Меню за съдържание
● Въведение
● Разбиране на твърдостта
>> Определение за твърдост
>> Измерване на твърдост
>>> MOHS скала
>>> Тест за твърдост на Vickers
● Волфрамов карбид: свойства и характеристики
>> Композиция и структура
>> Твърдост на волфрамовия карбид
>> Приложения на волфрамов карбид
● Диамант: Най -трудното естествено вещество
>> Формиране и структура
>> Твърда на диаманта
>> Приложения на диамант
● Сравняване на волфрамов карбид и диамант
>> Сравнение на твърдост
>> Други сравнения на собствеността
>>> Здравина
>>> Топлинна проводимост
>>> Разходи
● Приложения, където твърдостта има значение
>> Индустриални инструменти за рязане
>> Сондажно оборудване
>> Устойчиви на износване покрития
>> Бижута
● Фактори, влияещи върху твърдостта
>> Чистота и състав
>> Кристална ориентация
>> Процес на производство
● Погрешни схващания относно твърдостта
>> Твърдостта се равнява на неразрушимостта
>> Твърдостта е единствената важна собственост
>> Всички диаманти са еднакво трудни
● Бъдещи развития
>> Синтетични супер-твърди материали
>> Нанокомпозити
● Заключение
● Често задавани въпроси
>> 1. Може ли волфрамов карбид да надраска диамант?
>> 2. Защо волфрамовият карбид се използва вместо диамант в някои приложения?
>> 3. Има ли материали по -трудни от Diamond?
>> 4. Как цената на волфрамовия карбид се сравнява с диаманта?
>> 5. Може ли волфрамов карбид да се използва в бижута като диаманти?
● Цитати:
Въведение
Светът на науката за материалите е изпълнен със завладяващи вещества, като всяко се гордее с уникални свойства, които ги правят подходящи за различни приложения. Сред тях, Волфрамов карбид и диамант се открояват като два от най -трудните материали, известни на човечеството. И двамата са привлекли значително внимание за своята изключителна твърдост и издръжливост, което води до широко използване в индустриални и потребителски приложения. Често често възниква често срещан въпрос: по -труден ли е волфрамовият карбид от диаманта? Тази статия има за цел да проучи в дълбочина тази заявка, сравнявайки свойствата на тези два забележителни материала и хвърляне на светлина върху съответните им силни страни и приложения.
Разбиране на твърдостта
Преди да се задълбочим в сравнението между волфрамовия карбид и диаманта, е от решаващо значение да разберем какво имаме предвид под 'твърдост ' в материалознанието.
Определение за твърдост
Твърдостта е мярка за устойчивостта на материала към локализирана деформация, обикновено причинена от вдлъбнатина или надраскване. Това е важно свойство, което определя колко добре може да издържи на износване материал, както и пригодността му за различни приложения.
Измерване на твърдост
Няколко скали се използват за измерване на твърдостта, като скалата на MOHS и тестът за твърдост на Викерс са сред най -често срещаните.
MOHS скала
Скалата на MOHS, разработена през 1812 г. от немския минералозист Фридрих Мохс, оценява твърдостта на материалите в скала от 1 до 10. Всяко число представлява способността на материала да надраска материали, носена по -ниска по скалата.
Тест за твърдост на Vickers
Тестът за твърдост на Vickers осигурява по -прецизно измерване на твърдостта. Тя включва натискане на индентор във формата на диамант в материал с известна сила и измерване на размера на полученото отстъп.
Волфрамов карбид: свойства и характеристики
Волфрамов карбид е съединение на волфрамовата и въглеродните атоми в съотношение 1: 1. Известен е със своята изключителна твърдост и устойчивост на износване, което го прави популярен избор за различни индустриални приложения.
Композиция и структура
Волфрамовият карбид обикновено се състои от волфрамови карбидни зърна, държани заедно от материал за свързване, често кобалт. Тази композиция му придава уникална комбинация от твърдост и здравина [1].
Твърдост на волфрамовия карбид
В скалата на MOHS, коефициентът на карбид от волфрамов между 8,5 и 9,5, в зависимост от точния му състав [2]. Това го поставя сред най -трудно известните материали, втори само на няколко вещества, включително Diamond.
Приложения на волфрамов карбид
Поради своята твърдост и устойчивост на износване, волфрамовият карбид намира употреба в:
1. Инструменти за рязане за металообработване
2. Оборудване за минно и пробиване
3. Компоненти, устойчиви на износване в машините
4. Бижута и производство на часовници
Диамант: Най -трудното естествено вещество
Diamond, алотроп на въглерод, е известен като най -трудното естествено вещество на земята.
Формиране и структура
Диамантите се образуват дълбоко в земята при екстремно налягане и температурни условия. Тяхната кристална структура, като всеки въглероден атом се свързва с четири други в тетраедрична подредба, допринася за тяхната изключителна твърдост [7].
