Menu konten
● Komposisi dan Struktur
● Sifat tungsten carbide
● Bahan baku untuk memproduksi karbida tungsten
● Proses pembuatan
● Aplikasi tungsten carbide
● Karbida semen
● Kesimpulan
● Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
>> 1. Apa formula kimia tungsten karbida?
>> 2. Apa bahan baku utama yang digunakan dalam produksi tungsten karbida?
>> 3. Seberapa keras Tungsten carbide dibandingkan dengan bahan lain?
>> 4. Apa saja aplikasi umum tungsten karbida?
>> 5. Apa proses pembuatan karbida semen?
● Kutipan:
Tungsten carbide (WC) adalah senyawa kimia yang terdiri dari bagian yang sama dari atom tungsten dan karbon [6] [7]. Dalam bentuknya yang paling mendasar, Tungsten carbide adalah bubuk abu-abu halus yang dapat ditekan dan dibentuk menjadi bentuk melalui proses yang disebut sintering untuk digunakan dalam peralatan industri, alat pemotong, abrasive, cangkang penarik baju besi, dan perhiasan [1] [6] [7]. Terkenal karena ketahanannya yang luar biasa dan ketahanan aus, ini adalah bahan penting dalam berbagai aplikasi industri [1] [3].
Komposisi dan Struktur
Tungsten karbida, dengan formula kimia WC, terdiri dari bagian tungsten yang sama (W) dan karbon (C) [3]. Ini fitur ikatan rangkap tiga yang kuat antara kation tungsten IV (W⁴⁺) dan anion karbon (C⁴⁻), membentuk struktur heksagonal atau kubik tergantung pada kondisi sintesis [3]. Massa molar sekitar 195,85 g/mol [3]. Untuk α-tungsten karbida, rasio stoikiometrik tungsten terhadap karbon harus hampir tepat, biasanya dalam 49,5-50,5 mol % C [3] [4]. Komposisi yang tepat ini berkontribusi pada kekerasan dan ketahanannya yang luar biasa terhadap suhu tinggi dan kondisi abrasif [3].
Sifat tungsten carbide
Tungsten carbide dikenal karena sifat fisik dan kimianya yang luar biasa, membuatnya cocok untuk beragam aplikasi.
- Kekerasan: Tungsten carbide sangat keras, peringkat antara 9 dan 9,5 pada skala kekerasan Mohs, menjadikannya salah satu bahan tersulit yang tersedia, kedua setelah berlian [3]. Ini memiliki kekerasan Vickers sekitar 2600, menunjukkan kekerasan superiornya dibandingkan dengan sebagian besar bahan industri [3].
- Kepadatan: dengan kepadatan sekitar 15,6 g/cm³, tungsten karbida secara signifikan lebih padat daripada karbida seperti silikon karbida, yang memiliki kepadatan sekitar 3,21 g/cm³ [1].
- Kekakuan: Tungsten karbida kira -kira tiga kali lebih kaku dari baja, dengan modulus Young antara 530-700 GPa [3].
- Resistensi keausan: Ini menunjukkan resistensi keausan yang luar biasa, yang berlangsung secara signifikan lebih lama dalam kondisi abrasif [3]. Sifat-sifat ini membuatnya ideal untuk aplikasi stres tinggi seperti alat pemotong dan bagian tahan aus, di mana mempertahankan tepi yang tajam sangat penting [3].
- Titik lebur: Tungsten carbide memiliki titik leleh yang tinggi, mulai dari 2780 hingga 2830 ℃ [1].
- Stabilitas kimia: Tungsten karbida tidak berinteraksi dengan klorin ketika di bawah 400 ° C. Ini bereaksi keras dengan fluor pada suhu kamar dan dioksidasi menjadi tungsten oksida ketika dipanaskan di udara [5].
Bahan baku untuk memproduksi karbida tungsten
Produksi tungsten carbide melibatkan beberapa bahan baku, masing -masing memainkan peran penting dalam produk akhir [1].
1. Bijih tungsten: bijih hitam adalah sumber utama tungsten [1].
2. Ammonium paratungstate (APT): Senyawa kimia murni yang berasal dari bijih tungsten yang berfungsi sebagai perantara dalam produksi logam tungsten dan tungsten karbida [1].
3. Tungsten oksida: Diproduksi dengan menghitung APT pada suhu tinggi, yang kemudian dikurangi menjadi bubuk logam tungsten dalam atmosfer hidrogen [1].
4. Sumber karbon: jelaga atau grafit digunakan untuk mengubah bubuk logam tungsten menjadi tungsten karbida melalui proses karburisasi suhu tinggi [1].
