Menu ng nilalaman
● Ano ang tumutukoy sa isang solidong network?
>> Mga pangunahing katangian ng mga solido sa network
● Atomic na istraktura ng tungsten carbide
>> 1. Ang istraktura ng hexagonal (α-WC)
>> 2. Cubic (β-WC) na istraktura
>> Mga Katangian ng Bonding: Covalent kumpara sa Metallic
● Mga katangian ng pisikal at kemikal
>> Katatagan ng thermal at kemikal
● Sintesis at Paggawa
>> 1. Produksyon ng pulbos
>> 2. Sintering
● Mga Application na Pag -agaw ng Network Structure
>> 1. Mga tool sa pagputol at pagbabarena
>> 2. Mga coatings na lumalaban sa Wear
>> 3. Mga sangkap na may mataas na temperatura
>> 4. Mga produktong consumer
● Paghahambing na Pagtatasa: WC kumpara sa iba pang mga solido sa network
>> Pagkakapareho
>> Pagkakaiba
● Konklusyon
● FAQ
>> 1. Ang Tungsten Carbide ba ay isang ceramic o isang metal?
>> 2. Bakit ang Tungsten Carbide ay nagsasagawa ng koryente sa kabila ng pagiging solidong network?
>> 3. Paano ihahambing ang tigas ni Tungsten Carbide sa Diamond?
>> 4. Anong mga industriya ang pinaka -umaasa sa tungsten carbide?
>> 5. Paano na -synthesize ang Tungsten Carbide?
● Mga pagsipi:
Ang Tungsten Carbide (WC) ay isang ceramic compound na kilala sa pambihirang tigas, mataas na punto ng pagtunaw, at pang -industriya na kagalingan. Ang natatanging istraktura ng atomic at mga katangian ng bonding ay nagdulot ng mga debate tungkol sa pag -uuri nito bilang isang solidong network. Ang artikulong ito ay galugarin ang mga katangian ng istruktura nito, inihahambing ito sa mga klasikong network solids tulad ng brilyante, sinusuri ang mga pamamaraan ng synthesis nito, at tinutugunan ang mga karaniwang katanungan tungkol sa pag -uugali at aplikasyon nito.
Ano ang tumutukoy sa isang solidong network?
Ang mga solids ng network, na tinatawag ding covalent network solids, ay mga materyales kung saan ang mga atomo ay magkakaugnay ng mga covalent bond sa isang tuluy-tuloy na three-dimensional na sala-sala. Ang mga istrukturang ito ay kulang sa mga discrete molekula at nagpapakita ng mataas na mga punto ng pagtunaw, katigasan, at mahinang elektrikal na kondaktibiti dahil sa naisalokal na mga elektron. Kasama sa mga klasikong halimbawa:
- Diamond: Isang tetrahedral carbon lattice (Larawan 1A).
- Quartz (SiO₂): Isang balangkas ng silikon-oxygen tetrahedra.
- Silicon Carbide (sic): Isang istraktura na tulad ng brilyante na may alternating silikon at carbon atoms.
Mga pangunahing katangian ng mga solido sa network
- Mataas na puntos ng pagtunaw (hal., Diamond Sublimes sa 3,500 ° C).
- pambihirang tigas dahil sa mahigpit na mga bono ng covalent.
- Mababang elektrikal na conductivity (maliban sa grapayt, na may na-delokaladong π-electrons).
- malutong na kalikasan na may kaunting plastik na pagpapapangit sa ilalim ng stress.
Atomic na istraktura ng tungsten carbide
Ang Tungsten Carbide ay nag -crystallize sa dalawang pangunahing form, na may natatanging mga pattern ng bonding:
1. Ang istraktura ng hexagonal (α-WC)
Ang thermodynamically stabil α-phase ay nagpatibay ng isang simpleng hexagonal lattice (Larawan 1B):
- Ang mga tungsten atoms ay bumubuo ng mga malapit na naka-pack na layer.
