Menu konten
● Komposisi dan Properti
● Bahan baku untuk memproduksi karbida tungsten
● Sintesis tungsten carbide
● Kontrol Ukuran Butir
● Tungsten Carbide yang disemen
● Aplikasi tungsten carbide
● Keuntungan Tungsten Carbide
● Kesimpulan
● FAQ
>> 1. Apa itu Tungsten Carbide?
>> 2. Bagaimana tungsten karbida disintesis?
>> 3. Apa bahan baku utama untuk memproduksi tungsten karbida?
>> 4. Apa sifat utama tungsten carbide?
>> 5. Apa aplikasi umum tungsten karbida?
● Kutipan:
Tungsten carbide (WC) adalah senyawa kimia yang terdiri dari atom tungsten dan karbon. Itu ada sebagai bubuk abu -abu halus dalam bentuk dasarnya tetapi dapat ditekan dan dibentuk menjadi bentuk melalui sintering untuk digunakan dalam mesin industri. Dikenal karena kekerasannya yang luar biasa, ketahanan aus, dan sifat termal, Tungsten carbide sangat penting untuk daya tahan industri dan banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk alat pemotong, bagian tahan aus, dan pelapis.
Komposisi dan Properti
Tungsten carbide (WC) terdiri dari tungsten dan atom karbon yang disusun dalam struktur kristal heksagonal. Bentuk paling umum yang digunakan dalam aplikasi industri mengandung sekitar 94% tungsten dan 6% karbon berdasarkan berat. Formula kimianya adalah WC, dengan berat molekul 195,85. Pengaturan spesifik dari atom -atom ini memunculkan sifat -sifatnya yang unik dan diinginkan.
Properti Kunci:
- Kekerasan: Tungsten carbide memiliki kekerasan yang sebanding dengan berlian, sering diukur pada skala Vickers dengan nilai yang melebihi 2000 HV. Kekerasan ekstrem ini membuatnya ideal untuk aplikasi di mana resistensi terhadap abrasi dan penetrasi sangat penting.
- Kepadatan: Dengan kepadatan sekitar 15,6 g/cm3, secara signifikan lebih padat daripada karbida lain seperti silikon karbida (sekitar 3,2 g/cm3) dan bahkan lebih padat daripada banyak baja (sekitar 7,8 g/cm3). Kepadatan tinggi ini berkontribusi pada stabilitas dan kekokohannya di lingkungan yang menuntut.
- Kekuatan: Ini memiliki kekuatan yang sangat tinggi untuk bahan yang keras dan kaku. Kekuatan tekannya lebih tinggi dari hampir semua mencair, dilemparkan, atau logam dan paduan yang ditempa, memungkinkannya menahan tekanan dan deformasi yang signifikan.
- Kekakuan: Tungsten carbide adalah dua hingga tiga kali kaku baja dan empat hingga enam kali kaku besi cor dan kuningan. Kekakuan ini merupakan faktor penting dalam aplikasi di mana stabilitas dimensi dan defleksi minimal diperlukan, seperti pemesinan presisi.
- Sifat termal: Ini mempertahankan integritas strukturalnya dan kinerja dari suhu kamar hingga panas ekstrem, dengan salah satu titik leleh tertinggi di antara bahan teknik (2780-2830 ℃). Titik leleh yang tinggi dan resistensi terhadap deformasi termal ini membuatnya sangat berharga dalam aplikasi suhu tinggi.
- Resistensi keausan: Tungsten carbide terkenal dengan ketahanan aus yang luar biasa, membuatnya cocok untuk menuntut aplikasi industri seperti alat pemotong, di mana bahan tersebut terus mengalami gesekan dan abrasi.
- Inertness Kimia: Ini tidak larut dalam air, asam klorida, dan asam sulfat tetapi larut dalam campuran asam nitrat dan asam hidrofluorat. Ketidakluhan kimia ini membuatnya cocok untuk digunakan di lingkungan korosif di mana bahan lain akan menurun.
Bahan baku untuk memproduksi karbida tungsten
Produksi tungsten carbide melibatkan beberapa bahan baku utama, masing -masing berkontribusi pada sifat produk akhir:
- Bijih tungsten: bijih hitam, seperti wolframite ((fe, mn) wo4) dan scheelite (cawo4), adalah sumber utama tungsten. Bijih ini ditambang dan diproses untuk mengekstraksi senyawa yang mengandung tungsten.
