Μενού περιεχομένου
● Εισαγωγή
● Η φύση του καρβιδίου βολφραμίου
● Ηλεκτρική αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου
>> 1. Μορφή καρβιδίου βολφραμίου
>> 2. Σύνθεση και διαδικασία κατασκευής
>> 3.
>> 4. Εφαρμογή σε κοσμήματα
● Θερμική αγωγιμότητα καρβιδίου βολφραμίου
● Οι εφαρμογές αξιοποιούν την αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου
● Άλλες αξιοσημείωτες ιδιότητες του καρβιδίου βολφραμίου
>> Σκληρότητα και αντίσταση φθοράς
>> Δύναμη και ακαμψία
>> Αντοχή σε θερμότητα
● Μαγνητικές ιδιότητες
● Αντοχή στη διάβρωση
● Σύγκριση με άλλα υλικά
● Εφαρμογές καρβιδίου βολφραμίου
● Περιβαλλοντικές και υγειονομικές εκτιμήσεις
● Μέλλον του καρβιδίου βολφραμίου
● Σύναψη
● Συχνές ερωτήσεις
>> 1 είναι μαγνητικό καρβίδιο του βολφραμίου;
>> 2. Πώς συγκρίνεται η σκληρότητα του καρβιδίου βολφραμίου με το διαμάντι;
>> 3 Μπορεί να χρησιμοποιηθεί καρβίδιο βολφραμίου σε κοσμήματα για άτομα με μεταλλικές αλλεργίες;
>> 4. Πώς συγκρίνεται το βάρος του καρβιδίου βολφραμίου με άλλα μέταλλα;
>> 5 Είναι ανακυκλώσιμο καρβίδιο του βολφραμίου;
● Αναφορές:
Εισαγωγή
Το καρβίδιο βολφραμίου , μια ένωση βολφραμίου και άνθρακα, είναι γνωστή για την εξαιρετική σκληρότητα και ανθεκτικότητα του. Αυτό το υλικό έχει βρει ευρέως διαδεδομένες εφαρμογές σε διάφορες βιομηχανίες, από την κατασκευή και την εξόρυξη έως την κατασκευή κοσμημάτων. Ωστόσο, όταν πρόκειται για τις ηλεκτρικές του ιδιότητες, υπάρχει συχνά σύγχυση σχετικά με το αν το καρβίδιο βολφραμίου είναι αγώγιμο ή όχι. Σε αυτό το ολοκληρωμένο άρθρο, θα διερευνήσουμε την ηλεκτρική αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου, των ιδιοτήτων του και των εφαρμογών, ενώ θα αντιμετωπίσουμε τις κοινές παρανοήσεις.
Η φύση του καρβιδίου βολφραμίου
Το καρβίδιο βολφραμίου (WC) είναι ένα σύνθετο υλικό που δημιουργείται με το συνδυασμό των ατόμων βολφραμίου και άνθρακα σε συγκεκριμένη αναλογία. Οι μοναδικές του ιδιότητες προέρχονται από αυτήν την ατομική δομή, η οποία δίνει χαρακτηριστικά διαφορετικά από την καθαρή βολφραμική ή τον άνθρακα μόνο.
Ηλεκτρική αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου
Το ερώτημα εάν το καρβίδιο του βολφραμίου είναι ηλεκτρικά αγώγιμο δεν έχει απλή απάντηση ναι ή όχι. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες:
1. Μορφή καρβιδίου βολφραμίου
Στην καθαρή του μορφή, το καρβίδιο βολφραμίου είναι πράγματι ηλεκτρικά αγώγιμο. Έχει ηλεκτρική αντίσταση περίπου 20 μΩ · cm, η οποία είναι συγκρίσιμη με εκείνη ορισμένων μετάλλων [7] [17]. Αυτό σημαίνει ότι το καθαρό καρβίδιο βολφραμίου έχει ηλεκτρική αγωγιμότητα περίπου 10% εκείνη του χαλκού, η οποία θεωρείται ένα πολύ αγώγιμο μέταλλο [17].