- Ang mga carbon atoms ay sumasakop sa 50% ng trigonal prismatic interstice, na lumilikha ng isang WC ratio na 1: 1.
- Ang bawat tungsten atom bond ay covalently sa anim na kapitbahay ng carbon (haba ng bono: 220 pm).
Ang pag-aayos na ito ay kahawig ng isang 3D covalent network, na katulad ng brilyante ngunit may alternating metal-carbon layer.
2. Cubic (β-WC) na istraktura
Ang metastable β-phase ay may istraktura ng salt salt (NaCl):
- Ang mga tungsten at carbon atoms ay sumasakop sa mga alternatibong posisyon na nakasentro sa cubic.
- Ang phase na ito ay bumubuo sa itaas ng 2,500 ° C ngunit mabilis na nagko-convert sa α-WC sa paglamig.
Mga Katangian ng Bonding: Covalent kumpara sa Metallic
Habang ang mga bono ng covalent ay nangingibabaw sa α-WC, ang mga banayad na katangian ng metal ay lumitaw:
- Bahagyang Delocalization ng Elektron: Ang pag-overlay ng D-orbitals ng tungsten ay nagbibigay-daan sa limitadong kadaliang kumilos ng elektron, na nagbubunga ng resistensya ng elektrikal (~ 0.2 ωω · m) na mas malapit sa mga metal kaysa sa mga keramika.
- Ductility sa mga composite: Ang purong WC ay malutong, ngunit ang pagdaragdag ng mga cobalt (CO) na nagbubuklod ay nagbibigay -daan sa pagpapapangit ng plastik sa ilalim ng stress.
Mga katangian ng pisikal at kemikal
Ang Tungsten Carbide ay nagpapakita ng isang timpla ng mga katangian ng ceramic at metal:
| Property |
Tungsten Carbide |
Diamond |
Steel (AISI 1045) |
| Tigas (mohs) |
9.0–9.5 |
10 |
4–4.5 |
| Natutunaw na punto (° C) |
2,870 |
3,500 (Sublimes) |
1,425–1,520 |
| Resistivity ng elektrikal (μω · m) |
0.2 |
~ 10⊃1; ⊃2; |
0.15 |
| Thermal conductivity (w/m · k) |
110 |
900–2,300 |
50 |
| Compressive lakas (GPA) |
6.76 |
110 |
0.25-0.35 |
Katatagan ng thermal at kemikal
- Paglaban sa oksihenasyon: matatag sa hangin hanggang sa 500-600 ° C; form wo₃ at co₂ sa itaas ng 600 ° C.
- Paglaban sa Acid: Inert sa hydrochloric at sulfuric acid ngunit natunaw sa mga mixtures ng HF/HNO₃.
Sintesis at Paggawa
Ang Tungsten Carbide ay synthesized sa dalawang yugto:
1. Produksyon ng pulbos
- Direktang Carburization: Ang Tungsten Powder ay gumanti sa Carbon Black sa 1,400-2,000 ° C:
W+CΔWC
-Mga Paraan ng Gas-Phase: Ang Chemical Vapor Deposition (CVD) ay lumilikha ng mga ultra-fine WC na pulbos para sa mga coatings.
2. Sintering
Ang mga pulbos ay halo -halong may kobalt (3-30 wt.%) At sintered sa 1,300-1,500 ° C upang mabuo ang mga siksik na composite (Larawan 2). Ang Cobalt ay kumikilos bilang isang binder, pagpuno ng mga gaps sa pagitan ng mga butil ng WC at pagpapahusay ng katigasan.
Mga Application na Pag -agaw ng Network Structure
Ang covalent lattice ng Tungsten Carbide ay sumasailalim sa pangingibabaw sa pang -industriya:
1. Mga tool sa pagputol at pagbabarena
- Ang mga composite ng WC-CO ay namumuno sa industriya ng machining.
- Ang mahusay na paglaban sa pagsusuot ay nagbibigay-daan sa mataas na bilis ng pagputol ng mga haluang metal at composite (Larawan 3).
