Што складаней нітрыд бору ці карбід вальфраму?

Меню змесціва

● Разуменне нітрыду бору

>> Формы нітрыду бору

>> Цвёрдасць і ўласцівасці кубічнага нітрыду бору

>> Цеплавыя і электрычныя ўласцівасці

● Разуменне карбіду вальфраму

>> Цвёрдасць і механічныя ўласцівасці

>> Цеплавая і хімічная ўстойлівасць

● Падрабязныя крышталічныя структуры і сувязь

● Пашыраныя прамысловыя і тэхналагічныя прыкладанні

● Экалагічныя і эканамічныя меркаванні

● Будучыя даследаванні і распрацоўкі

● Механічныя ўласцівасці і прадукцыйнасць у розных умовах

● Кароткая інфармацыя аб ключавых адрозненнях

● Выснова

● Часта задаюць пытанні (FAQ)

>> 1. У чым галоўная розніца паміж нітрыдам бору і карбідам вальфраму з пункту гледжання цвёрдасці?

>> 2. Ці можа карбід вальфраму быць цяжэй, чым нітрыд бору пры любых умовах?

>> 3. Чаму кубічны нітрыд бору аддаецца перавагу над карбідам вальфраму для рэзкі загартаваных сталі?

>> 4. Ці танней карбід вальфраму танней, чым кубічны нітрыд бору?

>> 5. Ці ёсць іншыя формы нітрыду бору, акрамя кубічнага нітрыду бору?

Калі гаворка ідзе пра звышшарныя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца ў прамысловых дадатках, такіх як рэжучыя інструменты, абразівы і ўстойлівыя да зносу, як нітрыд бору, так і Карбід вальфраму ўваходзіць у лік лепшых прэтэндэнтаў. Аднак яны значна адрозніваюцца ў сваіх крыштальных структурах, цвёрдасці, цеплавой устойлівасці і тыповых ужываннях. У гэтым артыкуле вывучаецца цвёрдасць і іншыя адпаведныя ўласцівасці нітрыду бору (асабліва кубічнага нітрыду бору) і карбіду вальфраму, параўноўваючы іх моцныя і слабыя бакі, каб адказаць на пытанне: што складаней, нітрыд бору або карбід вальфраму?

Разуменне нітрыду бору

Нітрыд бору (БН) - гэта злучэнне з атамаў бору і азоту, якія існуюць у некалькіх крышталічных формах, якія праяўляюць значна розныя ўласцівасці.

Формы нітрыду бору

- Шасцікутны нітрыд бору (H-BN): аналагічны графіту ў структуры, ён мяккі і змазаны з моцнымі кавалентнымі сувязямі ў пластах, але слабая сувязь паміж пластамі.

-Кубічны нітрыд бору (C-BN): мае алмазпадобную кубічную крышталічную структуру, што робіць яго надзвычай цвёрдым і тэрмічна стабільным.

- Нітрыд Wurtzite Boron (W-BN): шасцігранная форма структурна падобная на Lonsdaleite (шасцігранны алмаз), з цвёрдасцю патэнцыйна перавышае алмаз.

Цвёрдасць і ўласцівасці кубічнага нітрыду бору

Кубічны нітрыд бору - другі самы цвёрды матэрыял, вядомы пасля алмаза, з цвёрдасцю MOHS прыблізна ад 9,5 да 10. Яго цвёрдасць Вікерса можа дасягнуць да 4800 HV, што значна вышэй, чым карбід вальфраму (каля 2400 hv). CBN таксама хімічна стабільны і захоўвае сваю цвёрдасць пры высокіх тэмпературах, што робіць яго ідэальным для разразання загартаваных сталі і абразіўных умоў.

Цвёрдасць CBN вынікае з яго моцнай кавалентнай сувязі ў кубічнай рашотцы, падобнай на алмаз, але з лепшай цеплавой і хімічнай устойлівасцю пры апрацоўцы чорных матэрыялаў. Полікрышталічная C-BN з зернямі памеру нанаметраў можа праяўляць цвёрдасць, супастаўную альбо перавышаючы алмаз.