Твърда на диаманта
Diamond седи в горната част на скалата на MOHS с рейтинг 10. По скалата на Vickers Diamond може да има стойност на твърдост до 10 000 HV, въпреки че това може да варира в зависимост от специфичния диамант [7] [18].
Приложения на диамант
Диамантите се използват в:
1. Инструменти за рязане и смилане
2. Експерименти с високо налягане
3. Бижута
4. Определени електронни приложения
Сравняване на волфрамов карбид и диамант
Сега, когато проучихме свойствата и на двата материала, нека директно сравняваме волфрамовия карбид и диаманта по отношение на твърдост и други съответни характеристики.
Сравнение на твърдост
Докато и двата материала са изключително трудни, диамантът наистина е по -труден от волфрамовия карбид. В скалата на MOHS диамантът оценява 10, докато волфрамовият карбид обикновено оценява между 8,5 и 9,5 [2] [7].
Други сравнения на собствеността
Здравина
Докато Diamond е по -труден, волфрамовият карбид като цяло е по -строг. Издръжливостта се отнася до способността на материала да абсорбира енергия преди разрушаване. Композитната структура на волфрамовия карбид на зърната с твърд карбид в твърдо метално свързващо вещество му придава превъзходна ярост в сравнение с диаманта [1] [18].
Топлинна проводимост
Диамантът има по -висока топлопроводимост от волфрамовия карбид. Този имот прави диаманта отличен за разсейване на топлина в режещите инструменти [18].
Разходи
Волфрамовият карбид като цяло е по-евтин от диаманта, което го прави по-рентабилен избор за много приложения, при които се изисква изключителна твърдост, но твърдостта на нивото на диамант не е необходима [21].
Приложения, където твърдостта има значение
Изключителната твърдост както на волфрамовия карбид, така и на диаманта ги прави ценни в различни приложения, където съпротивлението на износване е от решаващо значение.
Индустриални инструменти за рязане
И двата материала се използват в инструментите за рязане, но за различни цели. Волфрамовият карбид често се използва за рязане на метали, докато диамантът е предпочитан за рязане на изключително твърди материали като керамика или други диаманти [24].
Сондажно оборудване
В нефтената и газовата промишленост и двата материала се използват в свредлото. Диамантът често се използва под формата на поликристални диамантени компактни (PDC) битове за пробиване през твърди скални образувания [4].
Устойчиви на износване покрития
И двата материала могат да се използват като покрития за подобряване на устойчивостта на износване на различни компоненти. Покритията на диамантените въглеродни (DLC) са особено популярни в някои приложения [18].
Бижута
Докато диамантите традиционно се използват в фини бижута, волфрамовият карбид придоби популярност през последните години за сватбените групи за мъже поради своята издръжливост и устойчивост на драскотини [16].
Фактори, влияещи върху твърдостта
Важно е да се отбележи, че твърдостта както на волфрамовия карбид, така и на диаманта може да варира в зависимост от няколко фактора:
Чистота и състав
За волфрамовия карбид съотношението на волфрамовия към въглерод и вида и количеството на използвания материал за свързващо вещество може да повлияе на неговата твърдост. За диамантите наличието на примеси или дефекти в кристалната структура може да повлияе на твърдостта [1] [18].
Кристална ориентация
При диаманти твърдостта може да варира леко в зависимост от ориентацията на кристала. Някои посоки в кристала са малко по -трудни от други [18].
Процес на производство
За синтетични диаманти и волфрамов карбид производственият процес може да повлияе на крайната твърдост. Фактори като температура на синтероване и налягане могат да повлияят на свойствата на крайния продукт [6].
Погрешни схващания относно твърдостта
Има няколко често срещани погрешни схващания относно материалната твърдост, които си струва да се обърнете към:
Твърдостта се равнява на неразрушимостта
Докато и волфрамовият карбид, и диамантът са изключително трудни, нито едното не е неразрушимо. И двете могат да бъдат счупени или чипирани с достатъчна сила [10] [18].
Твърдостта е единствената важна собственост
Въпреки че твърдостта е от решаващо значение за много приложения, други свойства като здравина, топлопроводимост и цена често са еднакво важни при избора на материал за конкретна употреба [21] [24].
Всички диаманти са еднакво трудни
Естествените диаманти могат да варират по твърдост в зависимост от техните условия на образуване и наличието на примеси. Дори са създадени някои синтетични диаманти, които са по -трудни от естествените диаманти [13].
Бъдещи развития
Изследванията в материалознанието продължават да прокарват границите на възможното по отношение на материалната твърдост:
Синтетични супер-твърди материали
Учените работят върху разработването на нови синтетични материали, които потенциално биха могли да надминат диаманта в твърдост. Материали като Wurtzite Boron Nitride и Lonsdaleite (шестоъгълен диамант) показват обещание в тази област [17].
