Mi a nehezebb bór -nitrid vagy volfrám -karbid?

Tartalommenü

● A bór -nitrid megértése

>> A bór -nitrid formái

>> A köbös bór -nitrid keménysége és tulajdonságai

>> Termikus és elektromos tulajdonságok

● A volfrám -karbid megértése

>> Keménység és mechanikai tulajdonságok

>> Termikus és kémiai stabilitás

● Részletes kristályszerkezetek és kötés

● Bővített ipari és technológiai alkalmazások

● Környezeti és gazdasági szempontok

● Jövőbeli kutatások és fejlesztések

● Mechanikai tulajdonságok és teljesítmény különböző körülmények között

● A legfontosabb különbségek összefoglalása

● Következtetés

● Gyakran feltett kérdések (GYIK)

>> 1. Mi a fő különbség a bór -nitrid és a volfrám -karbid között a keménység szempontjából?

>> 2. A volfrám -karbid bármilyen körülmények között nehezebb lehet -e, mint a bór -nitrid?

>> 3. Miért részesül előnyben a köbös bór -nitrid a volfrám -karbidhoz képest a megkeményedett acélok vágásához?

>> 4. A volfrám -karbid olcsóbb, mint a köbös bór -nitrid?

>> 5. Vannak -e más formá a bór -nitrid más formái a köbös bór -nitrid mellett?

Az ipari alkalmazásokban használt szuperharc anyagokról, például vágószerszámok, csiszolóanyagok és kopásálló alkatrészek, mind a bór-nitrid, mind A Tungfen Carbide a legnépszerűbb versenyzők közé tartozik. Kristályszerkezetükben, keménységükben, hőstabilitásukban és tipikus felhasználásukban azonban jelentősen különböznek egymástól. Ez a cikk feltárja a bór -nitrid (különösen a köbös bór -nitrid) és a volfrám -karbid keménységét és más releváns tulajdonságait, összehasonlítva erősségeiket és gyengeségeiket a kérdés megválaszolásához: melyik a nehezebb, a bór -nitrid vagy a volfrám -karbid?

A bór -nitrid megértése

A bór -nitrid (BN) egy bór- és nitrogénatomokból készült vegyület, amely több kristályos formában létezik, amelyek rendkívül eltérő tulajdonságokat mutatnak.

A bór -nitrid formái

- Hexagonális bór-nitrid (H-BN): Analóg a grafit szerkezetében, puha és kenőanyag, erős kovalens kötésekkel a rétegeken belül, de a rétegek közötti gyenge kötés.

-köbös bór-nitrid (C-BN): Gyémántszerű köbméteres szerkezetű, ami rendkívül kemény és termikusan stabil.

- Wurtzite Boron-nitrid (W-BN): Hexagonális forma, amelyet szerkezetileg hasonló a Lonsdaleite (hatszögletű gyémánt), a keménység potenciálisan meghaladja a gyémántot.

A köbös bór -nitrid keménysége és tulajdonságai

A köbös bór -nitrid a második legnehezebb anyag, amely a gyémánt után ismert, körülbelül 9,5-10 MOHS keménységgel. A CBN kémiailag is stabil, és magas hőmérsékleten megőrzi keménységét, így ideális az edzett acélok és a csiszoló környezet vágására.

A CBN keménysége az erős kovalens kötésből származik egy köbös rácsban, hasonlóan a gyémánthoz, de jobb termikus és kémiai stabilitással, a vas anyagok megmunkálásakor. A nanométer méretű szemcsékkel rendelkező polikristályos C-BN keménységet mutathat, összehasonlítható vagy meghaladja a gyémántot.

Termikus és elektromos tulajdonságok

A bór-nitrid, különösen a C-BN, kiváló hővezetőképességgel rendelkezik az elektromos szigetelők körében, és nagyon magas hőmérsékleteket képes ellenállni (legfeljebb 2350 ° C-ig). Ezenkívül széles sávú résű félvezető tulajdonságokat mutat, amelyek feszültség alatt UV-fényt bocsátanak ki, amely keménységen kívüli alkalmazásokat nyit meg, például LED-eket és lézereket.

A volfrám -karbid megértése

A volfrám -karbid (WC) egy hatszögletű kristályrácsban lévő volfrám- és szénatomok vegyülete. Széles körben használják ipari gépekben, vágószerszámokban, bányászatban és alkatrészekben, nagy keménysége és keménysége miatt.

