Меню змесціва
● Уводзіны ў элементарныя рэчывы
● Гістарычны фон карбіду вальфраму
● Склад карбіду вальфраму
>> Крышталічная структура
● Сінтэз карбіду вальфраму
>> 1. Прамая карбюрзацыя
>> 2. Працэс вадкасці
>> 3. Хімічная адкладанне пары (ССЗ)
● Уласцівасці карбіду вальфраму
>> 1. Механічныя ўласцівасці
>> 2. Цеплавая і электрычная праводнасць
>> 3. Карозія ўстойлівасці
● Прымяненне карбіду вальфрама
>> 1. Інструменты прамысловага рэзкі
>> 2. Аэракасмічная і абарона
>> 3. Медыцынскія прылады
>> 4. Энергетычны сектар
● Экалагічныя і эканамічныя меркаванні
>> 1. Здабыча ўздзеяння
>> 2. Тэхніка перапрацоўкі
● Праблемы і інавацыі
>> 1. Карытальнасць і кампраміс трываласці
>> 2. 3D -друк
>> 3. Устойлівыя альтэрнатывы
● Тэндэнцыі рынку і будучыя перспектывы
● Выснова
● FAQ
>> 1. Як карбід вальфрама параўноўваецца з алмазам у цвёрдасці?
>> 2. Ці можна зварваць карбід вальфраму?
>> 3. Чаму Cobalt выкарыстоўваецца ў якасці злучнага ў карбідзе вальфраму?
>> 4. Ці з'яўляецца вальфрамавы карбід магніт?
>> 5. Што абмяжоўвае выкарыстанне карбіду вальфраму ў высокатэмпературных прыкладаннях?
● Цытаты:
Карбід вальфраму з хімічнай формулай WC - гэта злучэнне, якое складаецца з атамаў вальфрама і вугляроду. Ён славіцца сваёй выключнай цвёрдасцю, зносам і высокай тэмпературай плаўлення, што робіць яго важным матэрыялам у розных прамысловых прыкладаннях. Аднак пытанне аб тым, ці Карбід вальфраму - гэта элементарнае рэчыва, патрабуе разумення таго, што ўяўляе сабой элементарнае рэчыва і склад самога карбіду вальфраму.
Уводзіны ў элементарныя рэчывы
Элементарнае рэчыва - гэта чыстае хімічнае рэчыва, якое складаецца толькі з аднаго тыпу атама, які адрозніваецца яго атамным лікам. Прыклады ўключаюць такія элементы, як кісларод (O₂), вуглярод (C) і вальфрамавы (W). Гэтыя рэчывы складаюцца з атамаў аднаго элемента, якія могуць быць звязаны ў малекулах альбо існуюць у якасці свабодных атамаў. У адрозненне ад гэтага, такі злучэнне, як карбід вальфраму, змяшчае два і больш элементаў, хімічна звязаныя ў фіксаваных прапорцыях.
Гістарычны фон карбіду вальфраму
Карбід вальфраму быў упершыню сінтэзаваны ў канцы 19 стагоддзя французскім хімікам Анры Мосан, які спалучыў вальфраму і вуглярод у электрычнай печы. Аднак яго прамысловы патэнцыял не быў рэалізаваны да 1920 -х гадоў, калі нямецкія навукоўцы распрацавалі метады для пранікнення карбіду вальфраму з кобальтам, ствараючы істотна жорсткія для рэзкі інструментаў. Да 1930-х гадоў яна зрабіла рэвалюцыю ў металаапрацоўчых галінах, замяніўшы традыцыйныя сталёвыя інструменты пры высокадакладнай апрацоўцы.
