Menu treści
● Wstęp
● Co to jest węglika wolgiałowe?
>> Kluczowe właściwości węgliku wolframu
● Co to jest Carbide Boron?
>> Kluczowe właściwości węgliku boru
● Twardość porównawcza: węglika wolframowa vs węglik borowy
>> Skale twardości
>> Bezpośrednie porównanie
● Właściwości mechaniczne i fizyczne
>> Gęstość
>> Wytrzymałość
>> Właściwości termiczne
● Aplikacje i przypadki użycia
>> Węglenie wolframowe
>> Węglenie borowe
● Względy produkcyjne i kosztowe
>> Produkcja
>> Koszt
>> Maszyna i przetwarzanie
● Ograniczenia i wyzwania
>> Węglenie wolframowe
>> Węglenie borowe
● Względy środowiskowe i bezpieczeństwa
>> Węglenie wolframowe
>> Węglenie borowe
● Przyszłe trendy w materiałach superhardowych
● Porównania wizualne
>> Tabela: Kluczowe różnice na pierwszy rzut oka
● FAQ: 5 najważniejszych pytań
>> 1. Jaka jest główna zaleta węglika boru nad węglikiem wolframowym?
>> 2. Dlaczego węglika wolgiałowa jest preferowana w przypadku narzędzi tnąca?
>> 3. Czy węglik borowy jest bardziej krucha niż węglik wolframowy?
>> 4. Czy można użyć albo materiałów do biżuterii?
>> 5. Który materiał jest droższy i dlaczego?
● Cytaty:
Jeśli chodzi o materiały o wysokiej wydajności używane w narzędziach tnącach, pancerze i zastosowaniach przemysłowych, Węglenie wolframowe i węglika boru to dwie najbardziej znane nazwiska. Oba są obchodzone ze względu na swoją ekstremalną twardość, ale który z nich jest naprawdę trudniejszy? Ten kompleksowy artykuł bada naukę, nieruchomości, zastosowania i kluczowe różnice między tymi dwoma super-materiałami, pomagając zrozumieć, co jest trudniejsze i dlaczego to ma znaczenie.
Wstęp
W inżynierii materiałowej twardość jest krytyczną właściwością, która określa, jak dobrze substancja odpiera deformację, drapanie, cięcie lub ścieranie. Węglenie wolframowe i węglika boru są ceramiką nietlenkową, które przekraczają granice tego, co jest możliwe pod względem twardości i trwałości. Ale który z nich wyróżnia się jako trudniejszy materiał i jak wpływa to na ich zastosowania w świecie rzeczywistym?
Zrozumienie różnic między tymi materiałami ma kluczowe znaczenie dla branż od produkcji po obronę. Ten artykuł porównuje nie tylko ich twardość, ale także zagłębia się w ich szersze nieruchomości, zastosowania, ograniczenia i przyszłość materiałów nadprzeciętnych.
Co to jest węglika wolgiałowe?
Węglenie wolframowe (WC) to związek składający się z równych części atomów wolframu i węgla. Jest zwykle wytwarzany przez metalurgię proszku i jest znany ze swojej wyjątkowej twardości, wysokiej gęstości i doskonałej odporności na zużycie. Węglenie wolframowe jest szeroko stosowane w:
- Narzędzia tnące (wiertarki, łopaty piły)
- ścierne
- Części maszyn przemysłowych
- Amunicja przeciwbożna
- Biżuteria
Kluczowe właściwości
| właściwości węglika wolframowego |
wartości/zakresu |
| Formuła chemiczna |
toaleta |
| Gęstość |
~ 15 g/cm³ |
| Twardość mohs |
9.0 - 9.5 |
| Twardość Vickersa |
~ 2400 - 2600 HV |
| Twardość Knoop |
~ 1670 |
| Moduł sprężystości |
530 - 700 GPA |
| Siła ściskająca |
~ 4780 MPa |
| Wytrzymałość złamania |
~ 12 MPA · M 1/2 |
| Punktem topnienia |
2870 ° C. |
Co to jest Carbide Boron?
