Wat is moeilijker boornitride of wolfraamcarbide?

Inhoudsmenu

● Boor Bor Nitride begrijpen

>> Vormen van boornitride

>> Hardheid en eigenschappen van kubieke boornitride

>> Thermische en elektrische eigenschappen

● Inzicht in wolfraamcarbide

>> Hardheid en mechanische eigenschappen

>> Thermische en chemische stabiliteit

● Gedetailleerde kristalstructuren en binding

● Uitgebreide industriële en technologische toepassingen

● Milieu- en economische overwegingen

● Toekomstig onderzoek en ontwikkelingen

● Mechanische eigenschappen en prestaties in verschillende omstandigheden

● Samenvatting van belangrijke verschillen

● Conclusie

● Veelgestelde vragen (FAQ)

>> 1. Wat is het belangrijkste verschil tussen boornitride en wolfraamcarbide in termen van hardheid?

>> 2. Kan wolfraamcarbide onder alle omstandigheden moeilijker zijn dan boornitride?

>> 3. Waarom heeft kubieke boornitride de voorkeur boven wolfraamcarbide voor het snijden van geharde staal?

>> 4. Is wolfraamcarbide goedkoper dan kubieke boornitride?

>> 5. Zijn er andere vormen van boornitride naast kubieke boornitride?

Als het gaat om superhard-materialen die worden gebruikt in industriële toepassingen zoals snijgereedschap, schuurmiddelen en slijtvaste delen, zowel boornitride als Tungsten Carbide behoren tot de beste kanshebbers. Ze verschillen echter aanzienlijk in hun kristalstructuren, hardheid, thermische stabiliteit en typisch gebruik. Dit artikel onderzoekt de hardheid en andere relevante eigenschappen van boornitride (vooral kubieke boornitride) en wolfraamcarbide, waarbij hun sterke en zwakke punten worden vergeleken om de vraag te beantwoorden: wat moeilijker is, boornitride of wolfraamcarbide?

Boor Bor Nitride begrijpen

Boronnitride (BN) is een verbinding gemaakt van boor- en stikstofatomen, bestaande in verschillende kristallijne vormen die enorm verschillende eigenschappen vertonen.

Vormen van boornitride

- Hexagonale boornitride (H-BN): analoog aan grafiet in structuur, het is zacht en smeer met sterke covalente bindingen in lagen maar zwakke binding tussen lagen.

-Kubieke boornitride (C-BN): heeft een diamantachtige kubieke kristalstructuur, waardoor het extreem hard en thermisch stabiel is.

- Wurtzite Boron Nitride (W-BN): een zeshoekige vorm structureel vergelijkbaar met Lonsdaleite (zeshoekige diamant), met hardheid die mogelijk een diamant overschrijdt.

Hardheid en eigenschappen van kubieke boornitride

Kubieke boornitride is het op een na moeilijkste materiaal dat na diamant bekend is, met een MOHS -hardheid van ongeveer 9,5 tot 10. De hardheid van Vickers kan tot 4800 HV bereiken, wat aanzienlijk hoger is dan die van Tungsten Carbide (ongeveer 2400 HV). CBN is ook chemisch stabiel en behoudt zijn hardheid bij hoge temperaturen, waardoor het ideaal is voor het snijden van geharde staal en schurende omgevingen.

De hardheid van CBN is afgeleid van zijn sterke covalente binding in een kubiek rooster, vergelijkbaar met diamant maar met betere thermische en chemische stabiliteit bij het bewerken van ijzersterken. Polykristallijne C-BN met korrels van nanometer kan de hardheid vertonen die vergelijkbaar is met of overschrijdend diamant.

Thermische en elektrische eigenschappen

Boornitride, vooral C-BN, heeft een uitstekende thermische geleidbaarheid bij elektrische isolatoren en kan bestand zijn tegen zeer hoge temperaturen (mechanisch tot 2350 ° C). Het vertoont ook brede bandende semiconductor-eigenschappen, die UV-licht uitzendt onder spanning, die toepassingen opent die verder gaan dan hardheid, zoals LED's en lasers.

Inzicht in wolfraamcarbide

Tungsten Carbide (WC) is een verbinding van wolfraam- en koolstofatomen in een zeshoekig kristalrooster. Het wordt veel gebruikt in industriële machines, snijgereedschap, mijnbouw en dragen onderdelen vanwege de hoge hardheid en taaiheid.

Hardheid en mechanische eigenschappen

Tungsten Carbide heeft een MOHS -hardheid rond 9 tot 9,5 en een Vickers -hardheid ongeveer 2400 HV. Het is extreem stijf, met de modulus van een jonge tussen 530 en 700 GPA, ongeveer drie keer die van staal. De dichtheid is hoog (~ 15 g/cm³), wat bijdraagt ​​aan zijn robuustheid.