Цеплавыя і электрычныя ўласцівасці

Нітрыд бору, асабліва C-BN, мае выдатную цеплаправоднасць сярод электрычных ізалятараў і вытрымлівае вельмі высокія тэмпературы (да 2350 ° С механічна). Ён таксама дэманструе шырокія паўправадніковыя ўласцівасці дыяпазону, выпраменьваючы ўльтрафіялетавае святло пад напружаннем, што адкрывае прыкладанні за межамі цвёрдасці, напрыклад, святлодыёдаў і лазераў.

Разуменне карбіду вальфраму

Карбід вальфраму (WC) - гэта злучэнне атамаў вальфраму і вугляроду ў шасціграннай крышталічнай рашотцы. Ён шырока выкарыстоўваецца ў прамысловай тэхніцы, рэжучых інструментах, майнингах і нашэння дэталяў з -за яго высокай цвёрдасці і трываласці.

Цвёрдасць і механічныя ўласцівасці

Карбід вальфраму мае цвёрдасць Mohs каля 9 да 9,5, а цвёрдасць Вікерса прыблізна 2400 HV. Гэта надзвычай жорсткі, з модулем маладых паміж 530 і 700 ГПа, прыблізна ў тры разы больш за сталь. Яго шчыльнасць высокая (~ 15 г/см3;), што спрыяе яго надзейнасці.

WC з'яўляецца жорсткім і можа быць праніклівы кобальтам, каб палепшыць трываласць разбурэння, збалансаванне цвёрдасці і далікатнасці. Гэта цяжэй, чым большасць сталі і керамікі, але ўсё яшчэ мякчэй, чым кубічны нітрыд бору.

Цеплавая і хімічная ўстойлівасць

WC мае высокую тэмпературу плаўлення (~ 2780 ° С) і добрую цеплаправоднасць (~ 110 Вт/м · К). Аднак ён акісляецца, пачынаючы з 500–600 ° С і раскладаецца пры вельмі высокіх тэмпературах. Ён хімічна стабільны супраць многіх кіслот, але можа падвяргацца нападу сумесямі, такімі як гідрофторивая кіслата і азотная кіслата.

Падрабязныя крышталічныя структуры і сувязь

Выключная цвёрдасць кубічнага нітрыду бору (C-BN) і карбіду вальфраму (WC) можна аднесці да іх унікальных крыштальных структур і характару атамнай сувязі ў гэтых структурах.

- Кубічны нітрыд бору: прымае крышталічную структуру цынку-Блендэ, падобную на алмаз, дзе кожны атам бору тэтраэдральна ўзгоднены з чатырма атамамі азоту і наадварот. Гэтая моцная кавалентная сувязь сеткі прыводзіць да жорсткай рашоткі, якая супрацьстаіць дэфармацыі. Моцныя накіраваныя сувязі ў C-BN спрыяюць яго высокай цвёрдасці і цеплавой стабільнасці.

- Карбід вальфраму: крышталізуецца ў шасціграннай закрытай структуры, дзе атамы вальфрама і вугляроду шчыльна спакаваны. Звязванне ў WC - гэта сумесь кавалентнага, металічнага і іённага характару, што забяспечвае баланс паміж цвёрдасцю і цвёрдасцю. Металічны кампанент злучэння дазваляе пэўнай ступені пластычнай дэфармацыі, што ўзмацняе трываласць у параўнанні з чыста кавалентнымі матэрыяламі, такімі як C-BN.

Пашыраныя прамысловыя і тэхналагічныя прыкладанні

Акрамя рэжучых інструментаў і абразіў, як нітрыд бору, так і карбід вальфраму знаходзіць выкарыстанне ў розных перадавых тэхналагічных галінах.