Węglanki boru (B₄C), często nazywane „czarny diament, ” to materiał ceramiczny złożony z boru i węgla. Jest to trzeci najtrudniejszy materiał znany, po diamentowym i sześciennym azotku boru. Barbide borowe słynie z swojego:
- wyjątkowo wysoka twardość
- Niska gęstość
- Wysoka wchłanianie neutronów (ekranowanie jądrowe)
- Stabilność chemiczna
Typowe aplikacje obejmują:
- lekki zbroja ciała
- proszki ścierne i dysze wysadzające
- Oszczędność reaktora jądrowego
- komponenty odporne na zużycie
Kluczowe właściwości
| właściwości węgla boru |
wartości/zasięgu |
| Formuła chemiczna |
B₄c |
| Gęstość |
2.1 - 2,7 g/cm³ |
| Twardość mohs |
9.5 - 9,75 |
| Twardość Vickersa |
~ 30 - 38 GPa (3000–3800 HV) |
| Twardość Knoop |
2600 - 3200 |
| Moduł sprężystości |
240 - 460 GPA |
| Siła ściskająca |
1710 - 2200 MPa |
| Wytrzymałość złamania |
2,5 - 3,5 MPa · M 1/2 |
| Punktem topnienia |
~ 2450 ° C. |
Twardość porównawcza: węglika wolframowa vs węglik borowy
Skale twardości
- Twardość MOHS: mierzy odporność na zarysowania (skala 1–10).
- Vickers/Knoop Twardość: mierzy twardość wgłębienia (wyższe liczby = trudniejsze).
Bezpośrednie porównanie
| nieruchomości węgliki |
Tungsten |
borowe |
| Twardość mohs |
9.0 - 9.5 |
9.5 - 9,75 |
| Twardość Vickersa |
~ 2400 - 2600 HV |
~ 30 - 38 GPA |
| Twardość Knoop |
~ 1670 |
2600 - 3200 |
Węglenie boru jest trudniejsze niż węglik wolframowy w każdej głównej skali twardości. Oznacza to, że Carbide Bor jest odporny na zarysowanie i wcięcie, co czyni go bardziej odpowiednim do zastosowań, w których wymagana jest maksymalna twardość.
Właściwości mechaniczne i fizyczne
Gęstość
- Węglenie wolframowe jest znacznie gęstsze (~ 15 g/cm³) niż węglik borowy (2,1–2,7 g/cm³).
- To sprawia, że węgliek wolframowy jest idealny do zastosowań, w których potrzebna jest masa i siła uderzenia, podczas gdy węglik borowy jest preferowany dla lekkiej zbroi.
Węglowodany
| z |
węglikiem w węgliku wolframu |
wolframu |
| Siła ściskająca |
4780 MPa |
1710–2200 MPa |
| Siła zginania |
1830 MPA |
170–410 MPa |
| Wytrzymałość złamania |
12 MPa · M 1/2 |
2,5–3,5 MPa · M 1/2 |
- Węglenie wolframowe jest trudniejsze i mniej kruche, z wyższymi mocami ściskającymi i zginającymi.
- Węglenie boru jest znacznie bardziej kruche, co może być wadą w sytuacjach o wysokim wpływie.
Właściwości termiczne
| Węglowodany |
z węglika wolframu |
wolframowy |
| Temperatura topnienia (° C) |
2870 |
~ 2450 |
| Przewodność cieplna |
85 W/m · k |
31–90 W/m · k |
| Rozszerzanie termiczne |
5,4 µm/m · k |
4,5–5,6 µm/m · k |
Oba materiały są wysoce oporne i stabilne w wysokich temperaturach, ale węglik wolframowy jest nieco bardziej odporny na ciepło.
Aplikacje i przypadki użycia
Węglenie wolframowe
- Narzędzia tnące: wiertarki, młyny końcowe, łopatki, narzędzia wydobywcze
- części noszenia: fotele zaworów, dysz, umiera, ciosy
- Biżuteria: pierścienie, bransoletki, zegarki
- amunicja: rundy przebijające zbroję
Węglenie borowe
- Body Armor: Lekkie kamizelki kuloodporne, zbroja pojazdu
- ścierki ścierne: proszki do luzu i polerowania
- Przemysł nuklearny: absorbator neutronów w prętach kontrolnych
- Dysze: Sandblasting i cięcie odrzutowca wodnego
Względy produkcyjne i kosztowe
Produkcja
- Węglenie wolframowe: produkowane za pomocą metalurgii proszkowej, łączące proszki wolframowe i węglowe, a następnie spiekanie wiążą (często kobalt).