- Ammonium paratungstate (APT): Senyawa kimia murni yang berasal dari bijih tungsten berfungsi sebagai perantara dalam produksi logam tungsten dan tungsten karbida. APT diproduksi melalui serangkaian proses kimia yang melibatkan pencucian, ekstraksi pelarut, dan kristalisasi.
- Tungsten oksida: Diproduksi dengan menghitung APT pada suhu tinggi, yang kemudian dikurangi menjadi bubuk logam tungsten dalam atmosfer hidrogen. Proses kalsinasi menghilangkan amonia dan air, meninggalkan tungsten oksida.
- Sumber karbon: jelaga atau grafit digunakan untuk mengubah bubuk logam tungsten menjadi tungsten karbida melalui proses karburisasi suhu tinggi. Sumber karbon ini harus memiliki kemurnian tinggi untuk menghindari memperkenalkan kotoran ke dalam produk akhir.
Sintesis tungsten carbide
Tungsten carbide dapat disintesis melalui beberapa metode, masing -masing dengan keunggulan dan keterbatasannya. Metode -metode ini sangat penting untuk mengendalikan kualitas dan sifat produk akhir.
1. Reaksi langsung tungsten dan karbon: logam tungsten (atau bubuk) dan karbon bereaksi pada suhu tinggi, biasanya antara 1400 ° C dan 2000 ° C
2. Proses Bed Fluid: Proses bed fluida suhu rendah bereaksi baik logam tungsten (atau bubuk) atau WO3 biru dengan campuran gas CO/CO2 dan gas H2 antara 900 ° C dan 1200 ° C
3. Reaksi tungsten oksida dengan grafit: tungsten trioksida (WO3) dipanaskan dengan grafit langsung pada 900 ° C atau dalam hidrogen pada 670 ° C, diikuti dengan karburisasi dalam argon pada 1000 ° C
4. Deposisi uap kimia (CVD): tungsten hexachloride bereaksi dengan hidrogen (sebagai zat pereduksi) dan metana (sebagai sumber karbon) pada 670 ° C (943 K)
Kontrol Ukuran Butir
Ukuran butiran karbida secara signifikan menentukan sifat mekanik dari produk akhir. Ukuran biji -bijian yang lebih halus umumnya menyebabkan kekerasan dan kekuatan yang lebih tinggi, sedangkan ukuran biji -bijian yang lebih kasar dapat menawarkan peningkatan ketangguhan. Ukuran butir tergantung pada ukuran partikel tungsten oksida dan durasi dan suhu pemrosesan campuran oksida/karbon. Teknik -teknik seperti mengendalikan tingkat nukleasi dan menggunakan aditif sintering juga dapat digunakan untuk mempengaruhi pertumbuhan biji -bijian.
Tungsten Carbide yang disemen
Untuk meningkatkan ketangguhan dan kegunaannya, tungsten karbida sering digunakan dalam bentuk 'disemen '. Ini melibatkan pengikatan butiran tungsten karbida bersama dengan pengikat logam, biasanya kobalt. Binder logam memberikan keuletan dan ketangguhan, mengkompensasi kerapuhan yang melekat pada tungsten carbide.
Proses:
1. Pencampuran: Tungsten karbida bubuk dicampur dengan pengikat logam bubuk (biasanya kobalt, tetapi alternatif termasuk nikel, besi, dan lilin parafin). Proses pencampuran sangat penting untuk memastikan distribusi binder yang homogen di seluruh matriks tungsten karbida.
2. Menekan: Campuran ditekan ke dalam bentuk yang diinginkan. Menekan dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai teknik, termasuk penekanan uniaksial, penekanan isostatik, dan ekstrusi, tergantung pada bentuk dan kepadatan yang diinginkan.
3. Sintering: Compact yang ditekan kemudian disinter dengan memanaskannya hingga suhu antara 1400 ° C (2550 ° F) dan 1600 ° C (2910 ° F). Selama sintering, pengikat meleleh, wet, dan sebagian larut biji -bijian tungsten karbida, mengikatnya bersama. Proses sintering dilakukan di atmosfer yang terkontrol untuk mencegah oksidasi dan mempertahankan struktur mikro yang diinginkan.