- Кубічны нітрыд бору: выкарыстоўваецца ў высокапрадукцыйных пакрыццях для аэракасмічных кампанентаў з-за яго ўстойлівасці да акіслення і тэрмічнай дэградацыі. Ён таксама выкарыстоўваецца ў электронных прыладах у якасці падкладкі для высокамагутнай, высокачашчынных паўправаднікоў з-за выдатнай цеплаправоднасці і электрычных ізаляцыйных уласцівасцей. Акрамя таго, C-BN выкарыстоўваецца ў дакладных шліфавальных колах і для шліфоўкі, дзе патрабуецца надзвычайная цвёрдасць.

- Карбід вальфраму: шырока выкарыстоўваецца ў вытворчасці карысных інструментаў, буравых кавалачкаў і ўстойлівых да зносу пакрыццяў. Яго трываласць робіць яго прыдатным для прымянення, якія ўключаюць уплыў і ізаляцыю. Акрамя таго, WC выкарыстоўваецца ў ювелірных вырабах як трывалы і ўстойлівы да драпін матэрыял для кольцаў і гадзін. Ён таксама служыць у фарміраванні металу і экструзіі памірае, дзе яго зносаўстойлівасць падаўжае тэрмін службы інструментаў.

Экалагічныя і эканамічныя меркаванні

Вытворчасць абодвух матэрыялаў прадугледжвае энергапра інтэжыраваныя працэсы.

-Кубічны нітрыд бору: Сінтэз звычайна патрабуе метадаў высокага ціску, высокатэмпературных (HPHT), якія спажываюць значную энергію і патрабуюць спецыялізаванага абсталявання. Складанасць вытворчасці спрыяе яго большай кошту і абмежаванай даступнасці.

- Карбід вальфраму: Вытворчасць прадугледжвае спяканне вальфраму і вугляродных парашкоў, што менш энергаспацэнка, але ўсё яшчэ патрабуе ўважлівага кантролю над умовамі. WC з'яўляецца больш даступным і шырока даступным, што робіць яго матэрыялам выбару для многіх прамысловых прыкладанняў.

З пункту гледжання навакольнага асяроддзя, здабыча і ўдакладненне рэсурсаў вальфраму і бору аказваюць экалагічны ўплыў. Перапрацоўка інструментаў карбіду вальфраму звычайна для зніжэння спажывання адходаў і рэсурсаў. Даследаванне метадаў больш зялёнага сінтэзу для C-BN працягваецца для зніжэння яго экалагічнага след.

Будучыя даследаванні і распрацоўкі

Даследаванні працягваюцца ў паляпшэнні метадаў сінтэзу і ўласцівасцей супергарных матэрыялаў.

- Нітрыд бору: намаганні засяроджваюцца на атрыманні большага, без дэфектаў крышталяў кубічных і вурцытаў, каб у поўнай меры выкарыстаць свой патэнцыял цвёрдасці. Наноструктура і кампазітныя матэрыялы, якія ўключаюць C-BN, імкнуцца павысіць трываласць пры захаванні цвёрдасці. Новыя метады сінтэзу, такія як хімічная паравая адкладанне (ССЗ), вывучаюцца для стварэння тонкіх плёнак і пакрыццяў з найвышэйшай працаздольнасцю.

- Карбід вальфраму: Даследаванне накіравана на паляпшэнне ўстойлівасці да акіслення і цеплавой устойлівасці за кошт легу і прасунутых пакрыццяў. Гібрыдныя матэрыялы, якія спалучаюць туалет з іншай керамікай або металамі, распрацоўваюцца для аптымізацыі прадукцыйнасці для канкрэтных прыкладанняў. Таксама вядуцца новаўвядзенні ў матэрыялах злучных рэчываў, напрыклад, замена кобальту на менш таксічных альтэрнатывах.

Механічныя ўласцівасці і прадукцыйнасць у розных умовах

Прадукцыйнасць C-BN і WC вар'іруецца ў розных механічных і экалагічных умовах.

- Кубічны нітрыд бору: падтрымлівае сваю цвёрдасць пры падвышанай тэмпературы, што робіць яго ідэальным для хуткаснай апрацоўкі, дзе выпрацоўка цяпла з'яўляецца значным. Яго хімічная інертнасць перашкаджае дэградацыі ў агрэсіўных умовах, што дазваляе больш працягнуць тэрмін службы інструментаў пры рэзанні жалезавых металаў.