- Węglenie boru: wytwarzane przez węglowodanowe zmniejszenie tlenku boru z węglem w wysokich temperaturach.
Koszt
- Węglenie wolframowe jest ogólnie bardziej przystępne cenowo i szeroko dostępne ze względu na szerokie zastosowanie przemysłowe.
- Węglenie borowe jest droższe, odzwierciedlając jego wyspecjalizowane zastosowania i bardziej złożoną produkcję.
Maszyna i przetwarzanie
- Węglenie wolframowe może być zmielone i kształtowane za pomocą narzędzi diamentowych, ale jego wytrzymałość pozwala na bardziej złożone kształty i większe komponenty.
- Węglenie borowe jest niezwykle trudne do maszyny i zwykle tworzy się w prostych kształtach za pomocą nacisku lub spiekaniu na gorąco.
Ograniczenia i wyzwania
Węglenie wolframowe
- podatne na korozję w niektórych środowiskach, szczególnie w obecności kwasów.
- Ciężar może być wadą w zastosowaniach, w których masa jest problemem.
- Koszt może być znaczący dla aplikacji na dużą skalę.
Węglenie borowe
- Wysoka kruchość sprawia, że jest podatna na katastrofalną awarię pod ostrym uderzeniami.
- Trudne do obróbki ze względu na jego ekstremalną twardość.
- Drogie w produkcji, szczególnie w dużych lub złożonych kształtach.
Względy środowiskowe i bezpieczeństwa
Węglenie wolframowe
- Minowanie i przetwarzanie wolframu może mieć wpływ na środowisko, w tym niszczenie siedlisk i spływ chemiczny.
- spoiwa kobaltowe stosowane w węgliku wolframowym mogą stanowić zagrożenia dla zdrowia, jeśli są wdychane jako kurz podczas produkcji lub szlifowania.
- Recykling: Tungsten Carbide podlega recyklingowi, a programy recyklingu są powszechne w branży narzędzi.
Węglenie borowe
- Produkcja wymaga wysokich temperatur i wkładu energii, przyczyniając się do emisji dwutlenku węgla.
- Wdychanie pyłu podczas przetwarzania lub ścierania może być niebezpieczne, co wymaga odpowiednich środków bezpieczeństwa.
- Usuwanie: Karen boru jest chemicznie stabilny i nietoksyczny, ale jego ślad produkcyjny jest znaczący.
Przyszłe trendy w materiałach superhardowych
Trwa dążenie do jeszcze trudniejszych, trudniejszych i bardziej wszechstronnych materiałów. Zarówno węglika wolframu, jak i węglika boru są poprawiane przez:
- Nanostruktura: Tworzenie materiałów o ziaren w skali nano zwiększa twardość i wytrzymałość.
- Kompozyty: Łączenie węgliku boru lub węglika wolframowego z metali lub polimerami w celu zwiększenia wytrzymałości i zmniejszenia kruchości.
- Powłoki: Nakładanie cienkich warstw materiałów nadrzędnych (takich jak węgiel podobny do diamentu) do narzędzi i zbroi w celu poprawy wydajności.
Porównania wizualne
Tabela: Kluczowe różnice
| rzut |
na |
pierwszy |
| Twardość |
Wysoki |
Wyższy |
| Gęstość |
Bardzo wysoko |
Niski |
| Wytrzymałość |
Wysoki |
Dolne (kruche) |
| Koszt |
Umiarkowany |
Wysoki |
| Główne użycie |
Narzędzia do cięcia/noszenia |
Pancerz, ścierne |
| Stabilność termiczna |
Doskonały |
Doskonały |
Węglenie borowe jest trudniejsze niż węglika wolframu, o czym świadczą jego doskonałe wyniki na skalach twardości Mohsa, Vickersa i Knoopa. Jednak węglik wolframowy jest trudniejszy i gęstszy, co czyni go bardziej odpowiednim do zastosowań wymagających zarówno twardości, jak i odporności na uderzenie lub deformację.