2. Σύνθεση και διαδικασία κατασκευής
Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου μπορεί να ποικίλει ανάλογα με τη σύνθεσή του και τον τρόπο κατασκευής του. Τα περισσότερα προϊόντα καρβιδίου βολφραμίου δεν είναι κατασκευασμένα από καθαρό WC αλλά αντ 'αυτού τσιμέντο καρβίδια, τα οποία είναι σύνθετα σωματίδια καρβιδίου βολφραμίου που συγκρατούνται από ένα υλικό συνδετικού, συνήθως κοβάλτιο ή νικέλιο [5].
3.
Η ποσότητα και ο τύπος του συνδετικού υλικού που χρησιμοποιούνται σε τσιμεντοειδές καρβίδιο μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις ηλεκτρικές του ιδιότητες. Γενικά, καθώς αυξάνεται το περιεχόμενο του συνδετικού υλικού, το ίδιο συμβαίνει και με την ηλεκτρική αγωγιμότητα του υλικού [7].
4. Εφαρμογή σε κοσμήματα
Είναι ενδιαφέρον ότι, ενώ το καρβίδιο βολφραμίου είναι αγώγιμο στη βιομηχανική του μορφή, τα δακτυλίους καρβιδίου βολφραμίου και άλλα κομμάτια κοσμημάτων είναι συχνά μη αγώγιμα [1] [16]. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η διαδικασία κατασκευής για κοσμήματα περιλαμβάνει τη σκόνη και τη χύτευση του καρβιδίου βολφραμίου, το οποίο αλλάζει τη δομή του από μεταλλικό σε κεραμικό [1].
Θερμική αγωγιμότητα καρβιδίου βολφραμίου
Ενώ συζητάμε για την ηλεκτρική αγωγιμότητα, αξίζει να σημειωθεί ότι το καρβίδιο βολφραμίου έχει επίσης ενδιαφέρουσες θερμικές ιδιότητες:
- Το καρβίδιο βολφραμίου έχει θερμική αγωγιμότητα περίπου 110 W/(m · k) [5].
- Αυτό το καθιστά καλύτερο θερμικό αγωγό από ό, τι πολλοί χάλυβες, που διεξάγει θερμότητα περίπου δύο φορές πιο γρήγορα από το χαλύβδινο εργαλείο κράματος και τον ανθρακούχο χάλυβα [13] [14].
- Ωστόσο, η θερμική αγωγιμότητά του εξακολουθεί να είναι μόνο περίπου το ένα τρίτο του χαλκού [12].
Οι εφαρμογές αξιοποιούν την αγωγιμότητα του καρβιδίου βολφραμίου
Οι ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες του καρβιδίου βολφραμίου το καθιστούν κατάλληλο για διάφορες εφαρμογές:
1.
2. Οι ψύκτες θερμότητας: Η καλή θερμική αγωγιμότητά του καθιστά χρήσιμη σε εφαρμογές όπου η διάχυση της θερμότητας είναι ζωτικής σημασίας.
3. Εργαλεία κοπής: Η θερμική αγωγιμότητα βοηθά στη διάσπαση της θερμότητας που παράγεται κατά τη διάρκεια των εργασιών κοπής, την παρακολούθηση της ζωής του εργαλείου.
4. Electronics: Σε ορισμένα εξειδικευμένα ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπου απαιτούνται τόσο σκληρότητα όσο και αγωγιμότητα.
Άλλες αξιοσημείωτες ιδιότητες του καρβιδίου βολφραμίου
Ενώ η εστίασή μας είναι στην ηλεκτρική αγωγιμότητα, αξίζει να αναφέρουμε άλλες αξιοσημείωτες ιδιότητες του καρβιδίου βολφραμίου:
Σκληρότητα και αντίσταση φθοράς
Το καρβίδιο βολφραμίου είναι εξαιρετικά σκληρό, κατατάσσεται περίπου 9 έως 9,5 στην κλίμακα Mohs [5]. Αυτό το καθιστά ιδιαίτερα ανθεκτικό στη φθορά και την τριβή, συμβάλλοντας στη δημοτικότητά του στα εργαλεία κοπής και τα εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά.