Proses pembuatan
Pembuatan tungsten karbida melibatkan beberapa metode, masing -masing dirancang untuk menghasilkan bahan dengan sifat dan aplikasi spesifik [4] [6].
1. Karburisasi langsung: Logam tungsten direaksikan dengan karbon pada suhu antara 1400 dan 2000 derajat Celcius [6].
W + C → WC
2. Proses Bed Fluida: Proses bed fluida suhu lebih rendah bereaksi logam tungsten atau WO3 biru dengan campuran CO/CO2 dan H2 antara 900 dan 1200 ° C [6].
3. Pengurangan Tungsten Oksida: WO3 dipanaskan dengan grafit pada 900 derajat Celcius secara langsung atau dalam hidrogen pada 670 derajat Celcius, diikuti oleh karburisasi dalam argon pada 1000 derajat Celcius [6].
WO3 + 4C → WC + 3CO
4. Deposisi Uap Kimia (CVD): Pada 670 ° C, tungsten heksakhloride direaksikan dengan hidrogen dan metana [6].
WCL6 + H2 + CH4 → WC + 6HCL
5. Karburisasi tungsten oksida dan garam: tungsten oksida, asam tungstat, ammonium paratungstate, dan scheelite juga dapat dikalariisasi secara langsung [4].
WO3 + 4 C → WC + 3 CO
H2WO4 + 4 C → WC + 3 CO + H2O
(NH4) 10W12O41 x 5 H2O + 48 C → 12 WC + 10 NH3 + 10 H2O + 36 CO
CAWO4 + 4 C → WC + CAO + 3 CO
Aplikasi tungsten carbide
Properti unik Tungsten Carbide menjadikannya penting di banyak industri [2] [5] [8]. Aplikasi rentangnya di berbagai bidang karena kekerasannya, ketahanan aus, dan stabilitas termal [2] [3].
1. Alat pemotongan: Dikenal karena kekerasan dan daya tahannya yang ekstrem, tungsten karbida digunakan untuk memproduksi abrasive yang tahan aus dan alat pemotong seperti pisau, bor, gergaji bundar, dan alat penggilingan [2] [3] [8]. Alat -alat ini sangat penting di sektor -sektor seperti pengerjaan logam, pengerjaan kayu, pertambangan, minyak bumi, dan konstruksi [2] [8].
2. Bagian tahan aus: Tungsten karbida digunakan dalam komponen yang membutuhkan ketahanan aus tinggi, seperti nozel, bantalan, dan kursi katup [3] [5].
3. Perhiasan: Tungsten carbide menemukan aplikasi di industri perhiasan, menghasilkan cincin yang tahan lama dan tahan abrasi [2] [6]. Cincin tungsten karbida jauh lebih tahan lama daripada cincin emas dan perak [6]. Cincin tungsten dinilai antara 8 dan 9 pada skala kekerasan Mohs [6].
4. Aplikasi Militer: Paduan Tungsten, sering dikombinasikan dengan nikel, besi, atau kobalt, digunakan dalam penetrator energi kinetik dan proyektil militer lainnya [2]. Paduan ini lebih disukai daripada uranium yang habis karena mereka menghindari bahaya radioaktif [2]. Tungsten juga digunakan dalam bahan peledak logam inert padat, yang dirancang untuk meminimalkan kerusakan jaminan sambil meningkatkan kematian dalam radius terbatas [2].
5. ELEKTRONIK DAN INDUSTRI LISTRIK: Titik lebur tinggi Tungsten dan konduktivitas listrik yang sangat baik membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi suhu tinggi [2]. Ini umumnya digunakan dalam filamen bola lampu pijar, tabung televisi yang lebih tua (tabung sinar-katoda), tabung vakum, dan nozel mesin roket [2]. Tungsten juga penting dalam proses pengelasan TIG (Tungsten Inert Gas) [2]. Di sektor elektronik, tungsten digunakan dalam sirkuit terintegrasi dan produksi semikonduktor, tabung sinar-X, dan instrumen elektronik lainnya [2].
6. Meningkatkan Sifat Baja: Dengan paduan tungsten dengan baja, bahan yang dihasilkan memperoleh kekuatan, kekerasan, dan ketahanan aus [2]. Contohnya termasuk baja berkecepatan tinggi, baja tungsten, dan baja magnetik kobalt tungsten [2]. Paduan ini digunakan untuk memproduksi alat -alat seperti latihan, pemotong penggilingan, dan gambar gambar kawat, di mana daya tahan dan presisi adalah yang terpenting [2].