Склад карбіду вальфраму
Карбід вальфраму ўтвараецца шляхам спалучэння вальфрамавых (W) і атамаў вугляроду (C) у малярным суадносінах 1: 1. Найбольш распаўсюджаная форма, якая выкарыстоўваецца ў прамысловых дадатках, змяшчае прыблізна 94% вальфраму і 6% вугляроду па вазе. Гэты склад пацвярджае, што карбід вальфраму з'яўляецца злучэннем, а не элементарным рэчывам, паколькі ён складаецца з двух розных элементаў, хімічна звязаных у крышталічнай структуры.
Крышталічная структура
Карбід вальфраму мае шасцігранную крыштальную рашотку (мал. 2), дзе кожны атам вальфраму акружаны шасцю атамамі вугляроду. Такая дамоўленасць спрыяе яго выключнай цвёрдасці і стабільнасці.
Сінтэз карбіду вальфраму
1. Прамая карбюрзацыя
Асноўны метад прадугледжвае нагрэў металу вальфраму або парашок з вугляродам (напрыклад, графіт) пры 1400-2000 ° С у вадароднай атмасферы. Рэакцыя:
W+C → WC
Гэты працэс вырабляе дробны вальфрамавы карбід парашок, які затым змешваецца з злучнымі, такімі як кобальт (6–12%) і спячы пад высокім ціскам.
2. Працэс вадкасці
Альтэрнатыва з нізкай тэмпературай выкарыстоўвае рэактар з псевдоожиженным рэчышчам з газавай сумессю Co/Co₂ і вадародам. Гэты метад памяншае спажыванне энергіі і вырабляе раўнамерныя памеры часціц.
3. Хімічная адкладанне пары (ССЗ)
Тэхніка CVD Дэпаніруйце карбідныя пакрыцці вальфраму на субстраты, ідэальна падыходзіць для стварэння ўстойлівых да зносу паверхняў для аэракасмічных кампанентаў.
Уласцівасці карбіду вальфраму
1. Механічныя ўласцівасці
- цвёрдасць: цвёрдасць мох ~ 9 (у параўнанні з 10 алмазам).
- Кропка плаўлення: 2870 ° С, вышэй, чым у большасці металаў.
- Модуль Янга: 530–700 сярэдні бал, у тры разы больш жорсткі, чым сталь.
- Шчыльнасць: 15,6 г/см3;, супастаўны з урану.
2. Цеплавая і электрычная праводнасць
Нягледзячы на сваю цвёрдасць, карбід вальфраму праводзіць электраэнергію (падобна на бронзу) і эфектыўна цяпло, што робіць яго прыдатным для апрацоўкі электрычных разрад (EDM).
3. Карозія ўстойлівасці
Ён супрацьстаіць акісленню пры тэмпературы да 600 ° С і інертны да большасці кіслот, за выключэннем гідрафторнай кіслаты і азотнай кіслаты пры высокіх канцэнтрацыях.
Прымяненне карбіду вальфрама
1. Інструменты прамысловага рэзкі
- Свердзельныя кавалачкі: у абразіўных умовах вальфрамавы карбід на наканечніку (мал. 5).
- Фрэзерныя ўстаўкі: выкарыстоўваюцца для апрацоўкі тытана і інкуля ў вытворчасці аэракасмічнай прасторы.
2. Аэракасмічная і абарона
- Ракетныя асадкі: вытрымлівае экстрэмальныя тэмпературы ў рухальных сістэмах.
- Бронявыя боепрыпасы: выкарыстоўвае шчыльнасць і цвёрдасць WC для пранікальных.
3. Медыцынскія прылады
- Хірургічныя скальпелі: больш рэзкія і больш трывалыя, чым з нержавеючай сталі.
- Артапедычныя імплантаты: пакрыты туалетным устойлівасцю ў суставах.
4. Энергетычны сектар
-Устаўкі для бурэння нафты: Свердзельныя кавалачкі з пакрыццём WC памяншаюць час прастою ў глыбокай лунцы.
- Ядзерны кантрольны стрыжня: высокая эфектыўнасць паглынання нейтронаў.
