Inhoudsmenu
● Samenstelling en structuur
● Eigenschappen van wolfraamcarbide
● Grondstoffen voor het produceren van wolfraamcarbide
● Productieprocessen
● Toepassingen van wolfraamcarbide
● Gecementeerde carbiden
● Conclusie
● Veelgestelde vragen (FAQ)
>> 1. Wat is de chemische formule van wolfraamcarbide?
>> 2. Wat zijn de primaire grondstoffen die worden gebruikt bij de productie van wolfraamcarbide?
>> 3. Hoe moeilijk is wolfraamcarbide vergeleken met andere materialen?
>> 4. Wat zijn enkele veel voorkomende toepassingen van wolfraamcarbide?
>> 5. Wat is het proces van het maken van gecementeerde carbide?
● Citaten:
Tungsten carbide (WC) is een chemische verbinding die gelijke delen van wolfraam- en koolstofatomen omvat [6] [7]. In zijn meest basale vorm, Tungsten carbide is een fijn grijs poeder dat kan worden geperst en in vormen kan worden gevormd door een proces dat sintering wordt genoemd voor gebruik in industriële apparatuur, snijgereedschap, schuurmiddelen, pantserborende schelpen en sieraden [1] [6] [7]. Bekend om zijn opmerkelijke hardheid en slijtvastheid, is het een cruciaal materiaal in verschillende industriële toepassingen [1] [3].
Samenstelling en structuur
Tungsten Carbide, met de chemische formule WC, bestaat uit gelijke delen van wolfraam (W) en koolstof (C) [3]. Het heeft een sterke drievoudige binding tussen het wolfraam IV -kation (W⁴⁺) en het koolstofanion (C⁴⁻), waardoor een zeshoekige of kubieke structuur wordt gevormd, afhankelijk van de synthese -omstandigheden [3]. De molaire massa is ongeveer 195,85 g/mol [3]. Voor α-tungstencarbide moet de stoichiometrische verhouding tussen wolfraam en koolstof bijna exact zijn, meestal binnen 49,5-50,5 mol % c [3] [4]. Deze precieze samenstelling draagt bij aan zijn uitzonderlijke hardheid en weerstand tegen hoge temperaturen en schurende omstandigheden [3].
Eigenschappen van wolfraamcarbide
Tungsten carbide staat bekend om zijn uitzonderlijke fysische en chemische eigenschappen, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan toepassingen.
- Hardheid: wolfraamcarbide is uitzonderlijk hard en rangschikt tussen 9 en 9,5 op de MOHS Hardness Scale, waardoor het een van de moeilijkste materialen beschikbaar is, de tweede alleen voor diamanten [3]. Het heeft een Vickers -hardheid van ongeveer 2600, wat duidt op zijn superieure hardheid in vergelijking met de meeste industriële materialen [3].
- Dichtheid: met een dichtheid van ongeveer 15,6 g/cm³, wolfraamcarbide is aanzienlijk dichter dan carbiden zoals siliciumcarbide, die een dichtheid heeft van ongeveer 3,21 g/cm³ [1].
- Stijfheid: wolfraamcarbide is ongeveer drie keer stijver dan staal, met een Young's modulus tussen 530-700 GPA [3].
- Draagweerstand: het vertoont uitstekende slijtvastheid en duurt aanzienlijk langer in schurende omstandigheden [3]. Deze eigenschappen maken het ideaal voor toepassingen met een hoge stress, zoals snijgereedschap en slijtvaste delen, waarbij het handhaven van een scherpe rand cruciaal is [3].
- Smeltpunt: wolfraamcarbide heeft een hoog smeltpunt, variërend van 2780 tot 2830 ℃ [1].
- Chemische stabiliteit: wolfraamcarbide interageert geen chloor wanneer deze lager is dan 400 ° C. Het reageert heftig met fluor bij kamertemperatuur en wordt geoxideerd in wolfraamoxide wanneer in de lucht wordt verwarmd [5].
Grondstoffen voor het produceren van wolfraamcarbide
De productie van wolfraamcarbide omvat verschillende grondstoffen, die elk een cruciale rol spelen in het eindproduct [1].
1. Tungsten erts: zwart erts is de primaire bron van wolfraam [1].
2. Ammonium paratungstate (APT): een gezuiverde chemische verbinding afgeleid van wolfraamerts die dient als een tussenproduct bij de productie van wolfraammetaal en wolfraamcarbide [1].
3. Wolfraamoxide: geproduceerd door APT te calcineren bij hoge temperaturen, die vervolgens wordt gereduceerd tot wolfraammetaalpoeder in een waterstofatmosfeer [1].
