Izbornik sadržaja
● Sastav i svojstva
● Sirovine za proizvodnju volfram karbida
● Sinteza volframovog karbida
● Kontrola veličine zrna
● Cementirani volfram karbid
● Primjene volfram karbida
● Prednosti volframskog karbida
● Zaključak
● FAQ
>> 1. Što je volfram karbid?
>> 2. Kako se sintetizira volfram -karbid?
>> 3. Koje su glavne sirovine za proizvodnju volfram -karbida?
>> 4. Koja su ključna svojstva volframovog karbida?
>> 5. Koje su uobičajene primjene volframovog karbida?
● Navodi:
Volfram karbid (WC) je kemijski spoj koji sadrži atome volframa i ugljika. Postoji kao fini sivi prah u svom osnovnom obliku, ali može se pritisnuti i formirati u oblike sinteriranjem za upotrebu u industrijskim strojevima. Poznat po svojoj izuzetnoj tvrdoći, otpornosti na habanje i toplinskim svojstvima, Volfram karbid je ključan za industrijsku izdržljivost i široko se koristi u raznim primjenama, uključujući alate za rezanje, dijelove otporne na habanje i premaze.
Sastav i svojstva
Volfram karbid (WC) sastoji se od atoma volframa i ugljika raspoređenih u šesterokutnoj kristalnoj strukturi. Najčešći oblik koji se koristi u industrijskim primjenama sadrži oko 94% volframa i 6% ugljika po težini. Njegova kemijska formula je WC, s molekulskom masom iz 195,85. Specifični raspored ovih atoma stvara njegova jedinstvena i poželjna svojstva.
Ključna svojstva:
- Tvrdoća: Volfram karbid ima tvrdoću usporedivu s dijamantom, često mjerenom na Vickersovoj skali s vrijednostima većim od 2000 HV. Ova ekstremna tvrdoća čini ga idealnim za primjene gdje je otpor abraziji i prodora presudan.
- Gustoća: s gustoćom od oko 15,6 g/cm3, značajno je gušći od ostalih karbida poput silicij -karbida (približno 3,2 g/cm3), pa čak i gušćih od mnogih čelika (oko 7,8 g/cm3). Ova visoka gustoća doprinosi njegovoj stabilnosti i robusnosti u zahtjevnim okruženjima.
- Snaga: Ima vrlo veliku snagu za tvrdi i kruti materijal. Njegova tlačna čvrstoća veća je od gotovo svih rastopljenih, lijevanih ili kovanih metala i legura, omogućujući mu da izdrži značajan pritisak i deformaciju.
- Rigidnost: Volfram karbid je dva do tri puta krut kao čelik, a četiri do šest puta krut kao od lijevanog željeza i mesinga. Ova krutost je ključni faktor u primjenama gdje su potrebni dimenzijska stabilnost i minimalno odstupanje, poput precizne obrade.
- Termička svojstva: Održava svoj strukturni integritet i performanse od sobne temperature do ekstremne topline, s jednom od najviših točaka topljenja među inženjerskim materijalima (2780-2830 ℃). Ova visoka točka taljenja i otpor na toplinsku deformaciju čine ga neprocjenjivim u primjenama visokih temperatura.
- Otpornost na habanje: Volfram karbid je poznat po izuzetnoj otpornosti na habanje, što ga čini prikladnim za zahtjevne industrijske primjene poput alata za rezanje, gdje se materijal neprestano podvrgava trenju i abraziji.
- Kemijska inertnost: Netopljiva je u vodi, klorovodičnom kiselini i sumpornoj kiselini, ali topiva u mješavini dušične kiseline i hidrofluorne kiseline. Ova kemijska inertnost čini je prikladnom za upotrebu u korozivnim okruženjima u kojima bi se drugi materijali razgradili.
Sirovine za proizvodnju volfram karbida
Proizvodnja volfram -karbida uključuje nekoliko ključnih sirovina, a svaki doprinosi svojstvima konačnog proizvoda:
- Volfram: crna ruda, poput Wolframite ((FE, MN) WO4) i Scheelit (CAWO4), primarni je izvor volframa. Ove rude se miniraju i obrađuju za ekstrakciju spojeva koji sadrže volfram.
