Inhoudsmenu
● Invoering
● Hardheid begrijpen
>> Definitie van hardheid
>> Hardheid meten
>>> MOHS -schaal
>>> Vickers Hardheidstest
● Tungsten carbide: eigenschappen en kenmerken
>> Samenstelling en structuur
>> Hardheid van wolfraamcarbide
>> Toepassingen van wolfraamcarbide
● Diamant: de moeilijkste natuurlijke substantie
>> Vorming en structuur
>> Hardheid van diamant
>> Toepassingen van diamant
● Vergelijking van wolfraamcarbide en diamant
>> Hardheid vergelijking
>> Andere eigendomsvergelijkingen
>>> Taaiheid
>>> Thermische geleidbaarheid
>>> Kosten
● Toepassingen waar hardheid ertoe doet
>> Industriële snijgereedschappen
>> Boorapparatuur
>> Slijtvaste coatings
>> Sieraden
● Factoren die de hardheid beïnvloeden
>> Zuiverheid en compositie
>> Kristaloriëntatie
>> Productieproces
● Misvattingen over hardheid
>> Hardheid is gelijk aan onverwoestbaarheid
>> Hardheid is de enige belangrijke eigenschap
>> Alle diamanten zijn even moeilijk
● Toekomstige ontwikkelingen
>> Synthetische superhard materialen
>> Nanocomposieten
● Conclusie
● FAQ
>> 1. Kan Carbide wolfraamcarbide een diamant krabben?
>> 2. Waarom wordt Tungsten -carbide gebruikt in plaats van diamant in sommige toepassingen?
>> 3. Zijn er materialen moeilijker dan diamant?
>> 4. Hoe verhouden de kosten van wolfraamcarbide zich tot Diamond?
>> 5. Kan wolfraamcarbide worden gebruikt in sieraden zoals diamanten?
● Citaten:
Invoering
De wereld van materiaalwetenschap is gevuld met fascinerende stoffen, die elk een unieke eigenschappen hebben die ze geschikt maken voor verschillende toepassingen. Onder deze, Tungsten carbide en diamant vallen op als twee van de moeilijkste materialen die de mensheid kent. Beide hebben aanzienlijke aandacht gekregen voor hun uitzonderlijke hardheid en duurzaamheid, wat leidt tot wijdverbreid gebruik in industriële en consumententoepassingen. Er rijst zich echter vaak voor: is wolfraamcarbide harder dan Diamond? Dit artikel beoogt deze vraag diepgaand te verkennen, de eigenschappen van deze twee opmerkelijke materialen te vergelijken en licht te werpen op hun respectieve sterke punten en toepassingen.
Hardheid begrijpen
Voordat u zich verdiept in de vergelijking tussen wolfraamcarbide en diamant, is het cruciaal om te begrijpen wat we bedoelen met 'hardheid ' in de materiaalwetenschap.
Definitie van hardheid
Hardheid is een maat voor de weerstand van een materiaal tegen gelokaliseerde vervorming, meestal veroorzaakt door inspringing of krassen. Het is een belangrijke eigenschap die bepaalt hoe goed een materiaal bestand is tegen slijtage, evenals de geschiktheid voor verschillende toepassingen.
Hardheid meten
Verschillende schalen worden gebruikt om de hardheid te meten, waarbij de MOHS -schaal en de Vickers Hardness Test een van de meest voorkomende zijn.
MOHS -schaal
De MOHS -schaal, ontwikkeld in 1812 door de Duitse mineralogist Friedrich Mohs, beoordeelt de hardheid van materialen op een schaal van 1 tot 10. Elk nummer vertegenwoordigt het vermogen van een materiaal om materialen lager op de schaal te krassen.
Vickers Hardheidstest
De Vickers Hardness Test biedt een meer precieze meting van hardheid. Het gaat om het drukken van een diamantvormige indenter in een materiaal met een bekende kracht en het meten van de grootte van de resulterende inspringing.
Tungsten carbide: eigenschappen en kenmerken
Tungsten carbide is een verbinding van wolfraam- en koolstofatomen in een verhouding van 1: 1. Het staat bekend om zijn uitzonderlijke hardheid en slijtvastheid, waardoor het een populaire keuze is voor verschillende industriële toepassingen.
