컨텐츠 메뉴
● 기본 물질 소개
● 텅스텐 카바이드의 역사적 배경
● 텅스텐 카바이드의 구성
>> 결정 구조
● 텅스텐 카바이드의 합성
>> 1. 직접 기화
>> 2. 유체 침대 공정
>> 3. 화학 증기 증착 (CVD)
● 텅스텐 카바이드의 특성
>> 1. 기계적 특성
>> 2. 열 및 전기 전도도
>> 3. 부식 저항
● 텅스텐 카바이드의 응용
>> 1. 산업 절단 도구
>> 2. 항공 우주 및 방어
>> 3. 의료 기기
>> 4. 에너지 부문
● 환경 및 경제적 고려 사항
>> 1. 광업 영향
>> 2. 재활용 기술
● 도전과 혁신
>> 1. Brittleness와 강인한 트레이드 오프
>> 2. 3D 프린팅
>> 3. 지속 가능한 대안
● 시장 동향과 미래의 전망
● 결론
● FAQ
>> 1. 텅스텐 카바이드는 경도에서 다이아몬드와 어떻게 비교됩니까?
>> 2. 탄산화물을 용접하거나 수리 할 수 있습니까?
>> 3. 코발트는 왜 텅스텐 탄화물에서 바인더로 사용됩니까?
>> 4. 텅스텐 카바이드 자기 자성입니까?
>> 5. 고온 응용 분야에서 텅스텐 카바이드 사용을 제한하는 것은 무엇입니까?
● 인용 :
화학적 공식 WC를 갖는 텅스텐 카바이드는 텅스텐 및 탄소 원자로 구성된 화합물이다. 탁월한 경도, 내마모성 및 높은 융점으로 유명하여 다양한 산업 응용 분야에서 중요한 재료입니다. 그러나 의문의 여부 텅스텐 카바이드 는 기본 물질입니다. 기본 물질을 구성하는 것이 무엇인지, 카바이드 자체의 구성을 이해해야합니다.
기본 물질 소개
기본 물질은 원자 수로 구별되는 한 가지 유형의 원자로만 구성된 순수한 화학 물질입니다. 예로는 산소 (O₂), 탄소 (C) 및 텅스텐 (W)과 같은 요소가 포함됩니다. 이들 물질은 동일한 원소의 원자로 구성되며, 분자에서 함께 결합되거나 유리 원자로 존재할 수있다. 대조적으로, 텅스텐 카바이드와 같은 화합물은 고정 된 비율로 화학적으로 결합 된 2 개 이상의 원소를 함유한다.
텅스텐 카바이드의 역사적 배경
텅스텐 카바이드는 19 세기 후반 프랑스 화학자 인 헨리 모이산 (Henri Moissan)이 전기 용광로로 결합한 프랑스 화학자 인 헨리 모이산 (Henri Moissan)에 의해 처음 합성되었습니다. 그러나 독일 과학자들이 코발트 바인더로 탄산소를 소결하는 방법을 개발하여 1920 년대까지 산업적 잠재력을 실현하지 못했습니다. 1930 년대에는 금속 가공 산업에 혁명을 일으켜 전통적인 철강 도구를 고정밀 가공으로 대체했습니다.
텅스텐 카바이드의 구성
텅스텐 카바이드는 1 : 1 몰비로 텅스텐 (W)과 탄소 (C) 원자를 결합하여 형성된다. 산업 응용 분야에서 사용되는 가장 일반적인 형태는 대략 94%의 텅스텐과 6%의 탄소를 포함합니다. 이 조성물은 텅스텐 카바이드가 결정 구조로 화학적으로 결합 된 2 개의 별개의 원소로 구성되므로 기본 물질이 아닌 화합물임을 확인합니다.
결정 구조
텅스텐 카바이드는 육각형 결정 격자 (도 2)를 가지며, 여기서 각 텅스텐 원자는 6 개의 탄소 원자로 둘러싸여있다. 이 배열은 탁월한 경도와 안정성에 기여합니다.
텅스텐 카바이드의 합성
1. 직접 기화
주요 방법은 수소 대기에서 1,400-2,000 ° C에서 탄소 (예 : 흑연)로 텅스텐 금속 또는 분말을 가열하는 것입니다. 반응은 :
W+C → WC
이 공정은 미세 텅스텐 카바이드 분말을 생성 한 다음 코발트 (6-12%)와 같은 바인더와 혼합하고 고압 하에서 소결됩니다.
2. 유체 침대 공정
저온 대안은 Co/Co₂ 가스 혼합물 및 수소를 갖는 유동층 원자로를 사용합니다. 이 방법은 에너지 소비를 줄이고 균일 한 입자 크기를 생성합니다.
3. 화학 증기 증착 (CVD)
CVD 기술은 기판에 텅스텐 카바이드 코팅을 퇴적하여 항공 우주 구성 요소를위한 내마비 표면을 만드는 데 이상적입니다.
텅스텐 카바이드의 특성
1. 기계적 특성
- 경도 : ~ 9의 Mohs 경도 (다이아몬드 10과 비교).
- 용융점 : 2,870 ° C, 대부분의 금속보다 높습니다.
- 영 계수 : 530–700 GPA, 강철보다 3 배 더 딱딱합니다.