WC is taai en kan worden gesinterd met kobaltbinders om de breuktaaiheid te verbeteren, de hardheid en brosheid in evenwicht te brengen. Het is moeilijker dan de meeste staal en keramiek, maar nog steeds zachter dan kubieke boornitride.

Thermische en chemische stabiliteit

WC heeft een hoog smeltpunt (~ 2780 ° C) en een goede thermische geleidbaarheid (~ 110 w/m · k). Het oxideert echter vanaf 500 - 600 ° C en ontleedt bij zeer hoge temperaturen. Het is chemisch stabiel tegen veel zuren, maar kan worden aangevallen door mengsels zoals hydrofluorzuur en salpeterzuur.

Gedetailleerde kristalstructuren en binding

De uitzonderlijke hardheid van kubieke boornitride (C-BN) en wolfraamcarbide (WC) kan worden toegeschreven aan hun unieke kristalstructuren en de aard van atomaire binding binnen deze structuren.

- Kubieke boornitride: neemt een kristalstructuur van zinkblende aan die vergelijkbaar is met diamant, waarbij elk booratoom tetraëder wordt gecoördineerd met vier stikstofatomen en vice versa. Dit sterke covalente bindingsnetwerk resulteert in een rigide rooster dat zich verzet tegen vervorming. De sterke directionele bindingen in C-BN dragen bij aan zijn hoge hardheid en thermische stabiliteit.

- wolfraamcarbide: kristalliseert in een zeshoekige structuur met dichtbij, waarbij wolfraam- en koolstofatomen strak worden verpakt. De binding in WC is een mengsel van covalent, metaalachtig en ionisch karakter, dat een evenwicht biedt tussen hardheid en taaiheid. De metalen bindingscomponent maakt een zekere mate van plastische vervorming mogelijk, wat de taaiheid verbetert in vergelijking met puur covalente materialen zoals C-BN.

Uitgebreide industriële en technologische toepassingen

Naast snijgereedschap en schuurmiddelen vinden zowel boornitride als wolfraamcarbide gebruik op verschillende geavanceerde technologische velden.

- Kubieke boornitride: gebruikt in krachtige coatings voor ruimtevaartcomponenten vanwege de weerstand tegen oxidatie en thermische afbraak. Het wordt ook gebruikt in elektronische apparaten als een substraatmateriaal voor krachtige, hoogfrequente halfgeleiders vanwege de uitstekende thermische geleidbaarheid en elektrische isolatie-eigenschappen. Bovendien wordt C-BN gebruikt in precisie slijpende wielen en polijsttoepassingen waar extreme hardheid vereist is.

- wolfraamcarbide: veel gebruikt bij het produceren van mijngereedschap, boorbits en slijtvaste coatings. De taaiheid maakt het geschikt voor toepassingen met impact en slijtage. Bovendien wordt WC gebruikt in sieraden als een duurzaam en krasbestendig materiaal voor ringen en horloges. Het dient ook in metaalvorming en extrusie sterft, waarbij de slijtvastheid de levensduur van het gereedschap verlengt.

Milieu- en economische overwegingen

De productie van beide materialen omvat energie-intensieve processen.

-Kubieke boornitride: synthese vereist typisch hogere drukmethoden, hoge temperatuur (HPHT), die aanzienlijke energie verbruiken en gespecialiseerde apparatuur vereisen. De complexiteit van de productie draagt ​​bij aan de hogere kosten en beperkte beschikbaarheid.

- Tungsten Carbide: Productie omvat het sinteren van wolfraam- en koolstofpoeders, wat minder energie-intensief is maar nog steeds zorgvuldige controle over de omstandigheden vereist. WC is betaalbaarder en overal verkrijgbaar, waardoor het voor veel industriële toepassingen het materiaal bij uitstek is.

Vanuit het oogpunt van het milieu hebben mijnbouw en het verfijnen van wolfraam- en boorbronnen ecologische effecten. Recycling van wolfraamcarbide -tools is gebruikelijk om het verbruik van afval en hulpbronnen te verminderen. Onderzoek naar groenere synthesemethoden voor C-BN is aan de gang om de voetafdruk van het milieu te verminderen.

Toekomstig onderzoek en ontwikkelingen

Onderzoek gaat verder met het verbeteren van de synthesemethoden en eigenschappen van superhard -materialen.