- Amonijev paratungstat (APT): Pročišćeni kemijski spoj dobiven iz rude volframove služi kao intermedijar u proizvodnji volframovog metala i volfram -karbida. APT se proizvodi kroz niz kemijskih procesa koji uključuju ispiranje, ekstrakciju otapala i kristalizaciju.
- Volfram oksid: Proizvedeno kalciniranjem APT -a na visokim temperaturama, koji se zatim smanjuje na metalni prah volfram u vodikovoj atmosferi. Proces kalcinacije uklanja amonijak i vodu, ostavljajući iza sebe volfram oksid.
- Izvori ugljika: čađa ili grafit koriste se za pretvaranje metalnog praha volfram u volfram karbid kroz postupak karburizacije visoke temperature. Ti izvori ugljika moraju biti velike čistoće kako bi se izbjeglo uvođenje nečistoća u konačni proizvod.
Sinteza volframovog karbida
Volfram karbid se može sintetizirati kroz nekoliko metoda, a svaka je sa svojim prednostima i ograničenjima. Ove su metode ključne za kontrolu kvalitete i svojstava konačnog proizvoda.
1. Usmjeravanje reakcije volframa i ugljika: Volfram metala (ili prah) i ugljik reagiraju na visokim temperaturama, obično između 1400 ° C i 2000 ° C
2. Proces sloja u sloju: proces niže temperature tekućine reagira ili metal volfram (ili prah) ili plavi WO3 s plinskom smjesom CO/CO2 i plinom H2 između 900 ° C i 1200 ° C
3. Obrtanje volframskog oksida s grafitom: volfram trioksid (WO3) se zagrijava s grafitom izravno na 900 ° C ili u vodiku na 670 ° C, nakon čega slijedi karburizacija u argonu na 1000 ° C
4. Shemijsko taloženje pare (CVD): Volfram heksaklorid reagira s vodikom (kao redukcijskim agensom) i metanom (kao izvorom ugljika) na 670 ° C (943 K)
Kontrola veličine zrna
Veličina žitarica karbida značajno određuje mehanička svojstva konačnog proizvoda. Fine veličine zrna uglavnom dovode do veće tvrdoće i snage, dok grube veličine zrna mogu ponuditi poboljšanu žilavost. Veličina zrna ovisi o veličini čestica volfram oksida i trajanju i temperaturi prerade smjese oksida/ugljika. Tehnike poput kontrole stope nukleacije i korištenja aditiva za sintering također se mogu koristiti za utjecaj na rast zrna.
Cementirani volfram karbid
Da bi se poboljšala njegova žilavost i upotrebljivost, volfram -karbid se često koristi u obliku 'zacementiranog '. To uključuje vezanje žitarica volframovog karbida zajedno s metalnim vezivima, obično kobaltom. Metalno vezivo pruža duktilnost i žilavost, nadoknađujući inherentnu krhkost volfram -karbida.
Proces:
1. Miješanje: Volfrom u prahu je pomiješan s metalnim vezivima u prahu (obično kobalt, ali alternative uključuju nikl, željezo i parafinski vosak). Proces miješanja je presudan kako bi se osigurala homogena raspodjela veziva tijekom matrice volframovog karbida.
2. Pritiranjem: Smjesa se pritisne u željeni oblik. Pritiranje se može obaviti pomoću različitih tehnika, uključujući jednoosno prešanje, izostatsko prešanje i ekstruziju, ovisno o željenom obliku i gustoći.
3. Sintering: Prešani kompakt se zatim sinterira zagrijavanjem na temperaturu između 1400 ° C (2550 ° F) i 1600 ° C (2910 ° F). Tijekom sinteriranja vezivo se topi, mokrina i djelomično rastvara zrna volframovog karbida, vežući ih. Proces sinteriranja provodi se u kontroliranoj atmosferi kako bi se spriječilo oksidaciju i održao željenu mikrostrukturu.
