як кавалентныя сувязі пераважаюць у α-WC, узнікаюць тонкія металічныя рысы:
- Частковая электронны дэлакалізацыю: перакрываючы D-арбіталі вальфрама, дазваляюць абмежаваць мабільнасць электронаў, даючы электрычны супраціў (~ 0,2 мкм · м) бліжэй да металаў, чым да керамікі.
- Пластычнасць у кампазітах: Чысты WC з'яўляецца далікатным, але даданне кобальта (CO) злучных дазваляе пластыкавую дэфармацыю пры стрэсе.
Фізічныя і хімічныя ўласцівасці
Карбід вальфраму праяўляе сумесь керамічных і металічных уласцівасцей:
| уласцівасць |
вальфрамавы карбід |
алмазнай |
сталі (AISI 1045) |
| Цвёрдасць (мох) |
9,0–9,5 |
10 |
4–4,5 |
| Тэмпература плаўлення (° С) |
2870 |
3500 (узрушаючы) |
1425–1,520 |
| Электрычны супраціў (μω · м) |
0.2 |
~ 10⊃1; ⊃2; |
0.15 |
| Цеплаправоднасць (W/M · K) |
110 |
900–2 300 |
50 |
| Трываласць на сціск (GPA) |
6.76 |
110 |
0,25–0,35 |
Цеплавая і хімічная ўстойлівасць
- Устойлівасць да акіслення: стабільная ў паветры да 500–600 ° С; утварае wo₃ і co₂ вышэй за 600 ° С.
- Устойлівасць да кіслот: Інертны да саляных і серных кіслот, але раствараецца ў сумесях HF/HNO₃.
Сінтэз і вытворчасць
Карбід вальфраму сінтэзуецца ў два этапы:
1. Вытворчасць парашка
- Прамая карбюризация: Вальфрамавы парашок рэагуе з вугляродным чорным пры 1400-2000 ° С:
W+CΔWC
-Метады газавай фазы: хімічнае адкладанне пары (ССЗ) стварае ультракалатыя парашкі WC для пакрыццяў.
2. Спакаванне
Парашкі змешваюць з кобальтам (3–30 мас.%) І спеккуюць пры 1300–1500 ° С, утвараючы шчыльныя кампазіты (мал. 2). Кобальт дзейнічае як злучнае, запаўняючы прабелы паміж зернямі WC і ўзмацняючы трываласць.
Прыкладанні выкарыстоўваюць структуру сеткі
Кавалентная рашотка вальфраму Карбіда ляжыць у аснове свайго прамысловага панавання:
1. Рэзкі і буравыя інструменты
- Кампазіты WC-CO дамінуюць у галіне апрацоўкі.
- Вышэйшая ўстойлівасць да зносу забяспечвае хуткасную рэзкі сплаваў і кампазітаў (мал. 3).
2. Устойлівыя да зносу пакрыцця
-Высокая хуткасць кіслароднага паліва (HVOF) распылення радовішчаў WC-CO на аэракасмічных кампанентах.
- Алмазнага пакрыцця вугляроду (DLC) з наначасціцамі WC узмацняе дэталі аўтамабільнага рухавіка.
3. Высокатэмпературныя кампаненты
- Ракетныя ўкладышы для сопла: цеплавая ўстойлівасць WC вытрымлівае выхлапныя сігналізацыі (> 2000 ° С).
- Шчыты ядзернага рэактара: кампазіты WC-B₄C блакуюць нейтронны выпраменьванне.
4. Спажывецкая прадукцыя
- Ювелірныя вырабы: Scinated WC кольцы супрацьстаяць драпінам лепш, чым плаціну ці золата.
- Спартыўныя тавары: гольф-клубы і роварныя педалі WC і ровар паляпшаюць трываласць.
Параўнальны аналіз: WC супраць іншых сеткавых цвёрдых рэчываў
Падабенства
- 3D кавалентная сувязь вызначае структурную цэласнасць.
- Высокая цвёрдасць супрацьстаіць пластычнай дэфармацыі.
Адрозненні
- Электрычная праводнасць: WC праводзіць электраэнергію; Алмаз і кварц не.
- Трываласць пералому: кампазіты WC-CO (10–20 МПА) пераўзыходзяць алмаз (5–10 МПА).
Выснова
Карбід вальфраму кваліфікуецца як цвёрдае сетка з -за ўзаемазвязанай кавалентнай рашоткі. Аднак яго металічная электрычная праводнасць і адаптацыя ў кампазіцыйнай форме выклікаюць традыцыйныя керамічныя класіфікацыі. Гэтыя двайныя рысы - укараняюцца ў сваёй атамнай структуры і вытворчасці новаўвядзенняў - вырабляюць яго незаменна ў галінах, якія патрабуюць надзвычайнай трываласці і дакладнасці.
FAQ
1. Ці з'яўляецца карбід вальфраму керамічным ці металам?
Карбід вальфраму - гэта кераміка з кавалентнай сувяззю. Аднак ён часта спалучаецца з металічнымі злучнымі, такімі як кобальт, утвараючы Cermets, якія праяўляюць гібрыдныя ўласцівасці.
2. Чаму карбід вальфрама праводзіць электраэнергію, нягледзячы на тое, што з'яўляецца цвёрдым сеткай?
Яго шасцігранная рашотка дазваляе частковую электронны дэлокалізацыю, падобна на графіт. Перакрыцце вальфрамавых D-арбіталі палягчае мабільнасць электронаў, даючы супраціў, падобны на металы.
3. Як параўноўваецца цвёрдасць карбіду вальфрама з алмазам?
WC (MOHS 9,0–9,5) крыху мякчэй, чым алмаз (MOHS 10), але цяжэй, чым Corundum (Sapphire/Ruby).
4. Якія галіны больш за ўсё разлічваюць на карбід вальфраму?
Здабыча, аэракасмічная і вытворчасць выкарыстоўваюць WC для рэжучых інструментаў, устойлівых да зносу пакрыццяў і кампанентаў з высокай тэмпературай.
5. Як сінтэзуецца карбід вальфрама?
Парашок WC вырабляецца з дапамогай прамой карбюризации вальфрамавага металу пры 1400-2000 ° С. Спеканне з кобальтам -злучнымі стварае шчыльныя кампазіты.
Цытаты:
[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://lodrouxmatsci.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