Δύναμη και ακαμψία
Με το συντελεστή Young περίπου 530-700 GPa [5], το καρβίδιο βολφραμίου είναι απίστευτα άκαμπτο, περίπου δύο έως τρεις φορές άκαμπτο όπως ο χάλυβας [14].
Αντοχή σε θερμότητα
Το καρβίδιο βολφραμίου διατηρεί τις ιδιότητές του σε υψηλές θερμοκρασίες, εκτελώντας καλά μέχρι περίπου 1000 ° F (538 ° C) σε οξειδωτικές ατμόσφαιρες και έως 1500 ° F (816 ° C) σε μη οξείδωση ατμόσφαιρες [14].
Μαγνητικές ιδιότητες
Τα τσιμεντοειδή καρβίδια που περιέχουν κοβάλτιο ή συνδετικά νικελίου παρουσιάζουν σιδηρομαγνητικά χαρακτηριστικά σε θερμοκρασία δωματίου [17]. Αυτή η ιδιότητα μπορεί να είναι χρήσιμη σε ορισμένες εφαρμογές, αλλά μπορεί να χρειαστεί να ληφθεί υπόψη σε άλλα, όπου ο μαγνητισμός μπορεί να είναι προβληματικός.
Αντοχή στη διάβρωση
Τα μεμονωμένα σωματίδια καρβιδίου βολφραμίου είναι ανθεκτικά στα περισσότερα διαβρωτικά μέσα [17], καθιστώντας το υλικό κατάλληλο για χρήση σε σκληρά χημικά περιβάλλοντα.
Σύγκριση με άλλα υλικά
Για να τοποθετήσετε τις ιδιότητες του Carbide του βολφραμίου σε προοπτική, ας το συγκρίνουμε με κάποια άλλα κοινά υλικά:
| ακίνητα |
βολφραμίου |
χαλύβδινο αλουμίνιο |
χαλκού |
χαλκού |
| Ηλεκτρική αγωγιμότητα |
Μέτριος |
Χαμηλός |
Ψηλά |
Ψηλά |
| Θερμική αγωγιμότητα |
Μέτριος |
Χαμηλός |
Ψηλά |
Ψηλά |
| Σκληρότητα |
Πολύ ψηλά |
Μέτριος |
Χαμηλός |
Χαμηλός |
| Πυκνότητα |
Ψηλά |
Μέτριος |
Ψηλά |
Χαμηλός |
Εφαρμογές καρβιδίου βολφραμίου
Ο μοναδικός συνδυασμός ιδιοτήτων καθιστά πολύτιμο το καρβίδιο του βολφραμίου σε διάφορες βιομηχανίες:
1. Κατασκευή: Εργαλεία κοπής, πεθαίνουν και ανθεκτικά στη φθορά.
2. Εξόρυξη και πετρέλαιο & φυσικό αέριο: τρυπάνια και εξοπλισμός εξόρυξης.
3. Κοσμήματα: Δαχτυλίδια ανθεκτικά στις γρατζουνιές και ρολόι.
4. Αυτοκίνητα: εξαρτήματα κινητήρα και ακροφύσια έγχυσης καυσίμου.
5. Αεροδιαστημική: Τα εξαρτήματα του κινητήρα του στροβίλου και τα εξαρτήματα προσγείωσης.
Περιβαλλοντικές και υγειονομικές εκτιμήσεις
Ενώ το Carbide Tungsten προσφέρει πολλά οφέλη, είναι σημαντικό να εξεταστούν οι επιπτώσεις του περιβάλλοντος και της υγείας:
- Η εξόρυξη και η επεξεργασία του βολφραμίου μπορεί να έχει σημαντικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις.
- Η έκθεση σε σκόνη καρβιδίου βολφραμίου, ιδιαίτερα όταν συνδυάζεται με το κοβάλτιο, μπορεί να δημιουργήσει κινδύνους για την υγεία για τους εργαζόμενους σε εγκαταστάσεις παραγωγής.