Keménység és mechanikai tulajdonságok

A volfrám -karbid mohs keménysége 9–9,5 körül, és a Vickers keménysége kb. 2400 HV. Rendkívül merev, a Young's Modulus 530 és 700 GPa között van, körülbelül háromszoros acél. Sűrűsége magas (~ 15 g/cm³), hozzájárulva annak robusztusságához.

A WC nehéz, és szinterelhető kobalt -kötőanyagokkal, hogy javítsa a törés szilárdságát, a keménységet és a törékenységet. Nehezebb, mint a legtöbb acél és kerámia, de még mindig lágyabb, mint a köbös bór -nitrid.

Termikus és kémiai stabilitás

A WC magas olvadáspontja (~ 2780 ° C) és jó hővezetőképessége (~ 110 W/m · K). Azonban 500–600 ° C -on oxidálódik, és nagyon magas hőmérsékleten bomlik. Kémiailag stabil sok sav ellen, de olyan keverékek támadhatók, mint a hidrogénsav és a salétromsav.

Részletes kristályszerkezetek és kötés

A köbös bór-nitrid (C-BN) és a volfrám-karbid (WC) kivételes keménysége tulajdonítható egyedi kristályszerkezetüknek és az atomkötés jellegének ezekben a szerkezetekben.

. Ez az erős kovalens kötési hálózat merev rácsot eredményez, amely ellenáll a deformációnak. A C-BN erős irányú kötései hozzájárulnak annak magas keménységéhez és hőstabilitásához.

- Tungfen karbid: Kristályosodik egy hatszögletű, szorosan csomagolt szerkezetben, ahol a volfrám és a szénatomok szorosan vannak csomagolva. A WC -ben a kötés kovalens, fém- és ionos karakter keveréke, amely egyensúlyt biztosít a keménység és a keménység között. A fémkötési alkatrész bizonyos fokú plasztikus deformációt tesz lehetővé, ami fokozza a keménységet a tisztán kovalens anyagokhoz képest, mint például a C-BN.

Bővített ipari és technológiai alkalmazások

A vágószerszámokon és a csiszolóanyagokon túl mind a bór -nitrid, mind a volfrám -karbid felhasználása különféle fejlett technológiai területeken találja meg.

. Az elektronikus eszközökben szubsztrát anyagként is alkalmazzák a nagy teljesítményű, nagyfrekvenciás félvezetők számára, kiváló hővezető képessége és elektromos szigetelési tulajdonságai miatt. Ezenkívül a C-BN-t a precíziós csiszoló kerekekhez és a polírozó alkalmazásokhoz használják, ahol szélsőséges keménység szükséges.

- Tungfen karbid: Széles körben használják a bányászati ​​szerszámok, a fúrási darabok és a kopásálló bevonatok gyártásában. Szilárdsága lehetővé teszi az ütközéssel és a kopással járó alkalmazásokra. Ezenkívül a WC-t ékszerekben használják, mint tartós és karcálló anyagként a gyűrűk és az órákhoz. A fém formájában is szolgál, és az extrudálás meghal, ahol kopásállóság meghosszabbítja a szerszám élettartamát.

Környezeti és gazdasági szempontok

Mindkét anyag előállítása energiaigényes folyamatokat foglal magában.

-köbös bór-nitrid: A szintézis általában nagynyomású, magas hőmérsékletű (HPHT) módszereket igényel, amelyek jelentős energiát fogyasztanak és speciális berendezéseket igényelnek. A termelés bonyolultsága hozzájárul a magasabb költségekhez és a korlátozott rendelkezésre álláshoz.

- Tungfen karbid: A termelés magában foglalja a szennyvíz- és szénporok szinterelését, amely kevésbé energiatívó, de továbbra is gondos ellenőrzést igényel a körülmények között. A WC megfizethetőbb és szélesebb körben elérhető, így sok ipari alkalmazás számára választott anyag.

Környezetvédelmi szempontból a bányászat és a finomítás volfrám- és bór erőforrásai ökológiai hatásokkal járnak. A volfrám -karbid szerszámok újrahasznosítása gyakori a hulladék és az erőforrás -fogyasztás csökkentése érdekében. A C-BN zöldebb szintézis módszereinek kutatása folyamatban van a környezeti lábnyom csökkentése érdekében.

Jövőbeli kutatások és fejlesztések

A kutatás továbbra is a szuperharmat anyagok szintézis módszereinek és tulajdonságainak javítását folytatja.

- Boron-nitrid: Az erőfeszítések arra összpontosítanak, hogy nagyobb, hibamentes kristályokat állítsák elő köbös és wurtzit formákból, hogy keménységi potenciáljukat teljes mértékben kihasználják. A C-BN-t magában foglaló nanostrukturálási és összetett anyagok célja a keménység fokozása, miközben fenntartja a keménységet. Új szintézis technikákat, például kémiai gőzlerakódást (CVD) vizsgálnak, hogy vékony fóliákat és bevonókat hozzanak létre, amelyek kiváló teljesítményűek.

