Меню за съдържание
● Въведение в волфрамовия карбид
● Химическа формула и структура
>> Атомна структура
>> Други волфрамови карбиди
● Физически и химични свойства
>> Ключови физически свойства
>> Химични свойства
>> Механични свойства
>> Топлинни и електрически свойства
● Как се прави волфрамов карбид?
>> 1. Суровини
>> 2. Намаляване и карбуризация
>> 3. Прахова металургия и синтероване
>> 4. Оформяне и довършителни работи
>> 5. Контрол на качеството
● Приложения на волфрамов карбид
>> Индустриални приложения
>> Специализирани приложения
>> Ежедневието
● Предимства и ограничения
>> Предимства
>> Ограничения
● История и развитие
● Въздействие и рециклиране на околната среда
>> Загриженост за околната среда
>> Рециклиране
● Бъдещи тенденции в волфрамовия карбид
● Заключение
● Често задавани въпроси: Волфрамов карбид
>> 1. Каква е химическата формула за волфрамов карбид?
>> 2. Как волфрамовият карбид се сравнява със стоманата по отношение на твърдостта?
>> 3. Кои са основните индустриални приложения на волфрамовия карбид?
>> 4. Как се произвежда волфрамов карбид?
>> 5. Волфрамов карбид рециклирува ли е?
● Цитати:
Волфрамовият карбид е материал, известен със своята изключителна твърдост, издръжливост и широк спектър от индустриални приложения. Но какво точно е волфрамовият карбид и каква е химическата му формула? В тази цялостна статия ще изследваме химическата природа, синтеза, свойствата, приложенията, историята, въздействието върху околната среда и често задавани въпроси за волфрамов карбид . По пътя ще намерите множество илюстрации и диаграми, които да подобрят разбирането ви за това завладяващо съединение.
Въведение в волфрамовия карбид
Волфрамов карбид е съединение, съставено от волфрамов и въглеродни атоми в равни пропорции. Най -често се среща като фин сив прах, но може да бъде притиснат и синтерован в различни твърди форми за промишлена употреба. Неговата изключителна твърдост и устойчивост на износване го правят незаменим в производството, добива, строителството и дори бижутата.
Химическа формула и структура
Химическата формула за волфрамов карбид е WC. Тази формула показва, че всяка молекула съдържа един волфрам (W) атом и един въглерод (С) атом.
Атомна структура
- Волфрам (W): Атомно номер 74, преходен метал, известен с високата си точка на топене.
- Въглерод (в): Атомно номер 6, неметал, който образува различни съединения.
В волфрамовия карбид тези атоми са подредени в шестоъгълна кристална структура при стайна температура (α-WC), въпреки че при високи температури може да съществува кубична форма (β-WC) при високи температури.
Други волфрамови карбиди
Докато WC е най -често срещаната и търговска форма, друго съединение, волфрамов полукарбид (W₂C), също съществува, но е по -малко широко използвано. W₂C има различна стехиометрия и малко различни свойства, но не е толкова твърда или толкова широко приложена, колкото WC.
Физически и химични свойства
Свойствата на волфрамовия карбид го правят един от най -ценните материали в съвременната индустрия.
Основни на физическите свойства
| Стойност |
свойства |
| Химическа формула |
WC |
| Моларна маса |
195.85 g/mol |
| Кристална структура |
Шестоъгълен |
| Плътност |
15.6 g/cm³ |
| Точка на топене |
2,870 ° C (5198 ° F) |
| Точка на кипене |
6000 ° C (10 832 ° F) |
| Твърдостта на Мохс |
9–9.5 |
| Модулът на Йънг |
530–700 GPA |
| Топлинна проводимост |
110 w/(m · k) |
| Електрическо съпротивление |
0,2 μΩ · m |
Химични свойства
- Неразтворими във вода, солна киселина и сярна киселина.
- Разтворимо в смес от азотна киселина и хидрофлуорозна киселина.
- Започва да се окислява във въздуха при около 500–600 ° С.
- Реагира с хлор над 400 ° С и с флуор дори при стайна температура.
Механични свойства
Волфрамовият карбид се оценява заради комбинацията от висока якост на натиск, твърдост и устойчивост на деформация. Той може да издържи огромни сили, без да се огъва или да се счупи, което го прави идеален за приложения, включващи високо налягане или въздействие.
