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● Introduction au carbure de tungstène et de tungstène
>> Qu'est-ce que le tungstène?
>> Qu'est-ce que le carbure de tungstène?
● Composition et structure
● Propriétés physiques et mécaniques
>> Dureté
>> Densité
>> Point de fusion
>> Conductivité thermique et électrique
>> Ténacité et rupture
● Processus de fabrication
>> Production de tungstène
>> Production de carbure de tungstène
● Applications
>> Utilise du tungstène
>> Utilisation du carbure de tungstène
● Comparaison des coûts
● Considérations environnementales et de sécurité
● Tableau de résumé: Tungsten vs Tungsten Carbide
● Conclusion
● Questions fréquemment posées (FAQ)
>> 1. Quelle est la principale différence entre le carbure de tungstène et de tungstène?
>> 2. Le carbure de tungstène peut-il être utilisé pour des applications électriques comme le tungstène?
>> 3. Pourquoi le carbure de tungstène est-il tellement plus dur que le tungstène?
>> 4. Le carbure de tungstène est-il plus cher que le tungstène?
>> 5. Le carbure de tungstène et de tungstène est-il sûr à gérer?
● Citations:
Tungstène et Le carbure de tungstène est deux matériaux souvent mentionnés ensemble en raison de leurs noms connexes et de leur élément partagé, le tungstène. Cependant, ils diffèrent considérablement par la composition, les propriétés physiques, la dureté, les applications et les coûts. Cet article explore ces différences en profondeur, fournissant une compréhension complète des caractéristiques et utilisations uniques de chaque matériau.
Introduction au carbure de tungstène et de tungstène
Qu'est-ce que le tungstène?
Le tungstène (symbole chimique W, numéro atomique 74) est un élément métallique pur connu pour sa densité exceptionnelle, sa dureté et son point de fusion le plus élevé de tous les métaux à 3 422 ° C (6 192 ° F). Il s'agit d'un métal blanc grisâtre avec une excellente conductivité thermique et électrique et est très résistant à la corrosion et à l'usure. Le tungstène se trouve naturellement dans les minéraux tels que Wolframite et Scheelite et est extrait par des processus de raffinage complexes.
Qu'est-ce que le carbure de tungstène?
Le carbure de tungstène (formule chimique WC) est un composé chimique formé en combinant des atomes de tungstène et de carbone dans un rapport environ 1: 1. Il s'agit d'un composite de métal céramique (Cermet) souvent mélangé à un liant métallique comme le cobalt pour améliorer la ténacité. Le carbure de tungstène est réputé pour sa dureté extrême, se classant de 9 à 9,5 sur l'échelle Mohs, juste derrière Diamond. Il est synthétisé par un processus de métallurgie en poudre et est largement utilisé dans les applications industrielles nécessitant une résistance à l'usure.
Structure de de composition et
| des matériaux |
composition |
de structure |
| Tungstène |
Élément pur (w) |
Métal cubique centré sur le corps (BCC) |
| Carbure de tungstène |
Composé du tungstène et du carbone (WC), souvent avec un liant cobalt |
Crystal hexagonal Crystal Céramique Métal |
Le tungstène est un métal à un seul élément, tandis que le carbure de tungstène est un composé qui comprend des atomes de carbone liés au tungstène, formant une structure en céramique très dure. L'ajout de carbone et de liants comme le cobalt donne au carbure de tungstène ses propriétés uniques, distinctes du tungstène pur.
Propriétés physiques et mécaniques
Dureté
- Tungsten: métal dur avec dureté Mohs d'environ 7,5 à 8, similaire à l'acier durci.
- Carbure de tungstène: extrêmement dur, avec dureté Mohs de 9 à 9,5, rivalisant avec diamant.
Cette différence de dureté signifie que le carbure de tungstène peut couper ou emporter de nombreux autres matériaux, y compris le tungstène lui-même, ce qui le rend idéal pour la coupe des outils et des abrasifs.
Densité
- Tungsten: métal très dense, densité d'environ 19,3 g / cm³, plus lourd que le plomb et le fer.