- Карбід вальфраму: у той час як вельмі цяжка, можа акісляцца і дэградаваць пры тэмпературы вышэй за 500–600 ° С, абмяжоўваючы яго выкарыстанне ў высокатэмпературных прыкладаннях. Аднак яго цудоўная трываласць дазваляе яму паглынаць удары і супрацьстаяць пералому лепш, чым C-BN, што больш далікатна. Гэтая трываласць робіць туалет пераважным у дадатках, дзе распаўсюджаны механічны шок.

Кароткая інфармацыя аб ключавых адрозненнях

Выснова

У бітве цвёрдасці паміж нітрыдам бору і карбідам вальфраму, кубічны нітрыд бору відавочна вылучаецца як больш жорсткі матэрыял, з цвёрдасцю MOHS ад 9,5 да 10 і цвёрдасці Вікерса амаль удвая большы за карбід вальфраму. Яго цудоўная цеплавая ўстойлівасць і хімічная ўстойлівасць робяць яго незаменным для разразання загартаваных сталі і абразіўных задач апрацоўкі, калі інструменты для карбіду вальфраму могуць выйсці з ладу.

Аднак карбід вальфраму застаецца універсальным, жорсткім і эканамічна эфектыўным матэрыялам, які выкарыстоўваецца ў прамысловасці. Яго цвёрдасць уражвае, але не пераўзыходзіць нітрыд кубічнага бору. Такім чынам, для прыкладанняў, якія патрабуюць максімальнай цвёрдасці і цеплавой устойлівасці, нітрыд кубічнага бору з'яўляецца пераважным выбарам, у той час як карбід вальфраму спрыяе, дзе трываласць і эканамічная эфектыўнасць з'яўляюцца прыярытэтамі.

Часта задаюць пытанні (FAQ)

1. У чым галоўная розніца паміж нітрыдам бору і карбідам вальфраму з пункту гледжання цвёрдасці?

Кубічны нітрыд бору значна складаней, чым карбід вальфраму, з цвёрдасцю MOHS каля 9,5–10 у параўнанні з 9–9,5 вальфрамавага карбіду. Яго цвёрдасць Вікерса таксама значна вышэйшая, што робіць яго больш устойлівым да зносу ў патрабавальных дадатках.

2. Ці можа карбід вальфраму быць цяжэй, чым нітрыд бору пры любых умовах?

Не, унутраная цвёрдасць карбіду вальфрама ніжэй, чым кубічны нітрыд бору. Аднак карбід вальфраму забяспечвае лепшую трываласць і менш далікатны, што можа быць выгадным у залежнасці ад прыкладання.

3. Чаму кубічны нітрыд бору аддаецца перавагу над карбідам вальфраму для рэзкі загартаваных сталі?

Кубічны нітрыд бору падтрымлівае сваю цвёрдасць і хімічную ўстойлівасць пры высокіх тэмпературах і супрацьстаіць носіце лепш пры апрацоўцы жалезавых матэрыялаў, што можа хутчэй пагоршыць інструменты для карбіду вальфраму.

4. Ці танней карбід вальфраму танней, чым кубічны нітрыд бору?

Так, карбід вальфраму, як правіла, менш дарагі і прасцей, што робіць яго больш распаўсюджаным у многіх прамысловых інструментах, дзе надзвычайная цвёрдасць не з'яўляецца асноўным патрабаваннем.

5. Ці ёсць іншыя формы нітрыду бору, акрамя кубічнага нітрыду бору?

Так, шасцікутны нітрыд бору (H-BN)-гэта больш мяккая форма, якая выкарыстоўваецца ў якасці змазкі, а нітрыд Wurtzite Boron (W-BN)-рэдкая форма, якая можа быць яшчэ больш складанай, чым алмаз, але цяжка сінтэзаваць у чыстым выглядзе.