Sisältövalikko
● Kemiallinen koostumus ja rakenne
● Fysikaaliset ominaisuudet
● Valmistusprosessi
● Volframikarbidin sovellukset
>> 1. Leikkaus- ja koneistustyökalut
>> 2. Kaivos- ja porauslaitteet
>> 3. Lääketieteelliset välineet
>> 4. Korut
>> 5. Ilmailutila ja puolustus
>> 6. Elektroniikka ja televiestintä
>> 7. Rakennusteollisuus
>> 8. Kemianteollisuus
● Edut muihin materiaaleihin nähden
● Volframikarbidin historia ja kehitys
>> Viimeaikaiset edistykset ja tulevat trendit
>> Haasteet ja mahdollisuudet
● Johtopäätös
● Faq
>> 1. Kuinka volframikarbidia verrataan timanttiin kovuuteen?
>> 2. Voiko volframikarbidi kierrättää?
>> 3. Mitkä toimialat käyttävät eniten volframikarbidia?
>> 4. Miksi koboltia käytetään sementoituneessa karbidissa?
>> 5. Mikä rajoittaa volframikarbidin käyttöä korkean lämpötilan ympäristöissä?
● Viittaukset:
Volframikarbidi (WC) on kemiallinen yhdiste, joka käsittää yhtä suuret osat volframi- ja hiiliatomeja. Se on tunnettu poikkeuksellisesta kovuudestaan, kulumiskestävyydestään ja kestävyydestään, se kuuluu maan kovimpiin materiaaleihin, toiseksi vain timantille MOHS -asteikolla [12]. Alun perin syntetisoitu vuonna 1893 [4, 7], tämä harmaa jauhe sintrataan nyt teollisuustyökaluihin, koneisiin ja jopa koruihin [1, 8]. Sen ainutlaatuiset ominaisuudet - korkean sulamispisteen (2 870 ° C), poikkeuksellinen puristuslujuus ja muodonmuutosvastus - tekevät siitä välttämättömän teollisuudenaloilla, kuten kaivos-, ilmailu- ja lääketiede ja lääketiede [3, 8, 20]. Alla tutkimme sen koostumusta, valmistusta, sovelluksia ja paljon muuta.
Kemiallinen koostumus ja rakenne
Volframikarbidi on olemassa kahdessa ensisijaisessa muodossa:
- WC: Vlframin ja hiilen atomisuhde 1: 1 muodostaen kuusikulmainen kiderakenne [12].
- W₂C: Puolipinnäyte, jolla on korkeampi volframipitoisuus, esiintyy usein pinnoitteissa [12, 13].
Metallisten sideaineiden, kuten koboltti (6–20%), lisääminen parantaa sitkeyttä säilyttäen kovuuden [7, 8]. Tämä yhdistelmä luo cermetin (keraaminen metalli komposiitti), joka tasapainottaa jäykkyyttä iskunkestävyyden kanssa [7].
Fysikaaliset ominaisuudet
Volframikarbidin ominaisuudet tekevät siitä paremman kuin teräs ja titaani [3, 7, 8]
| ominaisuusarvo |
: |
| Kovuus (MOHS -asteikko) |
9–9,5 |
| Sulamispiste |
2 870 ° C (5,198 ° F) |
| Tiheys |
15,6 g/cm³ (kahdesti teräksen) |
| Youngin moduuli |
530–700 GPA (3 × jäykempi kuin teräs) |
| Lämmönjohtavuus |
110 w/m · k |
Sen matala sähkövastus (0,2 μω · m) ja resistenssi hapoille (paitsi HF/HNO₃ -seokset) laajentavat sen hyödyllisyyttä edelleen [12].
Valmistusprosessi
Volframikarbidia tuotetaan jauhemetallurgian kautta [5]:
1. Sekoittaminen: volframijauhe ja hiilimusta on sekoitettu [5].
2. Lämmitys: Seosta lämmitetään vedyssä 1 400–1 600 ° C: seen [5].
3. Tiivistetty: Tuloksena oleva jauhe puristetaan muotoihin [5].
4. Sintraus: Kobolttisideaine sulaa korkeissa lämpötiloissa, sulattaen hiukkaset [5, 7].
Viljakoko ja sideainepitoisuus määrittävät lopulliset ominaisuudet [5, 7]:
- Hieno jyvät: Tarkkuustyökalujen parempi kulumiskestävyys [5].
- Karkeat jyvät: Kaivosporttien suurempi iskunkestävyys [5].
Volframikarbidin sovellukset
1. Leikkaus- ja koneistustyökalut
Volframikarbidikarbidiharjoitukset, päätymyllyt ja insertit ylittävät nopean teräksen kestävyyden ja leikkausnopeuden vuoksi [1, 8]. Titaniumnitridi, kuten pinnoitteet, lisäävät edelleen lämpöstabiilisuutta [13].