4. Hasil: Bahan komposit yang dihasilkan, yang dikenal sebagai karbida semen, menggabungkan kekerasan tungsten karbida dengan ketangguhan pengikat logam. Sifat -sifat karbida semen dapat disesuaikan dengan menyesuaikan komposisi, ukuran butir, dan parameter sintering.
Aplikasi tungsten carbide
Sifat luar biasa Tungsten Carbide membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi di berbagai industri. Kekerasannya, ketahanan aus, dan stabilitas termal sangat dihargai di lingkungan yang menuntut.
- Alat pemotongan: Digunakan untuk alat belok pemotongan berkecepatan tinggi, pemotong penggilingan, bor bit, dan sisipan. Kekerasan tinggi dan ketahanan aus tungsten karbida memungkinkan alat -alat ini mempertahankan tepi pemotongan yang tajam untuk waktu yang lama, yang mengarah pada peningkatan efisiensi dan presisi pemesinan.
- Bagian tahan keausan: digunakan dalam komponen yang membutuhkan ketahanan aus tinggi, seperti segel, nozel, bantalan, dan mati. Bagian -bagian ini mengalami gesekan dan abrasi yang konstan, dan resistensi keausan superior tungsten karbida memastikan masa pakai yang panjang.
- Bahan Struktural Kiln Furnace: Dipekerjakan di lingkungan suhu tinggi karena stabilitas termal dan ketahanan terhadap deformasi. Komponen tungsten karbida dapat menahan suhu ekstrem dan atmosfer korosif yang ditemukan di tungku industri.
- Komponen mesin jet: Digunakan dalam aplikasi aerospace karena stabilitas termal dan kekuatan suhu tinggi. Komponen Tungsten Carbide dapat menahan suhu ekstrem dan tekanan yang ditemui di mesin jet, berkontribusi terhadap peningkatan kinerja dan daya tahan.
- Bahan Cermet: Digunakan dalam bahan komposit yang menggabungkan sifat keramik dan logam. Cermets menawarkan kombinasi unik kekerasan tinggi, ketahanan aus, dan ketangguhan, membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi yang menuntut.
- Elemen Pemanasan Resistansi: Diterapkan dalam elemen pemanasan karena konduktivitas listrik dan resistensi termal. Elemen pemanas tungsten karbida dapat menghasilkan suhu tinggi secara efisien dan andal, membuatnya cocok untuk aplikasi pemanasan industri.
- Smelting cawan lebur: Digunakan untuk logam seperti tembaga, kobalt, dan bismut. Cawan lebid tungsten karbida dapat menahan suhu tinggi dan lingkungan korosif yang terlibat dalam peleburan logam, memastikan kontaminasi minimal dari logam cair.
- Film semikonduktor tahan aus: diterapkan dalam manufaktur semikonduktor untuk melindungi komponen sensitif dari keausan dan korosi. Film tungsten karbida dapat disimpan menggunakan teknik CVD, memberikan lapisan tipis dan seragam dengan ketahanan aus yang sangat baik.
-Bahan Aerospace: Sebagai aditif yang dimodifikasi dari karbida sistem NBC-C dan TAC-C Ternary. Tungsten karbida dapat meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan ketahanan oksidasi dari bahan-bahan komposit ini, membuatnya cocok untuk aplikasi aerospace ekstrem.
Keuntungan Tungsten Carbide
Tungsten Carbide menawarkan beberapa keuntungan yang menjadikannya bahan yang disukai di banyak industri. Keuntungan ini berasal dari kombinasi properti yang unik, membuatnya cocok untuk menuntut aplikasi di mana bahan lain akan gagal.
- Kekerasan Tinggi: Memberikan resistensi yang sangat baik terhadap keausan dan abrasi, memperpanjang masa pakai komponen dan mengurangi biaya perawatan.
- Kekuatan tinggi: Menawarkan kinerja yang unggul dalam kondisi stres tinggi, memastikan integritas struktural dan mencegah kegagalan.
- Kekakuan tinggi: Memastikan deformasi minimal dan defleksi dalam aplikasi yang menuntut, mempertahankan akurasi dan presisi dimensi.
