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● ネットワークを定義するものは何ですか？
>> ネットワーク固体の重要な特性
● タングステンカーバイドの原子構造
>> 1。六角形（α-WC）構造
>> 2。立方体（β-WC）構造
>> 結合特性：共有結合とメタリック
● 物理的および化学的特性
>> 熱および化学的安定性
● 合成と製造
>> 1。パウダー生産
>> 2。焼結
● ネットワーク構造を活用するアプリケーション
>> 1。切断および掘削ツール
>> 2。耐摩耗性コーティング
>> 3。高温成分
>> 4。消費者製品
● 比較分析：WC対その他のネットワーク固体
>> 類似点
>> 違い
● 結論
● よくある質問
>> 1。タングステンカーバイドはセラミックですか、それとも金属ですか？
>> 2。ネットワークが固体であるにもかかわらず、タングステン炭化物が電気を導入するのはなぜですか？
>> 3.タングステンカーバイドの硬度は、ダイヤモンドとどのように比較されますか？
>> 4.タングステン炭化物に最も依存している産業は何ですか？
>> 5。タングステンカーバイドはどのように合成されますか？
● 引用：
Tungsten Carbide （WC）は、その並外れた硬度、高い融点、および産業用途性で有名なセラミックの複合施設です。そのユニークな原子構造と結合特性は、ネットワーク固体としての分類についての議論を引き起こしました。この記事では、その構造特性を調査し、ダイヤモンドなどの古典的なネットワーク固形物と比較し、その合成方法を調べ、その動作とアプリケーションに関する一般的な質問に対処します。
ネットワークを定義するものは何ですか？
共有結合ネットワーク固体とも呼ばれるネットワーク固体は、原子が連続3次元格子の共有結合によって相互接続される材料です。これらの構造には、離散分子を欠いており、局所的な電子による高い融点、剛性、および電気伝導率が低いことを示します。古典的な例は次のとおりです。
- ダイヤモンド：四面体炭素格子（図1A）。
-Quartz（SIO₂）：シリコンオキシゲンテトラヘドラのフレームワーク。
- 炭化シリコン（SIC）：交互のシリコンと炭素原子を備えたダイヤモンドのような構造。
ネットワーク固体の重要な特性
- 融点の高いポイント（例えば、3,500°Cでのダイヤモンド昇華）。
- 硬質共有結合による例外的な硬度。
- 低い電気伝導率（π電子を非局在させたグラファイトを除く）。
- ストレス下でのプラスチック変形が最小限の脆い性質。
タングステンカーバイドの原子構造
タングステン炭化物は、明確な結合パターンを備えた2つの主要な形で結晶化します。
1。六角形（α-WC）構造
熱力学的に安定したα相は、単純な六角形格子を採用しています（図1B）：
- タングステン原子は密集した層を形成します。
- 炭素原子は、三角プリズムの隙間の50％を占め、WC比1：1を生み出します。
- 各タングステン原子は、6人の炭素隣接者に共有結合します（結合長：220 pm）。
この配置は、ダイヤモンドに似ているが、金属炭素層が交互にある3D共有ネットワークに似ています。
2。立方体（β-WC）構造
準安定β相には岩塩（NaCl）構造があります。
- タングステンおよび炭素原子は、顔中心の立方位置を交互に占めます。
- この相は2,500°Cを超えて形成されますが、冷却時に急速にα-WCに変換します。
結合特性：共有結合とメタリック
共有結合はα-WCで支配的ですが、微妙な金属特性が現れます。
- 部分的な電子非局在化：タングステンの重複するD軌道により、電子移動度が制限され、セラミックよりも金属に近い電気抵抗（〜0.2μΩ・m）が得られます。
- 複合材料の延性：純粋なWCは脆弱ですが、コバルト（CO）バインダーを追加すると、ストレス下でプラスチックの変形が可能になります。
物理的および化学的特性
タングステンカーバイドは、セラミックと金属の特性のブレンドを展示しています：
| プロパティ |
タングステン炭化物 |
ダイヤモンド |
スチール（AISI 1045） |
| 硬度（モー） |
9.0–9.5 |
10 |
4–4.5 |
| 融点（°C） |
2,870 |
3,500（昇華） |
1,425–1,520 |
| 電気抵抗（μω・m） |
0.2 |
〜10⊃1;⊃2; |
0.15 |
| 熱伝導率（w/m・k） |
110 |
900–2,300 |
50 |
| 圧縮強度（GPA） |
6.76 |
110 |
0.25–0.35 |
熱および化学的安定性
- 酸化抵抗：最大500〜600°Cまでの空気中の安定。 600°Cを超えるwo₃とco₂を形成します。
- 酸耐性：塩酸塩と硫酸に対する不活性ですが、HF/HNO₃混合物に溶解します。
合成と製造
タングステンカーバイドは、2つの段階で合成されます。
1。パウダー生産
- 直接浸炭：タングステンパウダーは、1,400〜2,000°Cでカーボンブラックと反応します。