Samenstelling en structuur
Wolfraamcarbide bestaat meestal uit wolfraamcarbidekorrels die bij elkaar worden gehouden door een bindmiddelmateriaal, vaak kobalt. Deze compositie geeft het een unieke combinatie van hardheid en taaiheid [1].
Hardheid van wolfraamcarbide
Op de MOHS -schaal is wolfraamcarbides tussen 8,5 en 9,5, afhankelijk van de exacte samenstelling [2]. Dit plaatst het een van de moeilijkst bekende materialen, de tweede slechts voor enkele stoffen, waaronder Diamond.
Toepassingen van wolfraamcarbide
Vanwege de hardheid en slijtvastheid vindt wolfraamcarbide gebruik in:
1. Snijdgereedschap voor metaalbewerking
2. Mijnbouw- en boorapparatuur
3. Draagbestendige componenten in machines
4. Sieraden en horloge maken
Diamant: de moeilijkste natuurlijke substantie
Diamond, een allotrope van koolstof, staat bekend als de moeilijkste natuurlijk voorkomende substantie op aarde.
Vorming en structuur
Diamanten vormen zich diep in de aarde onder extreme druk- en temperatuuromstandigheden. Hun kristalstructuur, met elk koolstofatoom gebonden aan vier anderen in een tetraëdrische opstelling, draagt bij aan hun uitzonderlijke hardheid [7].
Hardheid van diamant
Diamond zit aan de bovenkant van de MOHS -schaal met een beoordeling van 10. Op de schaal van Vickers kan Diamond een hardheidswaarde van maximaal 10.000 HV hebben, hoewel dit kan variëren afhankelijk van de specifieke diamant [7] [18].
Toepassingen van diamant
Diamanten worden gebruikt in:
1. Snijden en slijpgereedschap
2. Hogedruk-experimenten
3. Sieraden
4. Bepaalde elektronische toepassingen
Vergelijking van wolfraamcarbide en diamant
Nu we de eigenschappen van beide materialen hebben onderzocht, laten we rechtstreeks vergeleken met wolfraamcarbide en diamant in termen van hardheid en andere relevante kenmerken.
Hardheid vergelijking
Hoewel beide materialen uitzonderlijk hard zijn, is Diamond inderdaad moeilijker dan wolfraamcarbide. Op de MOHS -schaal beoordeelt diamant een 10, terwijl wolfraamcarbide doorgaans tussen 8,5 en 9,5 [2] [7].
Andere eigendomsvergelijkingen
Taaiheid
Hoewel diamant moeilijker is, is wolfraamcarbide over het algemeen moeilijker. Taaiheid verwijst naar het vermogen van een materiaal om energie te absorberen voordat ze breken. De composietstructuur van Tungsten Carbide van harde carbidekorrels in een stoere metalen bindmiddel geeft het superieure taaiheid in vergelijking met diamant [1] [18].
Thermische geleidbaarheid
Diamond heeft een hogere thermische geleidbaarheid dan wolfraamcarbide. Deze eigenschap maakt diamant uitstekend voor warmtedissipatie bij snijgereedschap [18].
Kosten
Tungsten-carbide is over het algemeen goedkoper dan diamant, waardoor het een meer kosteneffectieve keuze is voor veel toepassingen waar extreme hardheid vereist is maar hardheid op diamantniveau niet nodig is [21].
Toepassingen waar hardheid ertoe doet
De extreme hardheid van zowel wolfraamcarbide als diamant maakt ze waardevol in verschillende toepassingen waar slijtvastheid cruciaal is.
Industriële snijgereedschappen
Beide materialen worden gebruikt in snijgereedschap, maar voor verschillende doeleinden. Wolfraamcarbide wordt vaak gebruikt voor het snijden van metaal, terwijl diamant de voorkeur heeft voor het snijden van extreem harde materialen zoals keramiek of andere diamanten [24].
Boorapparatuur
In de olie- en gasindustrie worden beide materialen gebruikt in boorbits. Diamant wordt vaak gebruikt in de vorm van polykristallijne diamantcompact (PDC) bits voor boren door middel van harde rotsformaties [4].