- Wybierz węglik borowy, aby uzyskać maksymalną twardość i lekką ochronę (np. Zbroja, ścierne).
- Wybierz węgliek wolframowy do narzędzi tnących, części zużycia przemysłowego i zastosowań, w których twardość i gęstość są krytyczne.
Każdy materiał przoduje w różnych rolach, a wybór zależy od konkretnych wymagań aplikacji. W miarę postępu technologii granice między tymi materiałami mogą rozmyć się, a nowe kompozyty i techniki przetwarzania oferują jeszcze większą wydajność.
FAQ: 5 najważniejszych pytań
1. Jaka jest główna zaleta węglika boru nad węglikiem wolframowym?
Węglenie borowe jest znacznie trudniejsze i lżejsze niż węglika wolframowe, co czyni go idealnym do lekkiej pancerza i zastosowań o wysokim znaczeniu, w których waga jest problemem.
2. Dlaczego węglika wolgiałowa jest preferowana w przypadku narzędzi tnąca?
Węglenie wolframowe oferuje kombinację wysokiej twardości, wytrzymałości i gęstości, co pozwala wytrzymać ekstremalne siły i temperatury napotkane podczas operacji cięcia i obróbki.
3. Czy węglik borowy jest bardziej krucha niż węglik wolframowy?
Tak, węglika boru jest znacznie bardziej kruche, co oznacza, że jest bardziej prawdopodobne, że złamanie pod wpływem uderzenia lub wstrząsu w porównaniu z węglika wolframu, który jest trudniejszy i może pochłaniać więcej energii przed złamaniem.
4. Czy można użyć albo materiałów do biżuterii?
Węglenie wolframowe jest powszechnie stosowane w biżuterii ze względu na atrakcyjny metalowy połysk, odporność na zarysowania i właściwości hipoalergiczne. Węglenie boru zwykle nie jest używane do biżuterii ze względu na jego ceramiczną naturę i kruchość.
5. Który materiał jest droższy i dlaczego?
Węglenie borowe jest na ogół droższe niż węglika wolframowe ze względu na jego wyspecjalizowane zastosowania, wyższe koszty produkcji i złożoność procesu produkcyjnego.
Cytaty:
[1] https://www.makeitfrom.com/compare/boron-carbide-b4c/tungsten-carbide-wc
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/boron_carbide
[4] http://hardmetal-engineering.blogspot.com/2011/
[5] https://www.retopz.com/57-frequenting-asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/
[6] https://www.differencebetween.com/what-is-the-difference-between-tungsten-carbide-andboron-carbide/
[7] https://precision-ceramics.com/materials/boron-carbide/
[8] https://www.difference.wiki/tungsten-carbide-vs-boron-carbide/
[9] https://anamma.com.br/en/tungsten-carbide-vs-boron-carbide/
[10] https://www.carbide-part.com/blog/tungsten-carbide-hardness-vs-diamond/
[11] https://www.samaterials.com/carbides-used-hardfacing-applications.html
[12] https://www.sciencenicect.com/science/article/pii/0043 16489506886 4
[13] https://sandblastingaBrasives.com/surface-prep-media/blog/167/when-to-use-a-boron-carbide-lzzzle/
[14] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+Carbide
[15] https://www.bangerter.com/en/tungsten-carbide
[16] http://www.nicrotec.com/welding-consumables/tungsten-carbide-alloys-nicrotec/products.html?c=1&g=13
[17] https://www.azom.com/article.aspx?articleId=5809
[18] https://shop.nanografi.com/blog/carbides-from-atomic-structure-to-industrial-applications-nanograf-/
[19] https://insaco.mystygingwebite.com/material/boron-carbide/
[20] https://www.linkedin.com/pulse/questions-composite-materials-tungsten-carbide-shijin-lei
[21] https://www.imim.pl/files/archiwum/vol2_2020/05.pdf
[22] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0043 16489900230 6
[23] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[24] http://www.tungsten-carbide.com.cn
[25] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[26] https://www.differencebetween.com/what-is-the-difference-between-tungsten-carbide-andboron-carbide/
[27] https://www.nature.com/articles/ncomms2047
[28] https://www.thermalspray.com/questions-tungsten-carbide/