4. Svojstva cementiranog karbida mogu se prilagoditi podešavanjem parametara sastava, veličine zrna i sinteriranja.
Primjene volfram karbida
Izuzetna svojstva volframa Carbide čine ga prikladnim za širok raspon primjena u različitim industrijama. Njegova tvrdoća, otpornost na habanje i toplinska stabilnost posebno se cijene u zahtjevnim okruženjima.
- Alati za rezanje: Koristi se za alate za okretanje brzih rezanja, rezače za glodavce, bitove za bušenje i umetke. Visoka tvrdoća i otpornost na habanje volframovog karbida omogućuju tim alatima da održavaju oštre rubove rezanja tijekom dužeg razdoblja, što dovodi do poboljšane učinkovitosti obrade i preciznosti.
- Dijelovi otporni na habanje: Koriste se u komponentama koje zahtijevaju visoku otpornost na habanje, kao što su brtve, mlaznice, ležajevi i matrice. Ti su dijelovi podvrgnuti stalnom trenju i abraziji, a superiorna otpornost na habanje volfram Carbide osigurava dug radni vijek.
- Strukturni materijali peći u peći: Korišteni u okruženjima s visokim temperaturama zbog toplinske stabilnosti i otpornosti na deformaciju. Komponente volfram karbida mogu izdržati ekstremne temperature i korozivne atmosfere koje se nalaze u industrijskim pećima.
- Komponente mlaznog motora: koristi se u zrakoplovnim primjenama zbog toplinske stabilnosti i visokotemperaturne čvrstoće. Komponente volfram karbida mogu izdržati ekstremne temperature i naprezanja na koje se susreću mlazni motori, pridonoseći poboljšanim performansama i izdržljivosti.
- Cermet Materijali: Koristi se u kompozitnim materijalima koji kombiniraju keramička i metalna svojstva. Cermets nude jedinstvenu kombinaciju visoke tvrdoće, otpornosti na habanje i žilavosti, što ih čini prikladnim za razne zahtjevne primjene.
- Elementi zagrijavanja otpora: primijenjeni u grijaćim elementima zbog električne vodljivosti i toplinske otpornosti. Elementi grijanja volfram karbida mogu učinkovito i pouzdano stvoriti visoke temperature, što ih čini pogodnim za primjenu industrijskog grijanja.
- Raspajanje križana: Koristi se za metale kao što su bakar, kobalt i bizmut. Krivice volfram karbida mogu izdržati visoke temperature i korozivno okruženje uključeno u topljenje metala, osiguravajući minimalno onečišćenje rastaljenog metala.
- Poluvodički filmovi otporni na habanje: primijenjeni u proizvodnji poluvodiča kako bi se zaštitili osjetljive komponente od habanja i korozije. Filmovi volfram karbida mogu se odlagati pomoću CVD tehnika, pružajući tanki, ujednačen premaz s izvrsnom otpornošću na habanje.
-Aerospace Materijal: Kao modificirani aditiv NBC-C i TAC-C ternarnih ugljika. Volfram karbid može poboljšati čvrstoću visoke temperature i otpornost na oksidaciju ovih kompozitnih materijala, što ih čini prikladnim za ekstremne zrakoplovne primjene.
Prednosti volframskog karbida
Volfram Carbide nudi nekoliko prednosti koje ga čine preferiranim materijalom u mnogim industrijama. Ove prednosti proizlaze iz njegove jedinstvene kombinacije svojstava, što ga čini prikladnim za zahtjevne primjene u kojima bi drugi materijali uspjeli.
- Visoka tvrdoća: pruža izvrsnu otpornost na habanje i abraziju, proširujući radni vijek komponenti i smanjujući troškove održavanja.
- Visoka snaga: nudi vrhunske performanse u uvjetima visokog stresa, osiguravajući strukturni integritet i sprečavanje neuspjeha.
- Visoka krutost: osigurava minimalnu deformaciju i odstupanje u zahtjevnim primjenama, održavajući točnost i preciznost dimenzije.
- Toplinska stabilnost: održava strukturni integritet pri visokim temperaturama, omogućavajući uporabu u ekstremnim okruženjima bez degradacije.
- Kemijska otpornost: otporna na mnoge korozivne tvari, osiguravajući trajnost i sprečavanje kvarova povezanih s korozijom.