7. Aplikasi Kimia: Senyawa tungsten digunakan dalam beberapa aplikasi kimia karena sifatnya yang unik [2]. Tungsten (IV) sulfida berfungsi sebagai pelumas suhu tinggi dan digunakan dalam katalis hidrodesulfurisasi [2]. Tungsten oksida, seperti tungsten trioksida (WO₃), digunakan dalam glasir keramik, pencahayaan fluoresen, dan sebagai komponen katalis di pembangkit listrik tenaga batu bara untuk mengurangi nitrogen oksida [2].
8. Medical Field: Tungsten digunakan untuk pelindung radiasi karena kepadatannya yang tinggi dan kemampuan penyerapan radiasi yang sangat baik [2]. Ini digunakan dalam target sinar-X dan perangkat pencitraan gamma, memastikan keselamatan pasien dan operator dalam prosedur pencitraan medis [2]. Tungsten carbide sering digunakan untuk membuat instrumen bedah karena meningkatkan kinerjanya dan juga tahan korosi [8].
9. Aerospace dan Otomotif: Di Aerospace, Tungsten digunakan sebagai bahan pemberat untuk menyeimbangkan pesawat dan pesawat ruang angkasa [2]. Kepadatannya yang tinggi juga membuatnya cocok untuk aplikasi otomotif, di mana ia digunakan dalam komponen yang dirancang untuk peredam dan penyeimbangan getaran [2].
Karbida semen
Karbida semen adalah bahan yang dibuat oleh 'semen' tungsten karbida biji -bijian dalam matriks pengikat logam kobalt dengan sintering fase cair [4]. Sering disebut sebagai 'karbida semen, ' Ini adalah bahan gabungan yang dibentuk melalui proses metalurgi bubuk [3]. Proses ini melibatkan pencampuran bubuk tungsten karbida dengan logam pengikat seperti kobalt atau nikel, kemudian memadatkan dan sintering campuran pada suhu tinggi untuk mencapai bahan kohesif yang kuat [3] [9]. Sintering biasanya dilakukan di bawah suhu leleh, sehingga fase cair biasanya tidak ada [9]. Sintering sering dipilih sebagai proses pembentukan bahan dengan titik leleh yang sangat tinggi seperti tungsten, molibdenum, atau keramik uranium dioksida [9].
Kesimpulan
Tungsten carbide adalah bahan yang luar biasa dengan komposisi kimia yang unik dan sifat luar biasa yang membuatnya sangat diperlukan di berbagai industri. Kekerasannya yang tinggi, ketahanan aus, dan stabilitas termal berkontribusi pada berbagai aplikasi, dari alat pemotong dan bagian tahan aus hingga perhiasan dan proyektil militer. Penelitian dan pengembangan yang sedang berlangsung dalam proses pembuatan tungsten karbida terus memperluas potensinya, memastikan signifikansinya dalam teknologi dan teknik modern.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ)
1. Apa formula kimia tungsten karbida?
Formula kimia tungsten karbida adalah WC, menunjukkan bahwa itu terdiri dari bagian yang sama dari atom tungsten dan karbon [1] [3] [7].
2. Apa bahan baku utama yang digunakan dalam produksi tungsten karbida?
Bahan baku primer termasuk bijih tungsten, amonium paratungstate (APT), tungsten oksida, dan sumber karbon seperti jelaga atau grafit [1].
3. Seberapa keras Tungsten carbide dibandingkan dengan bahan lain?
Tungsten carbide peringkat antara 9 dan 9,5 pada skala kekerasan Mohs, menjadikannya salah satu bahan tersulit yang tersedia, kedua setelah berlian [3].
4. Apa saja aplikasi umum tungsten karbida?
Aplikasi umum termasuk alat pemotong, bagian tahan aus, perhiasan, proyektil militer, dan komponen di bidang elektronik dan medis [2] [5] [6] [8].
5. Apa proses pembuatan karbida semen?
Karbida semen dibuat dengan 'semen' tungsten karbida biji -bijian dalam matriks pengikat logam kobalt dengan sintering fase cair, yang melibatkan pencampuran bubuk karbida tungsten dengan logam pengikat, pemadatan, dan sintering campuran pada suhu tinggi [3] [4] [9].
Kutipan:
[1] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-.html
[2] https://shop.machinemfg.com/understanding-tungsten-properties-applications-and-stability/
[3] https://shop.machinemfg.com/tungsten-carbide-an-overview/
[4] https://hpvchemicals.oecd.org/ui/handler.axd?id=Ed1c76bf-dad9-4baa-8d1b-70fed7f92862
[5] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-proulties.html
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://www.insaco.com/material/tungsten-carbide/
[8] https://www.tungco.com/insights/blog/5-tungsten-carbide-applications/
[9] https://material-properties.org/tungsten-carbide-properties-application-price/