- Boron Nitride: inspanningen richten zich op het produceren van grotere, defectvrije kristallen van kubieke en wurtzietvormen om hun hardheidspotentieel volledig te benutten. Nanostructurering en composietmaterialen die C-BN bevatten, zijn doel om de taaiheid te verbeteren met behoud van de hardheid. Nieuwe synthesetechnieken zoals chemische dampafzetting (CVD) worden onderzocht om dunne films en coatings met superieure prestaties te maken.

- wolfraamcarbide: onderzoek is bedoeld om de oxidatieweerstand en thermische stabiliteit ervan te verbeteren door middel van legering en geavanceerde coatings. Hybride materialen die WC combineren met andere keramiek of metalen worden ontwikkeld om de prestaties voor specifieke toepassingen te optimaliseren. Innovaties in bindmiddelmaterialen, zoals het vervangen van kobalt door minder giftige alternatieven, zijn ook aan de gang.

Mechanische eigenschappen en prestaties in verschillende omstandigheden

De prestaties van C-BN en WC variëren onder verschillende mechanische en omgevingscondities.

- Cubic Boron Nitride: handhaaft zijn hardheid bij verhoogde temperaturen, waardoor het ideaal is voor snelle bewerking waar het genereren van warmte aanzienlijk is. De chemische inertie ervan voorkomt de afbraak in agressieve omgevingen, waardoor een langere levensduur van gereedschap mogelijk is bij het snijden van ijzers metalen.

- wolfraamcarbide: hoewel zeer hard, kan oxideren en afbreken bij temperaturen boven 500- 600 ° C, waardoor het gebruik ervan in toepassingen op hoge temperatuur wordt beperkt. De superieure taaiheid maakt het echter in staat om effecten te absorberen en breuk beter te weerstaan ​​dan C-BN, wat brosiger is. Deze taaiheid maakt WC de voorkeur in toepassingen waar mechanische shock gebruikelijk is.

Samenvatting van belangrijke verschillen

Conclusie

In de strijd om hardheid tussen boornitride en wolfraamcarbide valt kubieke boornitride duidelijk op als het hardere materiaal, met een Mohs -hardheid van 9,5 tot 10 en Vickers Hardheid verdubbelt bijna die van wolfraamcarbide. De superieure thermische stabiliteit en chemische weerstand maken het onmisbaar voor het snijden van geharde staal en schurende bewerkingstaken waarbij wolfraamcarbide -gereedschappen kunnen falen.

Tungsten-carbide blijft echter een veelzijdig, stoer en kosteneffectief materiaal dat veel wordt gebruikt in de industrie. De hardheid is indrukwekkend, maar overtreft die van kubieke boornitride niet. Daarom is kubieke boornitride voor toepassingen die de grootste hardheid en thermische stabiliteit eisen de voorkeurskeuze, terwijl Tungsten-carbide de voorkeur heeft waar taaiheid en kostenefficiëntie prioriteiten zijn.

Veelgestelde vragen (FAQ)

1. Wat is het belangrijkste verschil tussen boornitride en wolfraamcarbide in termen van hardheid?

Kubieke boornitride is aanzienlijk moeilijker dan wolfraamcarbide, met een MOHS -hardheid van ongeveer 9,5-10 vergeleken met 9–9.5 van Tungsten Carbide. De hardheid van Vickers is ook veel hoger, waardoor het meer slijtvast is in veeleisende toepassingen.

2. Kan wolfraamcarbide onder alle omstandigheden moeilijker zijn dan boornitride?

Nee, de intrinsieke hardheid van Tungsten Carbide is lager dan kubieke boornitride. Tungsten Carbide biedt echter een betere taaiheid en is minder bros, wat voordelig kan zijn, afhankelijk van de toepassing.

3. Waarom heeft kubieke boornitride de voorkeur boven wolfraamcarbide voor het snijden van geharde staal?

Kubieke boornitride handhaaft zijn hardheid en chemische stabiliteit bij hoge temperaturen en resisteert dragen beter bij het bewerken van ferro -materialen, die sneller kan worden afgebroken.

4. Is wolfraamcarbide goedkoper dan kubieke boornitride?

Ja, wolfraamcarbide is over het algemeen goedkoper en gemakkelijker te produceren, waardoor het vaker voorkomt in veel industriële hulpmiddelen waar extreme hardheid niet de primaire vereiste is.

5. Zijn er andere vormen van boornitride naast kubieke boornitride?

Ja, zeshoekige boornitride (H-BN) is een zachtere vorm die wordt gebruikt als smeermiddel en wurtziet boornitride (W-BN) is een zeldzame vorm die nog moeilijker kan zijn dan diamant maar moeilijk te synthetiseren is in pure vorm.