- Τα κατάλληλα μέτρα ασφαλείας και η υπεύθυνη προμήθεια είναι ζωτικής σημασίας στη βιομηχανία καρβιδίου βολφραμίου.
Μέλλον του καρβιδίου βολφραμίου
Καθώς η τεχνολογία προχωράει, συνεχίζουν να εμφανίζονται νέες εφαρμογές για καρβίδιο βολφραμίου:
- Νανοτεχνολογία: Τα νανοσωματίδια καρβιδίου βολφραμίου διερευνώνται για διάφορες εφαρμογές.
- 3D Εκτύπωση: Οι εξελίξεις στην κατασκευή προσθέτων ανοίγουν νέες δυνατότητες για τη δημιουργία σύνθετων εξαρτημάτων καρβιδίου βολφραμίου.
- Βιώσιμη παραγωγή: Η έρευνα συνεχίζεται για την ανάπτυξη πιο φιλικών προς το περιβάλλον μεθόδους παραγωγής και ανακύκλωσης καρβιδίου βολφραμίου.
Σύναψη
Το καρβίδιο βολφραμίου είναι ένα συναρπαστικό υλικό με ένα σύνθετο σύνολο ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του. Ενώ το καθαρό καρβίδιο βολφραμίου είναι ηλεκτρικά αγώγιμο, τα τσιμεντοειδή καρβίδια που χρησιμοποιούνται στις περισσότερες εφαρμογές μπορεί να ποικίλουν στην αγωγιμότητα τους ανάλογα με τη σύνθεση και τη διαδικασία κατασκευής. Ο μοναδικός συνδυασμός της σκληρότητας, της δύναμης και των θερμικών ιδιοτήτων τον καθιστά ανεκτίμητο σε πολλές βιομηχανίες.
Καθώς συνεχίζουμε να προωθούμε τα όρια της επιστήμης των υλικών, το καρβίδιο βολφραμίου παραμένει ένας κρίσιμος παίκτης, με τις εφαρμογές του να εξελίσσονται συνεχώς. Η κατανόηση των ηλεκτρικών και άλλων ιδιοτήτων του είναι το κλειδί για την αξιοποίηση αυτού του αξιοσημείωτου υλικού τόσο στις τρέχουσες όσο και στις μελλοντικές τεχνολογίες.
Συχνές ερωτήσεις
1 είναι μαγνητικό καρβίδιο του βολφραμίου;
Το ίδιο το καρβίδιο βολφραμίου δεν είναι μαγνητικό. Ωστόσο, τα τσιμεντοειδή καρβίδια που περιέχουν συνδετικά κοβαλτίου ή νικελίου μπορούν να παρουσιάσουν σιδηρομαγνητικές ιδιότητες λόγω αυτών των υλικών συνδετικού υλικού [17]. Η μαγνητική διαπερατότητα των καρβίδων με τσιμέντο WC-CO είναι γενικά χαμηλή, που κυμαίνεται από 1,01 έως περίπου 12 σε σύγκριση με ένα κενό (με τιμή 1) [17].
2. Πώς συγκρίνεται η σκληρότητα του καρβιδίου βολφραμίου με το διαμάντι;
Το καρβίδιο βολφραμίου είναι εξαιρετικά σκληρό, κατατάσσεται περίπου 9 έως 9,5 στην κλίμακα Mohs [5]. Ενώ αυτό το καθιστά ένα από τα πιο σκληρά γνωστά υλικά, δεν είναι ακόμα τόσο σκληρό όσο το Diamond, το οποίο κατατάσσεται 10 στην κλίμακα Mohs. Ωστόσο, ο συνδυασμός σκληρότητας και ανθεκτικότητας του Carbide του βολφραμίου το καθιστά πιο κατάλληλο από το Diamond για ορισμένες εφαρμογές, ιδιαίτερα όταν η αντίσταση στην κρούση είναι σημαντική.