2. Mga coatings na lumalaban sa Wear
-Mataas na bilis ng oxygen fuel (HVOF) na nag-spray ng mga deposito ng WC-CO coatings sa mga sangkap ng aerospace.
.
3. Mga sangkap na may mataas na temperatura
- Rocket nozzle liners: Ang thermal stabil ng WC ay may kinalaman sa propulsion exhaust (> 2,000 ° C).
- Nuclear Reactor Shields: WC-B₄C Composites Block Neutron Radiation.
4. Mga produktong consumer
- Alahas: Sintered WC singsing Tumanggi sa mga gasgas na mas mahusay kaysa sa platinum o ginto.
- Mga kalakal sa palakasan: Ang mga wc-tipped golf club at mga pedal ng bisikleta ay nagpapabuti sa tibay.
Paghahambing na Pagtatasa: WC kumpara sa iba pang mga solido sa network
Pagkakapareho
- Ang 3D covalent bonding ay tumutukoy sa integridad ng istruktura.
- Ang mataas na katigasan ay lumalaban sa pagpapapangit ng plastik.
Pagkakaiba
- Electrical conductivity: Ang WC ay nagsasagawa ng koryente; Ang Diamond at Quartz ay hindi.
- Fracture Toughness: WC-CO composite (10-20 MPa√m) ay lumampas sa brilyante (5-10 MPa√m).
Konklusyon
Ang Tungsten Carbide ay kwalipikado bilang isang solidong network dahil sa magkakaugnay na covalent lattice. Gayunpaman, ang metal na antas ng elektrikal na kondaktibiti at kakayahang umangkop sa composite form na hamon ang tradisyonal na pag-uuri ng ceramic. Ang mga dalawahang katangian na ito - na nakaugat sa istrukturang atomic at mga makabagong paggawa - gawin itong kailangan sa mga industriya na humihiling ng matinding tibay at katumpakan.
FAQ
1. Ang Tungsten Carbide ba ay isang ceramic o isang metal?
Ang Tungsten carbide ay isang ceramic na may covalent bonding. Gayunpaman, madalas itong pinagsama sa mga metal na nagbubuklod tulad ng kobalt upang mabuo ang mga cermets, na nagpapakita ng mga katangian ng hybrid.
2. Bakit ang Tungsten Carbide ay nagsasagawa ng koryente sa kabila ng pagiging solidong network?
Ang hexagonal lattice nito ay nagbibigay -daan sa bahagyang delokalisasyon ng elektron, na katulad ng grapayt. Ang overlap ng D-orbitals ng Tungsten ay nagpapadali sa kadaliang kumilos ng elektron, na nagbubunga ng resistivity na katulad ng mga metal.
3. Paano ihahambing ang tigas ni Tungsten Carbide sa Diamond?
Ang WC (MOHS 9.0–9.5) ay bahagyang mas malambot kaysa sa brilyante (MOHS 10) ngunit mas mahirap kaysa sa corundum (sapiro/ruby).
4. Anong mga industriya ang pinaka -umaasa sa tungsten carbide?
Ang pagmimina, aerospace, at pagmamanupaktura ay gumagamit ng WC para sa mga tool sa pagputol, mga coatings na lumalaban sa pagsusuot, at mga sangkap na may mataas na temperatura.
5. Paano na -synthesize ang Tungsten Carbide?
Ang WC Powder ay ginawa sa pamamagitan ng direktang carburization ng tungsten metal sa 1,400-2,000 ° C. Ang pag -iingat sa mga binder ng kobalt ay lumilikha ng mga siksik na composite.
Mga pagsipi:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[3] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] http://www.chinatungsten.com/tungsten-carbide/properties-of-tungsten-carbide.html
[6] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[7] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten-carbide
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/file:-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg
[10] https://lodricrouxmatsci.wordpress.com/35-2/
[11] https://www.doubtnut.com/qna/12974648
[12] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[13] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