Нанокомпозити
Изследователите изследват нанокомпозитни материали, които комбинират твърдостта на материали като диамант или волфрамов карбид с здравината на други материали, като потенциално създават вещества с оптимален баланс на свойствата [6].
Заключение
В заключение, докато волфрамовият карбид наистина е един от най -трудните материали, известни на човека, той не е по -труден от диаманта. Диамантът остава най-трудното естествено вещество, с MOHS твърдост от 10 в сравнение с 8,5-9,5 на волфрамовия карбид. Това обаче не означава, че Diamond винаги е по -добрият избор за всички приложения. Комбинацията от волфрамов карбид от изключителна твърдост и превъзходна здравина го прави идеален за много индустриални и потребителски приложения, където бритота на Diamond може да бъде недостатък.
Изборът между волфрамов карбид и диамант често се свежда до специфичните изисквания на приложението, включително фактори като вида на очакваното износване, средата, в която ще се използва материалът, и съображенията за разходите. И двата материали продължават да играят решаващи роли в различни индустрии, от режещи инструменти и сондажно оборудване до бижута от висок клас.
Докато науката за материалите продължава да напредва, можем да видим разработването на нови супер твърди материали, които оспорват позицията на Diamond в горната част на скалата на твърдостта. Въпреки това, засега Diamond запазва короната си като най -трудното известно естествено вещество, като волфрамовият карбид следва отблизо като универсален и изключително ценен материал сам по себе си.
Често задавани въпроси
1. Може ли волфрамов карбид да надраска диамант?
Не, волфрамовият карбид не може да надраска диамант. Диамантът е по-труден от волфрамовия карбид по скалата на MOHS (10 срещу 8.5-9.5), което означава, че Diamond може да надраска волфрамов карбид, но не и обратно [2] [7].
2. Защо волфрамовият карбид се използва вместо диамант в някои приложения?
Волфрамовият карбид често се използва вместо диамант поради по -ниската си цена, по -голяма здравина и по -лесна производителност. Това е особено полезно в приложения, при които е необходима изключителна твърдост, но твърдостта на нивото на диамант не е необходима [21] [24].
3. Има ли материали по -трудни от Diamond?
Докато Diamond е най -трудният естествен материал, са създадени някои синтетични материали, които могат да бъдат по -трудни. Те включват Wurtzite Boron Nitride и Lonsdaleite (шестоъгълен диамант), въпреки че техните практически приложения в момента са ограничени [17].
4. Как цената на волфрамовия карбид се сравнява с диаманта?
Волфрамовият карбид като цяло е много по -евтин от диаманта. Това го прави по-рентабилен избор за много индустриални приложения, където се изисква изключителна твърдост [21].
5. Може ли волфрамов карбид да се използва в бижута като диаманти?
Да, волфрамовият карбид все повече се използва в бижута, особено в сватбените групи за мъже. Той се оценява заради своята издръжливост, устойчивост на надраскване и съвременен външен вид. Въпреки това, той няма същия блясък или огън като Diamond, така че обикновено не се използва като скъпоценен камък [16].
Цитати:
[1] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten_carbide
[3] https://www.fa.ihrcarbide.com/news/is-nungsten-carbide-stronger-than-diamond/
[4] https://create.vista.com/photos/tungsten-carbide/
[5] https://www.tungstenringsco.com/blog/2023/06/tungsten-vs-diamond/
[6] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-hardness.html
[7] https://www.gemsociety.org/article/does-diamond-hardness-matter/
[8] https://www.carbide-part.com/blog/tungsten-carbide-hardness-vs-diamond/
[9] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/
[10] https://www.rarecarat.com/blog/diamond-ring-tips/diamond-questions-we-ve-got-answers
[11] https://jewelrydepotusa.com/metal-comparison/
[12] https://www.retopz.com/57-frequency-asked-questions-faqs-about thungsten-carbide/
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/Superhard_Material
[14] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[15] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedataSheet.pdf
[16] https://www.menstungstenonline.com/tungsten-diamond-two-hardest-materials-go-nand-in-hand.html
[17] https://www.reddit.com/r/gemstones/comments/1ahga1f/what_gemstone_other_than_diamond_is_harder_than/
[18] https://en.wikipedia.org/wiki/diamond_industry
[19] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[20] https://www.minerals.net/mineral/diamond.aspx
[21] https://www.burdental.com/blog/comparison-of-dental-diamond-burs-and-dnungsten-carbide-burs
[22] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+Carbide
[23] https://www.shutterstock.com/search/diamond-hardness
[24] https://triaticinc.com/blog/the-difference-between-diamond-core-bits-carbide/
[25] https://chemistry.stackexchange.com/questions/102971/why-can-a-diamond-be-be-using-a-hammer-if-its-the-hardest-natural-substance
[26] https://eagle-dental-burs.com/blogs/articles/diamond-vs-carbide