3 Μπορεί να χρησιμοποιηθεί καρβίδιο βολφραμίου σε κοσμήματα για άτομα με μεταλλικές αλλεργίες;
Ναι, τα κοσμήματα καρβιδίου βολφραμίου θεωρούνται συχνά υποαλλεργικά και κατάλληλα για άτομα με μεταλλικές αλλεργίες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το καρβίδιο βολφραμίου που χρησιμοποιείται σε κοσμήματα είναι συνήθως κρατικό με νικέλιο ή κοβάλτιο με τέτοιο τρόπο ώστε αυτά τα πιθανά αλλεργιογόνα να μην εκτίθενται στην επιφάνεια. Ωστόσο, τα άτομα με ακραίες ευαισθησίες θα πρέπει ακόμα να ασκούν προσοχή και να συμβουλεύονται έναν δερματολόγο πριν φορούν κοσμήματα καρβιδίου βολφραμίου [16].
4. Πώς συγκρίνεται το βάρος του καρβιδίου βολφραμίου με άλλα μέταλλα;
Το καρβίδιο βολφραμίου είναι σημαντικά πυκνότερο από πολλά άλλα μέταλλα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε κοσμήματα και βιομηχανικές εφαρμογές. Η ειδική βαρύτητά του κυμαίνεται από 1,5 έως 2 φορές εκείνη του ανθρακούχου χάλυβα [14]. Αυτή η υψηλή πυκνότητα δίνει κοσμήματα καρβιδίου βολφραμίου μια σημαντική αίσθηση υψηλής ποιότητας, αλλά σημαίνει επίσης ότι τα εξαρτήματα καρβιδίου βολφραμίου σε βιομηχανικές εφαρμογές μπορεί να είναι βαρύτερα από τους ομολόγους τους.
5 Είναι ανακυκλώσιμο καρβίδιο του βολφραμίου;
Ναι, το καρβίδιο βολφραμίου μπορεί να ανακυκλωθεί και υπάρχει μια αυξανόμενη βιομηχανία που επικεντρώνεται στην ανάκτηση και ανακύκλωση προϊόντων καρβιδίου βολφραμίου. Η διαδικασία ανακύκλωσης συνήθως συνεπάγεται τη συντριβή των χρησιμοποιημένων εξαρτημάτων καρβιδίου βολφραμίου και τη χημική επεξεργασία τους για να διαχωρίσει το βολφράμιο από άλλα υλικά. Αυτό το ανακυκλωμένο βολφράμιο μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία νέων προϊόντων καρβιδίου βολφραμίου. Η ανακύκλωση καρβιδίου βολφραμίου δεν είναι μόνο περιβαλλοντικά επωφελής αλλά και οικονομικά επωφελής λόγω της υψηλής αξίας του βολφραμίου.
Αναφορές:
[1] https://onlytungstenrings.com/is-tungsten-carbide-conduction/
[2] https://redwoodrings.com/blogs/redwood-rings-blog/are-tungsten-rings-conduction
[3] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/cement-carbide/thermal-properties/
[4] https://create.vista.com/photos/tungsten-carbide/
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[6] https://www.industrialplating.com/materials/tungsten-carbide-coatings
[7] https://wesltd.com/capabilities/materials/tungsten-carbide/
[8] https://www.zhongbocarbide.com/news/is-tungsten-carbide-a-conductor.html
[9] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[10] https://www.itia.info/properties-intermediates/
[11] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+carbide
[12] https://www.linkedin.com/pulse/properties-tungsten-carbide shijin-lei-2c
[13] https://www.kltcarbideusa.com/tungsten-carbide
[14] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[15] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/tungsten_carbide_inserts.jpg?sa=x&ved=2ahukewi-09jt9p2laxwdjq8bhateawmq_b16bagaeaeai
[16] https://patrickadairdesigns.com/blogs/blog/best-non-conduction-wedding-rings-for-electricians
[17] https://www.linkedin.com/pulse/properties-tungsten-carbide shijin-lei-2c
[18] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf
[19] https://www.shutterstock.com/search/tungsten-metal
[20] https://blog.fullertonton