4. Koolstofbronnen: roet of grafiet worden gebruikt om wolfraammetaalpoeder om te zetten in wolfraamcarbide door een carburisatieproces op hoge temperatuur [1].
Productieprocessen
De productie van wolfraamcarbide omvat verschillende methoden, elk ontworpen om materialen te produceren met specifieke eigenschappen en toepassingen [4] [6].
1. Directe carburisatie: wolfraammetaal wordt gereageerd met koolstof bij temperaturen tussen 1400 en 2000 graden Celsius [6].
W + C → WC
2. Vloeistofbedproces: een lagere temperatuurvloeistofsproces reageert wolfraammetaal of blauwe WO3 met een CO/CO2 -mengsel en H2 tussen 900 en 1200 ° C [6].
3. Wolfraamoxide -reductie: WO3 wordt verwarmd met grafiet bij 900 graden Celsius direct of in waterstof bij 670 graden Celsius, gevolgd door carburisatie in argon op 1000 graden Celsius [6].
WO3 + 4C → WC + 3CO
4. Chemische dampafzetting (CVD): Bij 670 ° C wordt wolfraam hexachloride gereageerd met waterstof en methaan [6].
WCL6 + H2 + CH4 → WC + 6HCL
5. Carburisatie van wolfraamoxiden en zouten: wolfraamoxiden, wolfraamzuur, ammoniumparatungstate en scheeliet kunnen ook direct worden carburated [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
Toepassingen van wolfraamcarbide
De unieke eigenschappen van Tungsten Carbide maken het essentieel in veel industrieën [2] [5] [8]. De toepassingen overspannen over verschillende velden vanwege zijn hardheid, slijtvastheid en thermische stabiliteit [2] [3].
1. Snijdgereedschap: bekend om zijn extreme hardheid en duurzaamheid, wordt wolfraamcarbide gebruikt om slijtvaste schuurmiddelen en snijgereedschap zoals messen, boren, cirkelzagen en freesgereedschap [2] [3] [8] te produceren. Deze gereedschappen zijn cruciaal in sectoren zoals metaalbewerking, houtbewerking, mijnbouw, aardolie en constructie [2] [8].
2. Draagbestendige onderdelen: wolfraamcarbide wordt gebruikt in componenten die een hoge slijtvastheid vereisen, zoals sproeiers, lagers en klepstoelen [3] [5].
3. Sieraden: wolfraamcarbide vindt toepassingen in de sieradenindustrie en produceert duurzame en slijtage-resistente ringen [2] [6]. Tungsten carbide -ringen zijn veel duurzamer dan gouden en zilveren ringen [6]. Tungsten -ringen worden beoordeeld tussen 8 en 9 op de MOHS -schaal van hardheid [6].
4. Militaire toepassingen: Tungsten -legeringen, vaak gecombineerd met nikkel, ijzer of kobalt, worden gebruikt in kinetische energie -penetrators en andere militaire projectielen [2]. Deze legeringen hebben de voorkeur boven uitgeput uranium omdat ze radioactieve gevaren vermijden [2]. Wolfraam wordt ook gebruikt in dichte inerte metaalexplosieven, ontworpen om onderpandschade te minimaliseren en tegelijkertijd de dodelijkheid binnen een beperkte straal te vergroten [2].
5. Elektronica en elektrische industrie: het hoge smeltpunt van Tungsten en uitstekende elektrische geleidbaarheid maken het geschikt voor verschillende toepassingen op hoge temperatuur [2]. Het wordt vaak gebruikt in gloeilampfilamenten, oudere televisiebuizen (kathodestraalbuizen), vacuümbuizen en raketmotorsproeiers [2]. Tungsten is ook essentieel in lasprocessen van Tig (wolfraam inerte gas) [2]. In de elektronische sector wordt wolfraam gebruikt in geïntegreerde circuits en de productie van halfgeleiders, röntgenbuizen en andere elektronische instrumenten [2].
6. Verbeterende stalen eigenschappen: door wolfraam met staal te legeren, wint het resulterende materiaal een verhoogde sterkte, hardheid en slijtvastheid [2]. Voorbeelden zijn high-speed staal, wolfraamstaal en wolfraam kobalt magnetisch staal [2]. Deze legeringen worden gebruikt om tools zoals boren, freesnijders en draadtekening te produceren, waarbij duurzaamheid en precisie van het grootste belang zijn [2].
