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● Composição e propriedades
● Matérias -primas para produzir carboneto de tungstênio
● Síntese de carboneto de tungstênio
● Controle de tamanho de grão
● Carboneto de tungstênio cimentado
● Aplicações de carboneto de tungstênio
● Vantagens do carboneto de tungstênio
● Conclusão
● Perguntas frequentes
>> 1. O que é carboneto de tungstênio?
>> 2. Como o tungstênio é sintetizado?
>> 3. Quais são as primárias matérias -primas para produzir carboneto de tungstênio?
>> 4. Quais são as principais propriedades do carboneto de tungstênio?
>> 5. Quais são as aplicações comuns do carboneto de tungstênio?
● Citações:
O carboneto de tungstênio (WC) é um composto químico que compreende átomos de tungstênio e carbono. Existe como um pó cinza fino em sua forma básica, mas pode ser pressionado e formado em formas através da sinterização para uso em máquinas industriais. Conhecido por sua dureza excepcional, resistência ao desgaste e propriedades térmicas, O carboneto de tungstênio é essencial para a durabilidade industrial e é amplamente utilizado em várias aplicações, incluindo ferramentas de corte, peças resistentes a desgaste e revestimentos.
Composição e propriedades
O carboneto de tungstênio (WC) consiste em átomos de tungstênio e carbono dispostos em uma estrutura cristalina hexagonal. A forma mais comum usada em aplicações industriais contém aproximadamente 94% de tungstênio e 6% de carbono em peso. Sua fórmula química é WC, com um peso molecular de 195.85. O arranjo específico desses átomos gera suas propriedades únicas e desejáveis.
Propriedades -chave:
- Drazidade: o carboneto de tungstênio tem uma dureza comparável ao diamante, frequentemente medido na escala de Vickers com valores superiores a 2000 hv. Essa dureza extrema o torna ideal para aplicações onde a resistência à abrasão e penetração é crucial.
- Densidade: com uma densidade de cerca de 15,6 g/cm3, é significativamente mais densa do que outros carbonetos como o carboneto de silício (aproximadamente 3,2 g/cm3) e ainda mais denso do que muitos aços (cerca de 7,8 g/cm3). Essa alta densidade contribui para sua estabilidade e robustez em ambientes exigentes.
- Força: possui resistência muito alta para um material rígido e rígido. Sua resistência à compressão é maior do que praticamente todos derretidos, fundidos ou metais forjados e ligas, permitindo suportar pressão e deformação significativas.
- Rigidez: o carboneto de tungstênio é duas a três vezes mais rígido que o aço e quatro a seis vezes mais rígido que o ferro fundido e o latão. Essa rigidez é um fator crucial nas aplicações em que são necessárias estabilidade dimensional e deflexão mínima, como usinagem de precisão.
- Propriedades térmicas: mantém sua integridade estrutural e desempenho da temperatura ambiente ao calor extremo, com um dos pontos de fusão mais altos entre os materiais de engenharia (2780-2830 ℃). Esse alto ponto de fusão e resistência à deformação térmica tornam inestimável em aplicações de alta temperatura.
- Resistência ao desgaste: o carboneto de tungstênio é conhecido por sua excepcional resistência ao desgaste, tornando -o adequado para exigir aplicações industriais, como ferramentas de corte, onde o material é constantemente submetido a atrito e abrasão.
- Ineridade química: é insolúvel em água, ácido clorídrico e ácido sulfúrico, mas solúvel em uma mistura de ácido nítrico e ácido hidrofluórico. Essa inércia química o torna adequado para uso em ambientes corrosivos, onde outros materiais se degradariam.
Matérias -primas para produzir carboneto de tungstênio
A produção de carboneto de tungstênio envolve várias matérias -primas importantes, cada uma contribuindo para as propriedades finais do produto:
- minério de tungstênio: minério preto, como Wolframite ((Fe, Mn) WO4) e Scheelite (Cawo4), é a principal fonte de tungstênio. Esses minérios são extraídos e processados para extrair compostos contendo tungstênio.
- Amônio paratungstate (APT): Um composto químico purificado derivado do minério de tungstênio serve como intermediário na produção de metal de tungstênio e carboneto de tungstênio. O APT é produzido através de uma série de processos químicos envolvendo lixiviação, extração de solvente e cristalização.