Топлинни и електрически свойства
Волфрамовият карбид проявява добра топлопроводимост, което му позволява да разсейва топлината ефективно по време на операции за рязане или пробиване. Освен това има ниско електрическо съпротивление, което е полезно при определени електронни и електрически приложения.
Как се прави волфрамов карбид?
Синтезът на волфрамов карбид включва няколко стъпки, като се разчита предимно на прахообразна металургия.
1. Суровини
- Волфрамова руда: Преработена в амониев паратунгстат (APT), след това волфрамов оксид.
- Източник на въглерод: Графит или въглеродно черно.
2. Намаляване и карбуризация
- Волфрамовият оксид се свежда до метален волфрамов прах във водородна атмосфера.
- Волфрамовият прах се смесва с въглерод и се нагрява до 1400–2 000 ° C, образувайки WC чрез карбуризация.
W+C → WC
3. Прахова металургия и синтероване
- WC прахът се смесва с свързващо вещество, обикновено кобалт, за да се подобри здравината.
- Сместа се натиска във форма и се синтезира при високи температури (1,400–1,600 ° C), където свързващото вещество се разтопява и циментира частиците заедно.
4. Оформяне и довършителни работи
След синтероване, частите от волфрамов карбид могат да претърпят шлайфане, привличане или полиране за постигане на прецизни размери и повърхностни облицовки. Поради своята твърдост само инструментите за диамант или кубичен бор с нитрид могат ефективно да обработват волфрамов карбид.
5. Контрол на качеството
Готовите продукти се проверяват строго за плътност, твърдост, микроструктура и точност на размерите, за да се гарантира, че те отговарят на строгите стандарти в индустрията.
Приложения на волфрамов карбид
Уникалната комбинация на волфрамов карбид от твърдост, сила и химическа стабилност го прави безценен в много сектори.
Индустриални приложения
- Режещи инструменти: Пробиване на парчета, фрезови резачки, ножове за триони и стругови инструменти.
- Добив и конструкция: Борки за скални свредла, инструменти за разкопки и устойчиви на износване части.
- Аерокосмическо пространство: компоненти на двигателя и лопатки на турбината.
- Нефт и газ: сондажно оборудване и клапани.
- Електроника: Прецизни компоненти и контакти.
- Бижута: пръстени и часовници, ценени за тяхната съпротива и блясък на драскотината.
Специализирани приложения
- Брониционни боеприпаси: Поради своята плътност и твърдост, волфрамов карбид се използва във военни снаряди.
- Хирургически инструменти: Някои хирургични инструменти са направени от волфрамов карбид за прецизност и издръжливост.
- Ядрена технология: Волфрамовият карбид се използва в контролни пръти и екраниращи материали поради стабилността му при радиация.
Ежедневието
Волфрамовият карбид се намира и в ежедневни предмети като риболовни тежести, спортно оборудване и дори при някои химикалки от висок клас.
Предимства и ограничения
Предимства
- Изключителна твърдост: Втори само за диамант по скалата на MOHS.
- Устойчивост на износване: запазва остротата и се съпротивлява на абразията.
- Висока точка на топене: Подходящ за приложения с висока температура.
- Корозионна устойчивост: стабилна в повечето среди.
- Размерна стабилност: поддържа формата при тежки натоварвания и високи температури.
Ограничения
- Бритълност: Може ли да се счупи при изключително въздействие или стрес.
- Трудно за машиниране: Изисква се инструменти за диамант или кубичен бор за оформяне.
- Разходи: По -скъпо от стоманата или други общи инструментални материали.
- Тегло: Неговата висока плътност го прави по -тежък от много алтернативни материали.
История и развитие
Историята на волфрамовия карбид датира от началото на 20 век. През 1923 г. немската компания Krupp разработва първия практически метод за производство на циментиран карбид (WC с кобалтово свързващо вещество), като революционизира индустрията за създаване на инструменти. Тази иновация даде възможност за масово производство на високоскоростни инструменти за рязане, което драстично подобри ефективността и прецизността на производството.
През десетилетията напредъкът в металургията на прах, химията на свързващото вещество и технологията за синтероване допълнително подобри работата и гъвкавостта на волфрамовия карбид. Днес той е критичен материал в индустриите, вариращи от добив до аерокосмическо пространство.