- Carbure de tungstène: légèrement moins dense que le tungstène, environ 15,6 à 15,7 g / cm³, mais encore beaucoup plus lourd que l'acier.
La forte densité des deux matériaux contribue à leur utilisation dans les applications nécessitant une masse dans un petit volume, comme les contrepoids et les projectiles perçants d'armure.
Point de fusion
- Tungsten: point de fusion le plus élevé de tous les métaux à 3 422 ° C (6,192 ° F).
- Carbure de tungstène: point de fusion élevé d'environ 2 870 ° C (5,198 ° F), inférieur au tungstène mais toujours très élevé.
La différence de point de fusion reflète leur autre liaison atomique. Les liaisons métalliques du tungstène nécessitent plus d'énergie pour se briser que les liaisons covalentes dans le carbure de tungstène.
Conductivité thermique et électrique
- Tungsten: excellente conductivité thermique (~ 173 W / m · k) et bonne conductivité électrique.
- Carbure de tungstène: bonne conductivité thermique (environ 110 W / m · k) mais une conductivité électrique plus faible par rapport au tungstène.
La conductivité électrique supérieure du tungstène le rend précieux dans les contacts électriques et les filaments, tandis que la conductivité inférieure du carbure de tungstène limite son utilisation dans les applications électriques.
Ténacité et rupture
- Tungsten: plus ductile et moins fragile, une meilleure résistance à l'impact.
- Carbure de tungstène: très dur mais cassant, sujet à l'écaillage ou à la fracturation sous un impact lourd.
Cette fragilité nécessite que les outils en carbure de tungstène soient utilisés avec soin, souvent avec un support ou sous des formes composites pour éviter la rupture.
Processus de fabrication
Production de tungstène
Le tungstène est extrait des minerais tels que Wolframite et Sceelite à travers une série de processus chimiques impliquant la torréfaction, la lixiviation et la réduction. La poudre de tungstène purifiée est ensuite consolidée par frittage ou fondu et coulée en formes. En raison de son point de fusion élevé, le tungstène est souvent traité par métallurgie de poudre plutôt que par la fonte.
Production de carbure de tungstène
Le carbure de tungstène est produit en combinant la poudre de tungstène avec du noir de carbone et en chauffant le mélange dans une atmosphère d'hydrogène à 1 400 à 1 600 ° C. Ce processus, appelé carbure, forme le composé WC. La poudre est ensuite mélangée avec un liant en cobalt et fritté sous haute pression et température pour produire des pièces denses et dures.
Applications
Utilise du tungstène
- Filaments électriques: le point de fusion élevé du tungstène et la conductivité électrique le rendent idéal pour les filaments d'ampoule à incandescence et les éléments de chauffage.
- Alloys: ajouté à l'acier et à d'autres métaux pour améliorer la dureté et la résistance à la chaleur dans les outils de coupe et les composants aérospatiaux.
- Boundage des rayonnements: utilisé dans le blindage des rayons X médicaux et industriels en raison de sa densité et de sa non-toxicité par rapport au plomb.
- Poids et contrepoids: utilisés dans les applications nécessitant des poids denses et compacts comme dans les voitures de course, les avions et le ballast.
Utilisation du carbure de tungstène
- Outils de coupe: largement utilisés dans les bits de forage, les fraises et les lames de scie pour le travail des métaux, l'exploitation minière et la construction en raison d'une dureté extrême et d'une résistance à l'usure.
- Pièces résistantes à l'usure: Composants comme les buses, les roulements et les assiettes d'usure dans des machines industrielles.
- Bijoux: utilisé dans les anneaux et les montres pour la résistance aux rayures et la durabilité.
- Applications militaires: munitions et pénétrateurs perçants des armures en raison de la dureté et de la densité.
- Instruments chirurgicaux: outils de coupe de précision et scalpels.
Comparaison des coûts
Le métal de tungstène est généralement moins cher que le carbure de tungstène, principalement parce que le carbure de tungstène nécessite des étapes de traitement supplémentaires et des liants au cobalt. Le prix du carbure de tungstène fluctue avec les prix du cobalt et la demande d'outils industriels. Malgré le coût plus élevé, la résistance supérieure et la résistance à l'usure du carbure de tungstène justifient son utilisation dans des applications exigeantes.