- Izvrsna obradivost: Iako je tvrd, cementirani volfram karbid može se obraditi specijaliziranim tehnikama kao što su električna obrada pražnjenja (EDM) i mljevenje, omogućujući stvaranje složenih oblika i preciznih dimenzija.
Zaključak
Volfram karbid je svestran i bitan materijal u modernoj industriji, zbog svoje izuzetne tvrdoće, otpornosti na habanje i toplinske stabilnosti. Sintetizira se različitim metodama, uključujući izravnu reakciju, procese sloja tekućine i kemijsko taloženje pare, svaka koja nudi jedinstvene prednosti u smislu kontrole i skalabilnosti. Cementirani volfram karbid, kombinirajući volfram karbid s metalnim vezivima, povećava njegovu žilavost i primjenjivost, što ga čini prikladnim za širok raspon zahtjevnih primjena. Njegova široka upotreba u rezanju alata, dijelova otpornih na habanje i zrakoplovnih komponenti naglašava njegovu važnost u zahtjevnom industrijskom okruženju. U tijeku istraživanje i razvoj materijala za volfram karbida i dalje proširuju svoje primjene i poboljšavaju svoje performanse, osiguravajući njegovu kontinuiranu relevantnost u budućnosti.
FAQ
1. Što je volfram karbid?
Volfram karbid (WC) je kemijski spoj koji se sastoji od atoma volframa i ugljika. Poznat je po izuzetnoj tvrdoći, otpornosti na habanje i toplinskoj stabilnosti, što ga čini prikladnim za razne industrijske primjene. Često se koristi u obliku cementiranog karbida, gdje je zrna volfram karbida povezana metalnim vezivima, obično kobaltom.
2. Kako se sintetizira volfram -karbid?
Volfram karbid može se sintetizirati kroz nekoliko metoda, uključujući izravnu reakciju volframa i ugljika na visokim temperaturama, procese fluidnog sloja pomoću volfram -oksida i kemijske tehnike taloženja pare koji uključuju halolide volframa. Svaka metoda nudi različite prednosti u pogledu kontrole nad veličinom zrna, čistoćom i skalabilnošću.
3. Koje su glavne sirovine za proizvodnju volfram -karbida?
Primarne sirovine uključuju rudu volfram, poput wolframita i scheelita, koji se obrađuju za ekstrakciju spojeva koji sadrže volfram. Ti se spojevi zatim pretvaraju u amonijev paratungstat (APT), volfram oksid i na kraju, metalni prah volframa. Izvori ugljika, poput čađe ili grafita, koriste se za reagiranje s metalnim prahom volfram -a da bi se tvorio volfram -karbid.
4. Koja su ključna svojstva volframovog karbida?
Ključna svojstva uključuju visoku tvrdoću, često usporedivu s dijamantom; visoka gustoća, što ga čini gušćim od većine metala; Visoka čvrstoća, omogućavajući mu da izdrži značajan pritisak; visoka krutost, osiguravajući minimalnu deformaciju; Toplinska stabilnost, održavanje njegovih svojstava na visokim temperaturama; i nositi otpornost, čineći ga pogodnim za abrazivno okruženje.
5. Koje su uobičajene primjene volframovog karbida?
Volfranski karbid obično se koristi u rezanju alata za obradu metala i drugih materijala, dijelova otpornih na habanje kao što su brtve i ležajevi, peći peći strukturni materijali za okruženje s visokim temperaturama, komponente mlaznog motora za zrakoplovne primjene, Cermetove materijale koji kombiniraju keramičko i metalno grijanje za grijanje, smanjenja industrija, smanjenja industrije, zagnječenih metala, zamršenih elemenata, zamršenih metala, otpornosti na industrije, otpornosti, zamršenih metala, otpornosti na industrije, otpornosti na industrije, otporne na industrije, otpornost na industrije, zapremine, otpornost Elektronički uređaji i zrakoplovni materijali za aplikacije visokih performansi.
Navodi:
[1] https://todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works-making-tungsten-carbide-cutting-tools/
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://scienceInfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[5] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/24896/03Chapter3.pdf?sence=4
[8] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[9] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-sungsten-carbide-made-.html