Slijtvaste coatings
Beide materialen kunnen worden gebruikt als coatings om de slijtvastheid van verschillende componenten te verbeteren. Diamantachtige koolstof (DLC) coatings zijn vooral populair in sommige toepassingen [18].
Sieraden
Terwijl diamanten traditioneel worden gebruikt in fijne sieraden, is wolfraamcarbide de afgelopen jaren populair geworden voor trouwringen voor heren vanwege de duurzaamheid en krasweerstand [16].
Factoren die de hardheid beïnvloeden
Het is belangrijk op te merken dat de hardheid van zowel wolfraamcarbide als diamant kan variëren, afhankelijk van verschillende factoren:
Zuiverheid en compositie
Voor wolfraamcarbide kan de verhouding tussen wolfraam tot koolstof en het type en de hoeveelheid gebruikte bindmateriaal de hardheid beïnvloeden. Voor diamanten kan de aanwezigheid van onzuiverheden of defecten in de kristalstructuur de hardheid beïnvloeden [1] [18].
Kristaloriëntatie
In diamanten kan hardheid enigszins variëren, afhankelijk van de kristaloriëntatie. Sommige aanwijzingen in het kristal zijn iets moeilijker dan andere [18].
Productieproces
Voor synthetische diamanten en wolfraamcarbide kan het productieproces de uiteindelijke hardheid beïnvloeden. Factoren zoals sintertemperatuur en druk kunnen de eigenschappen van het eindproduct beïnvloeden [6].
Misvattingen over hardheid
Er zijn verschillende veel voorkomende misvattingen over materiële hardheid die het waard zijn om aan te pakken:
Hardheid is gelijk aan onverwoestbaarheid
Hoewel zowel wolfraamcarbide als diamant extreem moeilijk zijn, is geen van beide onverwoestbaar. Beide kunnen worden gebroken of afgebroken met voldoende kracht [10] [18].
Hardheid is de enige belangrijke eigenschap
Hoewel hardheid cruciaal is voor veel toepassingen, zijn andere eigenschappen zoals taaiheid, thermische geleidbaarheid en kosten vaak even belangrijk bij het kiezen van een materiaal voor een specifiek gebruik [21] [24].
Alle diamanten zijn even moeilijk
Natuurlijke diamanten kunnen in hardheid variëren, afhankelijk van hun vormingsomstandigheden en de aanwezigheid van onzuiverheden. Sommige synthetische diamanten zijn zelfs gemaakt die moeilijker zijn dan natuurlijke diamanten [13].
Toekomstige ontwikkelingen
Onderzoek in materiaalwetenschap blijft de grenzen verleggen van wat mogelijk is in termen van materiële hardheid:
Synthetische superhard materialen
Wetenschappers werken aan het ontwikkelen van nieuwe synthetische materialen die mogelijk diamant in hardheid kunnen overtreffen. Materialen zoals Wurtzite Boron Nitride en Lonsdaleite (zeshoekige diamant) tonen belofte in dit gebied [17].
Nanocomposieten
Onderzoekers onderzoeken nanocomposietmaterialen die de hardheid van materialen zoals diamant of wolfraamcarbide combineren met de taaiheid van andere materialen, waardoor mogelijk stoffen creëren met een optimaal evenwicht tussen eigenschappen [6].
Conclusie
Concluderend, hoewel wolfraamcarbide inderdaad een van de moeilijkste materialen is die de mens kent, is het niet moeilijker dan Diamond. Diamond blijft de moeilijkste natuurlijk voorkomende substantie, met een MOHS-hardheid van 10 vergeleken met 8,5-9,5 van Tungsten Carbide. Dit betekent echter niet dat diamant altijd de betere keuze is voor alle toepassingen. De combinatie van extreme hardheid en superieure taaiheid van Tungsten Carbide maakt het ideaal voor veel industriële en consumententoepassingen waar de brosheid van Diamond een nadeel kan zijn.