Considérations environnementales et de sécurité
- Tungsten: généralement considéré comme sûr et non toxique, bien que la poussière de tungstène puisse être dangereuse si elle est inhalée en grande quantité.
- Carbure de tungstène: les liants en cobalt utilisés dans le carbure de tungstène peuvent provoquer des réactions allergiques ou des problèmes de santé s'ils sont mal manipulés. Les protocoles de sécurité appropriés sont essentiels pendant la fabrication et l'usinage.
Tableau de résumé: Tungsten vs Tungsten Carbide
| Property |
Tungsten |
Tungsten Carbide |
| Composition |
Métal pur (W) |
Composé (wc) + liant cobalt |
| Dureté (mohs) |
7.5 - 8 |
9 - 9.5 |
| Densité (g / cm³) |
19.3 |
15.6 - 15.7 |
| Point de fusion (° C) |
3 422 |
~ 2 870 |
| Conductivité électrique |
Haut |
Modéré à bas |
| Dureté |
Élevé (ductile) |
Bas (cassant) |
| Utilisations typiques |
Filaments, alliages, poids |
Outils de coupe, pièces de port, bijoux |
| Coût |
Inférieur |
Plus haut |
Conclusion
En conclusion, le carbure de tungstène et de tungstène, bien que lié par l'élément de tungstène, sert des fins très différentes en raison de leurs propriétés physiques et chimiques distinctes. Le tungstène est un métal ductile dense avec le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, ce qui le rend idéal pour les applications à haute température et électriques. Le carbure de tungstène, en revanche, est un composé connu pour sa dureté exceptionnelle et sa résistance à l'usure, ce qui le rend indispensable dans les outils de coupe et les machines industrielles.
Le choix entre le tungstène et le carbure de tungstène dépend des exigences spécifiques de la dureté, de la ténacité, de la stabilité thermique et du coût. Comprendre ces différences permet aux ingénieurs, aux fabricants et aux consommateurs de sélectionner le bon matériau pour leurs besoins, en optimisant les performances et la durabilité.
Questions fréquemment posées (FAQ)
1. Quelle est la principale différence entre le carbure de tungstène et de tungstène?
La principale différence est que le tungstène est un élément métallique pur, tandis que le carbure de tungstène est un composé formé de tungstène et d'atomes de carbone, souvent mélangé avec du cobalt. Le carbure de tungstène est beaucoup plus difficile et plus résistant à l'usure mais aussi plus cassant que le tungstène.
2. Le carbure de tungstène peut-il être utilisé pour des applications électriques comme le tungstène?
Non, le carbure de tungstène a une conductivité électrique plus faible par rapport au tungstène pur et n'est généralement pas utilisé dans les applications électriques. L'excellente conductivité du tungstène le rend adapté aux filaments et aux contacts.
3. Pourquoi le carbure de tungstène est-il tellement plus dur que le tungstène?
La dureté du carbure de tungstène provient de sa structure cristalline de type céramique formée par de fortes liaisons covalentes entre les atomes de tungstène et de carbone, tandis que les liaisons métalliques du tungstène sont moins rigides, la rendant plus douce.
4. Le carbure de tungstène est-il plus cher que le tungstène?
Oui, le carbure de tungstène est généralement plus cher en raison de son processus de fabrication complexe et de l'ajout de liants en cobalt. Cependant, sa dureté et sa durabilité supérieures justifient le coût dans de nombreuses applications industrielles.
5. Le carbure de tungstène et de tungstène est-il sûr à gérer?
Le tungstène est généralement sûr, mais la poussière de tungstène peut être nocive si elle est inhalée. Le carbure de tungstène contient du cobalt, ce qui peut provoquer des réactions allergiques ou des problèmes de santé s'ils ne sont pas gérés correctement. Des précautions de sécurité sont nécessaires pendant la fabrication et l'usinage.
Citations:
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[36] https://www.aemmetal.com/news/tungsten-vs-nungsten-carbide-guide.html
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