2. Kaivos- ja porauslaitteet
Kiviporausbitteissä, tunneliseiteissä ja öljynporausautokomponenteissa sen kovuus kestää hiomaympäristöjä [8, 20].
3. Lääketieteelliset välineet
Kirurgiset työkalut, kuten laparoskooppiset tartunnat ja neulanpidikkeet, hyötyvät korroosionkestävyydestä ja tarkkuudesta [2].
4. Korut
Häät renkaat ja kellot hyödyntävät sen naarmuuntumista ja metallista kiiltoa [5]. Sen hauraus vaatii kuitenkin huolellista käsittelyä [5].
5. Ilmailutila ja puolustus
Panssarin lävistys ampumatarvikkeet ja suihkumoottorin komponentit luottavat sen tiheyteen ja lämmön sietokyvyyn [8].
6. Elektroniikka ja televiestintä
Volframikarbidia käytetään tarkkuuselektronisten komponenttien ja puolijohdealaitteiden valmistuksessa, mikä parantaa elektronisten tuotteiden suorituskykyä [8].
7. Rakennusteollisuus
Volframikarbidiosia käytetään työkalujen, poran ja rakennusmateriaalien käsittelyyn, käsittelyn tehokkuuden ja laadun parantamiseen. Niitä käytetään myös rakennusmateriaalien vahvistamiseen, niiden käyttöikä ja turvallisuussuorituskyvyn parantamiseen [8].
8. Kemianteollisuus
Volframikarbidia käytetään korroosioidenkestävien laitteiden ja osien valmistukseen, mikä varmistaa turvallisen tuotannon [8].
Edut muihin materiaaleihin nähden
- Vs. Teräs: 3 × jäykempi, 2 x tiheämpi ja säilyttää terävyyden korkeissa lämpötiloissa [3, 7].
- vs. keramiikka: vähemmän hauras, parempi iskunkestävyys [7].
- vs. titaani: korkeampi kulutusvastus ja puristuslujuus [3].
Volframikarbidin historia ja kehitys
Volframikarbidin tarina on juurtunut itse volframin laajempaan historiaan. Vuonna 1781 Carl Wilhelm Scheele uutettiin volfrektihapon raskaasta kivistä, joka tunnetaan nykyään scheeliitiksi, mikä merkitsee volframioksidin löytämistä [9, 15]. Volframikarbidin synteesi tuli kuitenkin paljon myöhemmin. Henri Moissan syntetisoi vahingossa volframikarbidia vuonna 1896 yrittäessään luoda keinotekoisia timantteja [4, 7]. Vaikka tuloksena olevalla materiaalilla oli toivotut ominaisuudet, sen hauraus esti kaupallisia sovelluksia [4, 7].
1900 -luvun alkupuolella oli käännekohta [1]. Berliinin OSRAM -lamppujen tutkijat tunnistivat volframikarbidin potentiaalin ja kehittivät metallisementin upottamalla volframikarbidihiukkaset kobolttimatriisiin [4, 7]. Tämä innovaatio, joka tunnetaan nimellä *Hartmetall *, johti nykyaikaisten sintrattujen karbidien luomiseen, joka tarjoaa sekä kovuuden että riittävän sitkeyden käytettäväksi työkalujen leikkaamisessa [7].
Toisen maailmansodan aikana armeijan laitteiden valmistuksen kestävien koneistusvälineiden kysyntä vauhditti jatkotutkimusta ja volframikarbidin tuotantoa [1]. Sodanjälkeinen, sen käyttöönotto kasvoi eri aloilla, mukaan lukien auto-, ilmailu- ja kaivostoiminta [1, 8].
Viimeaikaiset edistykset ja tulevat trendit
Volframikarbidimarkkinat kehittyvät edelleen laajentavien sovellusten ja teknologisten edistysaskeleiden johdosta [3, 6, 8]. Viimeaikaisia suuntauksia ovat:
- Ympäristöystävälliset materiaalit: Uusien, ympäristöystävällisempien materiaalien käyttö volframikarbide -bur -tekniikassa jätteen vähentämiseksi [2].
- Edistyneet komposiitit: edistyneiden volframikarbidikomposiitien kehittäminen, joilla on parempia ominaisuuksia, kuten suurempi lujuus ja murtolujuus [3, 14, 16].
- Lisäaineiden valmistus: Lisäaineiden valmistustekniikoiden, kuten laserjauhevuoteen fuusion, käyttö sementoitujen karbidiosien luomiseen [2, 16].
- Räätälöinti: Siirtyminen kohti räätälöintiä tiettyjen sovellusvaatimusten täyttämiseksi [14].
- Kierrätys: Kierrätettävän volframikarbidiromun kasvava kysyntä [6].