- Tungfen karbid: A kutatás célja az oxidációs ellenállás és a hőstabilitás javítása ötvözés és fejlett bevonatok révén. A WC -vel kombináló hibrid anyagokat és fémeket kombinálják a teljesítmény optimalizálása érdekében az egyes alkalmazásokhoz. A kötőanyag -anyagok innovációi, például a kobaltok kevésbé mérgező alternatívákkal való cseréje szintén folyamatban vannak.

Mechanikai tulajdonságok és teljesítmény különböző körülmények között

A C-BN és a WC teljesítménye eltérő mechanikai és környezeti körülmények között változik.

- köbös bór-nitrid: Megemelt hőmérsékleten fenntartja keménységét, így ideális a nagysebességű megmunkáláshoz, ahol a hőtermelés jelentős. Kémiai inertitása megakadályozza a degradációt agresszív környezetben, lehetővé téve a szerszám élettartamát a vasfémek vágásakor.

- Tungsten karbid: Bár nagyon kemény, 500–600 ° C feletti hőmérsékleten oxidálódhat és lebomlik, korlátozva annak felhasználását a magas hőmérsékletű alkalmazásokban. Kiváló szilárdsága azonban lehetővé teszi, hogy az ütéseket felszívja és jobban ellenálljon a törésnek, mint a C-BN, ami törékenyebb. Ez a keménység kedvezővé teszi a WC -t olyan alkalmazásokban, ahol a mechanikai sokk gyakori.

A legfontosabb különbségek összefoglalása

Következtetés

A bór -nitrid és a volfrám -karbid közötti keménységi csatában a köbös bór -nitrid egyértelműen kiemelkedik, mint a keményebb anyag, a Mohs 9,5-10 keménységével és a Vickers keménységével majdnem megduplázódik a volfrám -karbid. Kiváló hőstabilitása és kémiai ellenállása nélkülözhetetlenné teszi az edzett acélok és a csiszoló megmunkálási feladatok vágását, ahol a volfrám -karbid szerszámok meghibásodhatnak.

A volfrám-karbid azonban sokoldalú, kemény és költséghatékony anyag marad, amelyet széles körben használnak az iparban. Keménysége lenyűgöző, de nem haladja meg a köbös bór -nitridét. Ezért a lehető legnagyobb keménység és a hőstabilitást igénylő alkalmazások esetében a preferált választás a köbös bór-nitrid, míg a volfrám-karbid a keménység és a költséghatékonyság prioritása.

Gyakran feltett kérdések (GYIK)

1. Mi a fő különbség a bór -nitrid és a volfrám -karbid között a keménység szempontjából?

A köbös bór -nitrid szignifikánsan nehezebb, mint a volfrám -karbid, a MOHS keménysége kb. A Vickers keménysége szintén sokkal magasabb, így kopásállóbbá teszi az igényes alkalmazásokban.

2. A volfrám -karbid bármilyen körülmények között nehezebb lehet -e, mint a bór -nitrid?

Nem, a Tungsten Carbide belső keménysége alacsonyabb, mint a köbös bór -nitrid. A Tungsten Carbide azonban jobb szilárdságot kínál, és kevésbé törékeny, ami az alkalmazástól függően előnyös lehet.

3. Miért részesül előnyben a köbös bór -nitrid a volfrám -karbidhoz képest a megkeményedett acélok vágásához?

A köbös bór -nitrid fenntartja keménységét és kémiai stabilitását magas hőmérsékleten, és ellenáll a viselkedésnek, ha a vas anyagokat megmunkálják, amelyek gyorsabban lebonthatják a volfrám -karbid szerszámokat.

4. A volfrám -karbid olcsóbb, mint a köbös bór -nitrid?

Igen, a volfrám -karbid általában olcsóbb és könnyebben előállítható, ezáltal gyakoribbá teszi sok ipari eszközben, ahol a szélsőséges keménység nem az elsődleges követelmény.

5. Vannak -e más formá a bór -nitrid más formái a köbös bór -nitrid mellett?

Igen, a hatszögletű bór-nitrid (H-BN) egy lágyabb forma, amelyet kenőanyagként használnak, és a wurtzite-bór-nitrid (W-BN) egy ritka forma, amely még nehezebb lehet, mint a gyémánt, de tiszta formában nehéz szintetizálni.