Экалагічныя і эканамічныя меркаванні
1. Здабыча ўздзеяння
Здабыча вальфрама, у першую чаргу ў Кітаі (85% глабальных паставак), выклікае занепакоенасць вырубкай лесу і забруджваннем вады. Перапрацоўка лому WC аднаўляе 95% матэрыялу, зніжаючы залежнасць ад Дзевы.
2. Тэхніка перапрацоўкі
- Працэс цынку: растварае кобальтавыя злучныя, каб аддзяліць парашок WC.
- Прамае паўторнае выкарыстанне: здробнены лом WC перарабляецца ў новыя інструменты.
Праблемы і інавацыі
1. Карытальнасць і кампраміс трываласці
Высокая цвёрдасць WC пастаўляецца з далікатнасцю. Інавацыі, такія як нанаструктураваны туалет (памеры збожжа <100 нм), паляпшаюць трываласць на разбурэнне, не прыносячы шкоды цвёрдасці.
2. 3D -друк
Вытворчасць дабаўкі забяспечвае складаныя часткі туалета, такія як рашоткі для лёгкіх аэракасмічных кампанентаў.
3. Устойлівыя альтэрнатывы
Даследчыкі распрацоўваюць злучныя без кобальту (напрыклад, нікель, жалеза) для вырашэння праблем таксічнасці ў традыцыйных кампазітах WC-Cobalt.
Тэндэнцыі рынку і будучыя перспектывы
Прагназуецца, што сусветны рынак карбіду вальфраму вырасце на 6,2% CAGR (2023–2030), абумоўлены попытам у аўтамабільнай і аднаўляльнай энергіі. Асноўныя гульцы ўключаюць матэрыялы Sandvik AB, кеманматал і Mitsubishi.
Выснова
Карбід вальфраму адназначна з'яўляецца злучэннем, а не элементарным рэчывам. Яго неперасягненыя ўласцівасці замацавалі сваю ролю ў галінах, пачынаючы ад вытворчасці да аховы здароўя. Паколькі дасягненні ў галіне нанатэхналогіі і прагрэсу ўстойлівасці, карбід вальфраму застанецца незаменным у пераадоленні інжынерных праблем.
FAQ
1. Як карбід вальфрама параўноўваецца з алмазам у цвёрдасці?
У той час як Diamond - гэта самы цяжкі натуральны матэрыял (MOHS 10), карбід вальфраму займае ~ 9, што робіць яго прыдатным для большасці прамысловых прыкладанняў без непамерных выдаткаў на алмазныя інструменты.
2. Ці можна зварваць карбід вальфраму?
Не - гэта надзвычайная цвёрдасць робіць зваркі немэтазгодна. Пашкоджаныя кампаненты WC звычайна замяняюцца альбо перапраўляюцца.
3. Чаму Cobalt выкарыстоўваецца ў якасці злучнага ў карбідзе вальфраму?
Кобальт узмацняе трываласць, запаўняючы прабелы паміж збожжам WC, прадухіляючы распаўсюджванне расколін. Аднак альтэрнатывы, такія як нікель, набіраюць цягу для экалагічна чыстай вытворчасці.
4. Ці з'яўляецца вальфрамавы карбід магніт?
Чысты WC немагнітны, але варыянты, звязаныя з кобальтам, выяўляюць невялікі магнетызм з-за ўтрымання кобальту.
5. Што абмяжоўвае выкарыстанне карбіду вальфраму ў высокатэмпературных прыкладаннях?
Вышэй за 500 ° С, WC акісляецца паступова. Пакрыцці, такія як карбід хрому, прымяняюцца для паляпшэння ўстойлівасці да акіслення.
Цытаты:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[6] https://www.gauthmath.com/solution/1744724928467973/tungsten-carbide-can-be-use-to-make-tips-of-ballpoint-pens-the-chemical-for?is_new_user=1111111
[7] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten
[9] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf
[10] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