Globaalin volframikarbidimarkkinoiden odotetaan nousevan 26,1 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä, ja CAGR on 7,1% vuodesta 2024 vuoteen 2030 [3, 6, 11]. Kasvua ohjaavat lisääntyvän teollistumisen nousevien talouksien, laajentavien sovellusten ja edistyneiden komposiittien kehittämisen [3, 6, 8].
Haasteet ja mahdollisuudet
Etuistaan huolimatta volframikarbidin työstö on useita haasteita [20]:
- Korkeat kustannukset: Erikoistuneiden materiaalien ja laitteiden tarve lisää valmistuskustannuksia [20].
- Monimutkaiset muodot: vaikeudet tuottaa monimutkaisia geometrioita perinteisillä menetelmillä rajoittaa suunnittelun joustavuutta [20].
-Pitkät valmistussyklit: Monivaiheinen tuotantoprosessi on aikaa vievää [20].
- Ympäristövaikutukset: pilaantuminen ja jätehuolto aiheuttavat ympäristöhaasteita [2, 20].
Nämä haasteet luovat kuitenkin myös mahdollisuuksia innovaatioille [20]:
- Teknologinen kehitys: Teknologioiden, kuten 3D -tulostuksen, tutkiminen monimutkaisten muotojen luomiseksi [2, 16, 20].
- Parannetut valmistustekniikat: Olemassa olevien menetelmien parantaminen tehokkuuden parantamiseksi ja kustannusten vähentämiseksi [20].
- Ympäristön kestävyys: Puhtaamman tuotanto- ja kierrätysmenetelmien kehittäminen [2, 20].
- Tutkimus ja kehitys: Sijoittaminen tutkimus- ja kehitystyöhön uusien komposiittien kehittämiseksi parannetulla suorituksella [3, 10, 20].
Johtopäätös
Volframikarbidin vertaansa vailla oleva kovuus ja monipuolisuus ovat mullistaneet tarkkuutta ja kestävyyttä vaativat teollisuuden [3, 8, 20]. Sen sovellukset ovat laajoja ja kasvavia [1, 2, 3, 8]. Valmistustekniikoiden kehittyessä, mukaan lukien lisäaineiden valmistus- ja ympäristötietoisten käytäntöjen edistysaskeleet, tämä materiaali jatkaa tekniikan ja suunnittelun rajoja [2, 16, 20]. Volframikarbidin tulevaisuus näyttää lupaavalta, ja jatkuva tutkimus ja kehitys keskittyy sen ominaisuuksien parantamiseen ja sovellusten laajentamiseen eri aloilla [3, 6, 8, 14].
Faq
1. Kuinka volframikarbidia verrataan timanttiin kovuuteen?
Volframikarbidi sijoittuu 9–9,5 MOHS -asteikolla, kun taas timanttipisteet 10 [12]. WC on kuitenkin vähemmän hauras ja käytännöllisempi teollisuuskäyttöön [7].
2. Voiko volframikarbidi kierrättää?
Kyllä. Romu WC otetaan takaisin kemiallisten prosessien avulla volframin ja koboltin poistamiseksi vähentäen jätteitä [2, 6, 20].
3. Mitkä toimialat käyttävät eniten volframikarbidia?
Kaivos-, ilmailu-, auto-, lääketieteelliset, elektroniikka-, rakennus- ja korualat luottavat voimakkaasti WC: hen kulutuskomponentteja varten [1, 2, 3, 6, 8].
4. Miksi koboltia käytetään sementoituneessa karbidissa?
Koboltti toimii sideaineena parantaen sitkeyttä vähentämättä merkittävästi kovuutta [7, 8].
5. Mikä rajoittaa volframikarbidin käyttöä korkean lämpötilan ympäristöissä?
Hapetus alkaa 500 ° C: ssa, ja lämpöhajoaminen tapahtuu yli 1000 ° C, rajoittaen pitkittyneitä korkeaa lämmönsovelluksia [7, 12].
Viittaukset:
[1] https://rrcarbide.com/the-history-of-carbide/
.
[3] https://www.zionmarkesearch.com/report/tungsten-carbide-market
[4] https://edu.rsc.org/magnificent-molecules/tungsten-carbide/3008556.article
[5] https://huanatools.com/the
.
[7] https://generalcarbide.com/pdf/general-carbide-designers-guide-tungsten-carbide.pdf
.
[9] https://www.itia.info/history-of-tongsten/
[10.
.
[12] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
.
[14.
[15] https://www.azom.com/article.aspx?articleid=1203
[16] https://www.mdpi.com/2075-4701/14/12/1333
.
[18] https://www.linkedin.com/pulse/history-tingsten-carbide-shijin-lei
[19.
[20] https://www.carbide-products.com/blog/machining-tengsten-carbide/