De keuze tussen wolfraamcarbide en diamant komt vaak neer op de specifieke vereisten van de toepassing, inclusief factoren zoals het type slijtage dat wordt verwacht, de omgeving waarin het materiaal zal worden gebruikt en kostenoverwegingen. Beide materialen blijven cruciale rollen spelen in verschillende industrieën, van snijgereedschap en boorapparatuur tot high-end sieraden.
Naarmate de materialenwetenschap verder gaat, zien we misschien de ontwikkeling van nieuwe superhard materialen die de positie van Diamond bovenaan de hardheidsschaal uitdagen. Voorlopig behoudt Diamond echter zijn kroon als de moeilijkst bekende natuurlijke substantie, met wolfraamcarbide die nauw achteraan volgt als een veelzijdig en zeer waardevol materiaal op zichzelf.
FAQ
1. Kan Carbide wolfraamcarbide een diamant krabben?
Nee, wolfraamcarbide kan geen diamant krassen. Diamond is moeilijker dan wolfraamcarbide op de MOHS-schaal (10 versus 8.5-9.5), wat betekent dat diamant wolfraamcarbide kan krassen, maar niet vice versa [2] [7].
2. Waarom wordt Tungsten -carbide gebruikt in plaats van diamant in sommige toepassingen?
Wolfraamcarbide wordt vaak gebruikt in plaats van diamant vanwege de lagere kosten, grotere taaiheid en gemakkelijkere productie. Het is met name handig in toepassingen waar extreme hardheid nodig is, maar hardheid op diamantniveau is niet nodig [21] [24].
3. Zijn er materialen moeilijker dan diamant?
Hoewel Diamond het moeilijkste natuurlijke materiaal is, zijn sommige synthetische materialen gemaakt die moeilijker kunnen zijn. Deze omvatten Wurtzite Boron Nitride en Lonsdaleite (zeshoekige diamant), hoewel hun praktische toepassingen momenteel beperkt zijn [17].
4. Hoe verhouden de kosten van wolfraamcarbide zich tot Diamond?
Tungsten carbide is over het algemeen veel goedkoper dan diamant. Dit maakt het een meer kosteneffectieve keuze voor veel industriële toepassingen waar extreme hardheid vereist is [21].
5. Kan wolfraamcarbide worden gebruikt in sieraden zoals diamanten?
Ja, wolfraamcarbide wordt in toenemende mate gebruikt in sieraden, vooral in heren trouwringen. Het wordt gewaardeerd vanwege zijn duurzaamheid, krasweerstand en moderne uitstraling. Het heeft echter niet dezelfde schittering of vuur als diamant, dus het wordt meestal niet gebruikt als een edelsteen [16].
Citaten:
[1] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[3] https://www.fa.ihrcarbide.com/news/is-tungsten-carbide-stronger-than-diamond/
[4] https://create.vista.com/photos/tungsten-carbide/
[5] https://www.tungstenringsco.com/blog/2023/06/tungsten-vs-diamond/
[6] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-hardness.html
[7] https://www.gemsociety.org/article/does-iamond-Hardness-Matter/
[8] https://www.carbide-part.com/blog/tungsten-carbide-hardness-vs-diamond/
[9] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/
[10] https://www.rarecarat.com/blog/diamond-ring-tips/diamond-questions-We-ve-got-answers
[11] https://jewelrydepotusa.com/metal-comparison/
[12] https://www.retopz.com/57-frequequequently- Asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/superhard_material
[14] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[15] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbidedatasheet.pdf
[16] https://www.menstungstenonline.com/tungsten-diamond-two-hardest-materials-hand-inhand.html
[17] https://www.reddit.com/r/gemstones/comments/1ahga1f/what_gemone_other_than_diamond_is_harder_than/
[18] https://en.wikipedia.org/wiki/diamond_industry
[19] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[20] https://www.minerals.net/mineral/diamond.aspx
[21] https://www.burdental
[22] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+Carbide
[23] https://www.shutterstock.com/search/diamond-hardness
[24] https://triaticinc.com/blog/the-difference tussen-diamond-core-bits-carbide/
[25] https://chemistry.stackexchange.com/questions/102971/why-can-a-diamond-broken-using-a-hammer-if-if-if-is
[26] https://eagle-endental-burs.com/blogs/articles/diamond-vs-carbide