- Stabilitas termal: Mempertahankan integritas struktural pada suhu tinggi, memungkinkan untuk digunakan di lingkungan yang ekstrem tanpa degradasi.
- Resistensi kimia: Tahan terhadap banyak zat korosif, memastikan daya tahan dan mencegah kegagalan terkait korosi.
- Machinability yang sangat baik: Meskipun tungsten karbida yang keras dan disemen dapat dikerjakan menggunakan teknik khusus seperti pemesinan pelepasan listrik (EDM) dan penggilingan, memungkinkan untuk penciptaan bentuk kompleks dan dimensi yang tepat.
Kesimpulan
Tungsten carbide adalah bahan yang serba guna dan penting dalam industri modern, karena kekerasannya yang luar biasa, ketahanan aus, dan stabilitas termal. Ini disintesis melalui berbagai metode, termasuk reaksi langsung, proses bed fluida, dan deposisi uap kimia, masing -masing menawarkan keunggulan unik dalam hal kontrol dan skalabilitas. Tungsten karbida yang disemen, menggabungkan tungsten karbida dengan pengikat logam, meningkatkan ketangguhan dan penerapannya, membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi yang menuntut. Penggunaannya yang meluas dalam alat pemotong, bagian yang tahan aus, dan komponen kedirgantaraan menggarisbawahi pentingnya dalam menuntut lingkungan industri. Penelitian dan pengembangan yang sedang berlangsung dalam bahan tungsten karbida terus memperluas aplikasinya dan meningkatkan kinerjanya, memastikan relevansinya yang berkelanjutan di masa depan.
FAQ
1. Apa itu Tungsten Carbide?
Tungsten carbide (WC) adalah senyawa kimia yang terdiri dari atom tungsten dan karbon. Ia dikenal karena kekerasannya yang luar biasa, ketahanan aus, dan stabilitas termal, membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi industri. Ini sering digunakan dalam bentuk karbida semen, di mana butiran tungsten karbida diikat bersama oleh pengikat logam, biasanya kobalt.
2. Bagaimana tungsten karbida disintesis?
Tungsten karbida dapat disintesis melalui beberapa metode, termasuk reaksi langsung tungsten dan karbon pada suhu tinggi, proses bed fluida menggunakan tungsten oksida, dan teknik pengendapan uap kimia yang melibatkan tungsten halida. Setiap metode menawarkan keunggulan berbeda dalam hal kontrol atas ukuran butir, kemurnian, dan skalabilitas.
3. Apa bahan baku utama untuk memproduksi tungsten karbida?
Bahan baku primer termasuk bijih tungsten, seperti wolframite dan scheelite, yang diproses untuk mengekstraksi senyawa yang mengandung tungsten. Senyawa -senyawa ini kemudian dikonversi menjadi amonium paratungstate (APT), tungsten oksida, dan akhirnya, bubuk logam tungsten. Sumber karbon, seperti jelaga atau grafit, digunakan untuk bereaksi dengan bubuk logam tungsten untuk membentuk tungsten karbida.
4. Apa sifat utama tungsten carbide?
Sifat utama termasuk kekerasan tinggi, seringkali sebanding dengan berlian; kepadatan tinggi, membuatnya lebih padat daripada kebanyakan logam; kekuatan tinggi, memungkinkannya menahan tekanan yang signifikan; kekakuan tinggi, memastikan deformasi minimal; stabilitas termal, menjaga sifat -sifatnya pada suhu tinggi; dan ketahanan aus, membuatnya cocok untuk lingkungan abrasif.
5. Apa aplikasi umum tungsten karbida?
Tungsten karbida umumnya digunakan dalam alat pemotongan untuk pemesinan logam dan bahan lainnya, bagian yang tahan aus seperti segel dan bantalan, bahan struktural tungku kiln untuk lingkungan suhu tinggi, komponen mesin jet untuk aplikasi aerospace, complting-mugicle untuk pemanasan pemanasan keramik dan logam untuk pemanasan pemanasan industri, untuk pemanasan petaka, pemanasan petaka, untuk pemanasan petaka, Film untuk perangkat elektronik, dan bahan dirgantara untuk aplikasi kinerja tinggi.
Kutipan:
[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-proulties.html
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/24896/03chapter3.pdf? sequence=4
[8] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[9] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-.html