Въздействие и рециклиране на околната среда
Загриженост за околната среда
Извличането и обработката на волфрамовата руда може да има значително въздействие върху околната среда, включително нарушаване на местообитанията, замърсяване на водата и консумация на енергия. Използването на кобалт като свързващо вещество също повдига етични и екологични въпроси, тъй като добивът на кобалт е свързан с правата на човека и екологичните проблеми в някои региони.
Рециклиране
За щастие, волфрамовият карбид е силно рециклируем. Инструментите и компонентите на скрап могат да бъдат събрани, смазани и химически обработени, за да се възстанови волфрам и кобалт за повторна употреба. Рециклирането не само съхранява ценни ресурси, но също така намалява екологичния отпечатък на производството на волфрамов карбид.
Процес на рециклиране:
1. Колекция от материали за скрап карбид.
2. Раздробяване и фрезоване на фин прах.
3. Химическа обработка за отделяне на волфрамовата и кобалт.
4. Пречистване и повторна употреба в нови продукти.
Бъдещи тенденции в волфрамовия карбид
С напредването на технологиите търсенето на материали с превъзходни характеристики на производителността продължава да нараства. Изследователите изследват нови материали за свързване, нано структурирани карбиди и композитни системи, за да подобрят по-нататъшното устойчивост, устойчивостта на износване и гъвкавостта на волфрамовия карбид.
Възникващите приложения включват:
- Адитивно производство (3D печат) на компоненти на волфрамов карбид.
- Покрития за режещи инструменти за удължаване на експлоатационния живот.
- Разширена електроника и микромеханични системи (MEMS).
Текущото развитие на практиките за устойчиво минно дело и рециклиране също ще играе решаваща роля в бъдещето на волфрамовия карбид.
Заключение
Волфрамовият карбид, с химическата формула WC, стои като крайъгълен материал в съвременната индустрия поради неговата несравнима твърдост, издръжливост и устойчивост на износване и топлина. Синтезът му чрез модерни прахови металургични техники и способността му да бъде съобразена с свързващи вещества като кобалт го направиха незаменим за режещи инструменти, минното оборудване, аерокосмическото пространство, електрониката и дори бижутата. Въпреки че има някои ограничения, по -специално неговата мрачност и разходи, ползите далеч надвишават недостатъците за много взискателни приложения. С напредването на технологиите волфрамовият карбид несъмнено ще продължи да играе жизненоважна роля за оформянето на инструментите и компонентите, които стимулират напредъка в индустриите.
Често задавани въпроси: Волфрамов карбид
1. Каква е химическата формула за волфрамов карбид?
Химическата формула за волфрамов карбид е WC, което показва съотношение 1: 1 на волфрамовата и въглеродните атоми.
2. Как волфрамовият карбид се сравнява със стоманата по отношение на твърдостта?
Волфрамовият карбид е значително по -труден от стоманата, класирайки 9–9,5 по скалата на MOHS, докато повечето стомани са около 4–5. Това прави волфрамовия карбид много по-устойчив на износване и подходящ за приложения за рязане и пробиване.
3. Кои са основните индустриални приложения на волфрамовия карбид?
Волфрамовият карбид се използва широко за режещи инструменти, оборудване за добив и сондиране, устойчиви на износване машини, аерокосмически компоненти и бижута поради неговата изключителна твърдост и издръжливост.
4. Как се произвежда волфрамов карбид?
Волфрамовият карбид се произвежда чрез реагиране на метален прах от волфрамов с въглерод при високи температури (1,400–2 000 ° С), последвано от прахообразни металургични процеси, като смесване със свързващо вещество и синтероване за образуване на твърди форми.
5. Волфрамов карбид рециклирува ли е?
Да, волфрамовият карбид е рециклируем. Скрап и износени инструменти могат да бъдат обработени, за да се възстанови ценния волфрам и въглерод, намалявайки отпадъците и запазването на ресурсите.