W+CΔWC
- ガス相法：化学蒸気堆積（CVD）は、コーティング用の超微細ファインWCパウダーを作成します。
2。焼結
パウダーはコバルト（3〜30重量）と混合され、1,300〜1,500°Cで焼結して密な複合材料を形成します（図2）。コバルトはバインダーとして機能し、WC穀物の間のギャップを埋め、靭性を高めます。
ネットワーク構造を活用するアプリケーション
タングステンカーバイドの共有格子は、その産業的支配を支えています。
1。切断および掘削ツール
-WC-COコンポジットが機械加工業界を支配しています。
- 優れた耐摩耗性により、合金と複合材料の高速切断が可能になります（図3）。
2。耐摩耗性コーティング
- 航空宇宙成分にWC-COコーティングを噴霧する高速酸素燃料（HVOF）。
-WCナノ粒子を備えたダイヤモンド様カーボン（DLC）コーティングは、自動車エンジン部品を強化します。
3。高温成分
- ロケットノズルライナー：WCの熱安定性に耐える推進排気（> 2,000°C）。
- 原子炉シールド：WC-B₄c複合材料は中性子放射をブロックします。
4。消費者製品
- ジュエリー：焼結WCリングはプラチナや金よりも傷に抵抗します。
- スポーツ用品：WCの先端のゴルフクラブと自転車ペダルは耐久性を向上させます。
比較分析：WC対その他のネットワーク固体
類似点
-3D共有結合は、構造の完全性を定義します。
- 高硬度はプラスチックの変形に抵抗します。
違い
- 電気導電率：WCは電気を実施します。ダイヤモンドとクォーツはしません。
- 骨折の靭性：WC-CO複合材料（10〜20mpa√m）はダイヤモンド（5〜10mpa√m）を超えています。
結論
タングステン炭化物は、相互接続された共有格子のため、ネットワーク固体としての資格があります。ただし、複合形式での金属レベルの電気導電率と適応性は、従来のセラミック分類に挑戦します。これらの二重の特徴は、その原子構造と製造革新に根ざしたもので、極端な耐久性と正確さを要求する業界で不可欠なものになります。
よくある質問
1。タングステンカーバイドはセラミックですか、それとも金属ですか？
タングステンカーバイドは、共有結合を備えたセラミックです。ただし、多くの場合、コバルトのような金属製のバインダーと組み合わせて、ハイブリッド特性を示すセルメットを形成します。
2。ネットワークが固体であるにもかかわらず、タングステン炭化物が電気を導入するのはなぜですか？
その六角形格子は、グラファイトと同様に、部分的な電子の非局在化を可能にします。タングステンのD軌道のオーバーラップは、電子移動度を促進し、金属に似た抵抗率をもたらします。
3.タングステンカーバイドの硬度は、ダイヤモンドとどのように比較されますか？
WC（MOHS 9.0–9.5）は、ダイヤモンド（MOHS 10）よりもわずかに柔らかいが、Corundum（Sapphire/Ruby）よりも難しい。
4.タングステン炭化物に最も依存している産業は何ですか？
鉱業、航空宇宙、および製造業は、切削工具、耐摩耗性コーティング、高温成分にWCを使用します。
5。タングステンカーバイドはどのように合成されますか？
WCパウダーは、1,400〜2,000°Cでのタングステン金属の直接浸炭を介して生成されます。コバルトバインダーで焼結すると、密集した複合材が生成されます。
引用：
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[3] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-poperties-applications/
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] http://www.chinatungsten.com/tungsten-carbide/properties-of-tungsten-carbide.html
[6] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[7] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten-carbide
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/file:-alpha_tungsten_carbide_crystal_structure.jpg
[10] https://lodricrouxmatsci.wordpress.com/35-2/
[11] https://www.doubtnut.com/qna/12974648
[12] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[13] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