7. Chemische toepassingen: wolfraamverbindingen worden gebruikt in verschillende chemische toepassingen vanwege hun unieke eigenschappen [2]. Wolfraam (IV) sulfide dient als een smeermiddel bij hoge temperatuur en wordt gebruikt in hydrodesulfurisatiekatalysatoren [2]. Wolfraamoxiden, zoals wolfraamtrioxide (WO₃), worden gebruikt in keramische glazuren, fluorescerende verlichting en als componenten van katalysatoren in kolengestookte energiecentrales om stikstofoxiden te verminderen [2].
8. Medisch veld: wolfraam wordt gebruikt voor afscherming van straling vanwege de hoge dichtheid en uitstekende stralingsabsorptiemogelijkheden [2]. Het wordt gebruikt in röntgendoelen en gamma-beeldvormingsapparaten, waardoor de veiligheid van de patiënt en de operator zorgt voor de veiligheidsprocedures voor medische beeldvorming [2]. Wolfraamcarbide wordt vaak gebruikt om chirurgische instrumenten te maken omdat het hun prestaties verbetert en ook corrosiebestendig is [8].
9. Aerospace en Automotive: in de ruimtevaart wordt wolfraam gebruikt als een ballastmateriaal om vliegtuigen en ruimtevaartuigen in evenwicht te brengen [2]. De hoge dichtheid maakt het ook geschikt voor automotive -toepassingen, waar het wordt gebruikt in componenten die zijn ontworpen voor trillingsdempen en balanceren [2].
Gecementeerde carbiden
Gecementeerd carbide is een materiaal gemaakt door 'cementing ' wolfraamcarbidekorrels in een bindmiddelmatrix van kobaltmetaal door vloeibare fase sinteren [4]. Vaak aangeduid als 'gecementeerd carbide, ' Het is een samengesteld materiaal dat is gevormd door een poedermetallurgieproces [3]. Dit proces omvat het mengen van wolfraamcarbidepoeder met een bindmiddelmetaal zoals kobalt of nikkel, en vervolgens het mengsel te verdichten en te sinteren bij hoge temperaturen om een sterk, samenhangend materiaal te bereiken [3] [9]. Sinteren wordt meestal onder de smelttemperatuur uitgevoerd, zodat een vloeibare fase normaal niet aanwezig is [9]. Sinteren wordt vaak gekozen als het vormproces voor materialen met extreem hoge smeltpunten zoals wolfraam-, molybdeen- of uraniumdioxidekeramiek [9].
Conclusie
Tungsten carbide is een opmerkelijk materiaal met een unieke chemische samenstelling en uitzonderlijke eigenschappen die het onmisbaar maken in verschillende industrieën. De hoge hardheid, slijtvastheid en thermische stabiliteit dragen bij aan het brede scala aan toepassingen, van snijgereedschap en slijtvaste delen tot sieraden en militaire projectielen. De voortdurende onderzoek en ontwikkeling in de productieprocessen van wolfraamcarbide blijven zijn potentieel uitbreiden, waardoor de betekenis ervan in moderne technologie en engineering wordt gewaarborgd.
Veelgestelde vragen (FAQ)
1. Wat is de chemische formule van wolfraamcarbide?
De chemische formule van wolfraamcarbide is WC, wat aangeeft dat het bestaat uit gelijke delen van wolfraam- en koolstofatomen [1] [3] [7].
2. Wat zijn de primaire grondstoffen die worden gebruikt bij de productie van wolfraamcarbide?
De primaire grondstoffen omvatten wolfraamerts, ammonium paratungstate (APT), wolfraamoxide en koolstofbronnen zoals roet of grafiet [1].
3. Hoe moeilijk is wolfraamcarbide vergeleken met andere materialen?
Tungsten carbide scoort tussen 9 en 9,5 op de Mohs Hardness Scale, waardoor het een van de moeilijkste materialen beschikbaar is, de tweede plaats alleen aan diamanten [3].
4. Wat zijn enkele veel voorkomende toepassingen van wolfraamcarbide?
Gemeenschappelijke toepassingen zijn onder meer snijgereedschap, slijtvaste onderdelen, sieraden, militaire projectielen en componenten in de elektronica- en medische velden [2] [5] [6] [8].
5. Wat is het proces van het maken van gecementeerde carbide?
Gecementeerde carbide wordt gemaakt door 'cementerende ' wolfraamcarbidekorrels in een bindmiddelmatrix van kobaltmetaal door vloeibare fase sinteren, waarbij wolfraamcarbidepoeder wordt mengen met een bindmiddel, compacteren en het mengsel op hoge temperaturen sinteren [3] [4] [4] [9].
Citaten:
[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-properties.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/