Цитати:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten_carbide
[2] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[3] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-.html
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] https://www.retopz.com/57-frequency-asked-questions-faqs-about thungsten-carbide/
[6] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[7] https://www.wj-tool.com/material
[8] https://www.carbide-part.com/blog/tungsten-carbide-materials-characteristics-advantages-and-chrichery-applications-analysis/
[9] https://www.chemicalbook.com/chemicalproductproperty_en_cb2174365.htm
[10] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[11] https://shop.machinemfg.com/the-pros-and-cons-of-wungsten-carbide-a-comprective-guide/
[12] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[13] https://softschools.com/formulas/chemistry/tungsten_iv_carbide_formula/462/
[14] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/tungsten_carbide
[15] https://echa.europa.eu/registration-dossier/-/registered-dossier/15382
[16] https://www.thermofisher.com/order/catalog/product/tw/zt/012482.22
[17] https://www.hitechseals.com/includes/pdf/tungsten_carbide.pdf
[18] https://grafhartmetall.com/en/what-is-nungsten-carbide/
[19] https://www.harcourt.co/overview_documents/tungsten%20carbide%20data%20sheet.pdf
[20] https://www.chemicalbull.com/products/tungsten-carbide
[21] https://www.imetra.com/tungsten-carbide-material-properties/
[22] https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/tungsten-carbide
[23] https://preview.fishersci.no/shop/products/tungsten-carbide-99-5-metals-basis-alfa-aesar-2/p-4904562
[24] https://www.azom.com/properties.aspx?articleid=1203
[25] https://rrcarbide.com/understanding thungsten-carbide-composition-uses-and-expertise/
[26] https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E7%A2%E5%96%E9%8E 9A2
[27] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+Carbide
[28] https://www.shutterstock.com/search/tungsten
[29] https://commons.wikimedia.org/wiki/file:-Alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg
[30] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[31] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten-carbide
[32] https://www.basiccarbide.com/tungsten-carbide-grade-chart/
[33] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[34] https://www.shutterstock.com/search/tungsten-carbide
[35] https://stock.adobe.com/search?k=carbide
[36] https://www.dymetalloys.co.uk/what-is-nungsten-carbide/grade-chart
[37] https://next-gen.materialsproject.org/materials/mp-1894
[38] https://www.gettyimages.hk/%e5%9c%96%89%87/tungsten-carbide
[39] https://theartisanrings.com/pages/tungsten-rings-faqs
[40] https://www.tungstenringsco.com/faq
[41] https://www.tungstenrepublic.com/tungsten-carbide-rings-faq.html
[42] https://eternaltools.com/blogs/tutorials/tungsten-carbide-an-informative-guide
[43] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx?nid=298
[44] https://www.tungco.com/insights/blog/frequency-asked-questions-used thungsten-carbide-inserts/
[45] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/use.html
[46] https://unbreakableman.co.za/pages/all-about-nungsten-carbide-faq
[47] https://etrnl.com.au/blogs/news/answering-all-of-your-questions-about-nungsten-rings
[48] https://www.carbidetek.com/faqs/
[49] https://www.ipsceramics.com/wp-content/uploads/2022/01/hsds-14 thungsten-carbide-issue-1.pdf
[50] https://tuncomfg.com/about/faq/
[51] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s==0=0276x
[52] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s==1=07787
[53] https://www.endmills-wotek.com/en/blog/detail/39
[54] https://www.hdtools.com.tw/application/semiconductor-industry.html
[55] https://echa.europa.eu/substance-information/-/substanceinfo/100.031.918
[56] https://www.mmc-carbide.com/cn/download/magazine/vol03/tec_vol03
[57] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1003632620653316
[58] https://www.hdtools.com.tw/application/home-appliance-industry.html
[59] https://www.sciencedirect.com/topics/physics-and-astronomy/tungsten-carbide
[60] https://tapmatic.com/product-line-msds-carbide-stylus-material.ydev
[61] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[62] https://www.gettyimages.hk/%E5%9C 96 9 99 987/tungsten-carbide?page=2
[63] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide-drill-bits
[64] https://en.wikipedia.org/wiki/File:-Alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg
[65] https://create.vista.com/photos/tungsten-carbide/
[66] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
[67] https://www.totalmateria.com/en-us/articles/tungsten-carbide-metals-1/
[68] https://www.thermalspray.com/questions-nungsten-carbide/
[69] https://powder.samaterials.com/tds/sc/1733388175-dp1931.pdf
[70] https://en.wikipedia.org/wiki/Tungsten_carbide
[71] https://nj.gov/health/eoh/rtkweb/documents/fs/1960.pdf
[72] https://www.skyquestt.com/report/tungsten-carbide-market
[73] https://www.scielo.br/j/mr/a/ykbsbhjcfswn7xtfbwzcmqj/?lang=en
[74] https://generalcarbide.com/pdf/general-carbide-designers-guide thungsten-carbide.pdf
[75] https://hpvchemicals.oecd.org/ui/handler.axd?id=ed1c76bf-dad9-4baa-8d1b-70fed7f92862