- 밀도 : 15.6 g/cm³, 우라늄과 비슷합니다.
2. 열 및 전기 전도도
경도에도 불구하고 텅스텐 카바이드는 전기 (청동과 유사)와 열 효율적으로 열 효율적으로 전기 방전 가공 (EDM)에 적합합니다.
3. 부식 저항
그것은 최대 600 ° C의 온도에서 산화에 저항하며, 고농도에서 수경 플루오산과 질산을 제외하고는 대부분의 산에 불활성입니다.
텅스텐 카바이드의 응용
1. 산업 절단 도구
- 드릴 비트 : 연마 환경에서 100 배의 텅스텐 카바이드 팁 드릴 (그림 5).
- 밀링 인서트 : 항공 우주 제조에서 티타늄 및 Inconel 가공에 사용됩니다.
2. 항공 우주 및 방어
- 로켓 노즐 : 추진 시스템의 극한 온도를 견딜 수 있습니다.
- 갑옷 피어싱 탄약 : 침투기의 WC의 밀도와 경도를 활용합니다.
3. 의료 기기
- 수술 메스 : 스테인레스 스틸보다 선명하고 내구성이 뛰어납니다.
- 정형 외과 임플란트 : 관절 교체의 내마모성을 위해 WC로 코팅.
4. 에너지 부문
-오일 드릴링 인서트 : WC 코팅 드릴 비트는 심해 탐사에서 다운 타임을 줄입니다.
- 핵 제어로드 : 높은 중성자 흡수 효율.
환경 및 경제적 고려 사항
1. 광업 영향
주로 중국 (전세계 공급의 85%)에서 텅스텐 채굴은 삼림 벌채 및 수질 오염에 대한 우려를 제기합니다. 재활용 WC 스크랩은 재료의 95%를 회수하여 처녀 광석에 대한 의존도를 줄입니다.
2. 재활용 기술
- 아연 공정 : 코발트 바인더를 분리 된 WC 분말에 용해시킵니다.
- 직접 재사용 : 분쇄 된 WC 스크랩은 새로운 도구로 다시 시작됩니다.
도전과 혁신
1. Brittleness와 강인한 트레이드 오프
WC의 높은 경도는 Brittleness와 함께 제공됩니다. 나노 구조화 된 WC (곡물 크기 <100 nm)와 같은 혁신은 경도를 희생하지 않고 골절 강인성을 향상시킵니다.
2. 3D 프린팅
첨가제 제조는 경량 항공 우주 부품을위한 격자 구조와 같은 복잡한 WC 부품을 가능하게합니다.
3. 지속 가능한 대안
연구원들은 전통적인 WC-Cobalt 복합재의 독성 문제를 해결하기 위해 코발트 프리 바인더 (예 : 니켈, 철)을 개발하고 있습니다.
시장 동향과 미래의 전망
글로벌 텅스텐 카바이드 시장은 자동차 및 재생 에너지 부문의 수요에 의해 6.2% CAGR (2023–2030)으로 성장할 것으로 예상됩니다. 주요 선수로는 Sandvik AB, Kennametal 및 Mitsubishi 자료가 포함됩니다.
결론
텅스텐 카바이드는 분명히 기본 물질이 아닌 화합물입니다. 타의 추종을 불허하는 부동산은 제조에서 건강 관리에 이르기까지 산업에서 역할을 강화했습니다. 나노 기술 및 지속 가능성 발전의 발전으로 텅스텐 카바이드는 엔지니어링 문제를 극복하는 데 필수 불가결하게 유지 될 것입니다.
FAQ
1. 텅스텐 카바이드는 경도에서 다이아몬드와 어떻게 비교됩니까?
다이아몬드는 가장 어려운 천연 물질 (MOHS 10)이지만, 텅스텐 카바이드는 ~ 9로 순위를 매기므로 다이아몬드 도구의 금지 비용없이 대부분의 산업 응용 분야에 적합합니다.
2. 탄산화물을 용접하거나 수리 할 수 있습니까?
아니오 - 극단적 인 경도는 용접이 비현실적입니다. 손상된 WC 구성 요소는 일반적으로 교체되거나 재활용됩니다.
3. 코발트는 왜 텅스텐 탄화물에서 바인더로 사용됩니까?
코발트는 WC 곡물 사이의 간격을 채워 균열 전파를 방지하여 인성을 향상시킵니다. 그러나 니켈과 같은 대안은 친환경 생산을위한 견인력을 얻고 있습니다.
4. 텅스텐 카바이드 자기 자성입니까?
순수한 WC는 비자 성이지만 코발트 결합 변이체는 코발트 함량으로 인해 약간의 자기를 나타냅니다.
5. 고온 응용 분야에서 텅스텐 카바이드 사용을 제한하는 것은 무엇입니까?
500 ° C 이상, WC는 점차적으로 산화됩니다. 카바이드 크롬과 같은 코팅은 산화성을 개선하기 위해 적용됩니다.
인용 :
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[6] https://www.gauthmath.com/solution/ 17447249284 67973/tungsten-carbide-can-be-ed-to-make-of-ballpoint-pens-the-chemical-for? is_new_user = 1
[7] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten
[9] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf
[10] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