- Oxido de tungstênio: produzido calcinando o APT a altas temperaturas, que é então reduzido ao pó de metal de tungstênio em uma atmosfera de hidrogênio. O processo de calcinação remove amônia e água, deixando para trás óxido de tungstênio.
- Fontes de carbono: fuligem ou grafite são usados para converter o pó de metal de tungstênio em carboneto de tungstênio através de um processo de carburização de alta temperatura. Essas fontes de carbono devem ter alta pureza para evitar a introdução de impurezas no produto final.
Síntese de carboneto de tungstênio
O carboneto de tungstênio pode ser sintetizado através de vários métodos, cada um com suas vantagens e limitações. Esses métodos são cruciais para controlar a qualidade e as propriedades do produto final.
1. A reação direta do tungstênio e do carbono: metal de tungstênio (ou pó) e carbono são reagidos em altas temperaturas, tipicamente entre 1400 ° C e 2000 ° C
2. Processo do leito fluido: um processo de leito de fluido de temperatura inferior reaia metal de tungstênio (ou pó) ou WO3 azul com uma mistura de gás CO/CO2 e gás H2 entre 900 ° C e 1200 ° C
3.Reação de óxido de tungstênio com grafite: o trióxido de tungstênio (WO3) é aquecido com grafite diretamente a 900 ° C ou em hidrogênio a 670 ° C, seguido de carburização em argônio a 1000 ° C
4. Deposição química de vapor (DCV): O hexacloreto de tungstênio é reagido com hidrogênio (como agente redutor) e metano (como fonte de carbono) a 670 ° C (943 K)
Controle de tamanho de grão
O tamanho dos grãos de carboneto determina significativamente as propriedades mecânicas do produto final. Os tamanhos mais finos de grãos geralmente levam a uma dureza e força mais alta, enquanto os tamanhos de grãos mais grossos podem oferecer uma tenacidade aprimorada. O tamanho do grão depende do tamanho das partículas de óxido de tungstênio e da duração e temperatura do processamento da mistura de óxido/carbono. Técnicas, como controlar a taxa de nucleação e o emprego de aditivos sinterizantes, também podem ser usados para influenciar o crescimento dos grãos.
Carboneto de tungstênio cimentado
Para melhorar sua resistência e usabilidade, o carboneto de tungstênio é frequentemente usado em uma forma cimentada '. Isso envolve a ligação dos grãos de carboneto de tungstênio, juntamente com um aglutinante metálico, normalmente cobalto. O ligante metálico fornece ductilidade e resistência, compensando a fragilidade inerente ao carboneto de tungstênio.
Processo:
1. Mistura: O carboneto de tungstênio em pó é misturado com um ligante de metal em pó (geralmente cobalto, mas alternativas incluem níquel, ferro e cera de parafina). O processo de mistura é fundamental para garantir uma distribuição homogênea do aglutinante em toda a matriz de carboneto de tungstênio.
2. Pressionando: A mistura é pressionada na forma desejada. A prensagem pode ser feita usando várias técnicas, incluindo prensagem uniaxial, prensagem isostática e extrusão, dependendo da forma e densidade desejadas.
3. Sintarração: O compacto pressionado é então sinterizado aquecendo -o em temperaturas entre 1400 ° C (2550 ° F) e 1600 ° C (2910 ° F). Durante a sinterização, o fichário derrete, meios e dissolve parcialmente os grãos de carboneto de tungstênio, ligando -os. O processo de sinterização é realizado em uma atmosfera controlada para prevenir a oxidação e manter a microestrutura desejada.
4. Resultado: O material composto resultante, conhecido como carboneto cimentado, combina a dureza do carboneto de tungstênio com a tenacidade do aglutinante metálico. As propriedades do carboneto cimentado podem ser adaptadas ajustando a composição, o tamanho dos grãos e os parâmetros de sinterização.
Aplicações de carboneto de tungstênio
As propriedades excepcionais de Tungstênio Carbide o tornam adequado para uma ampla gama de aplicações em vários setores. Sua dureza, resistência ao desgaste e estabilidade térmica são particularmente valorizadas em ambientes exigentes.
- Ferramentas de corte: usado para ferramentas de giro de corte de alta velocidade, cortadores de moagem, brocas e inserções. A alta dureza e resistência ao desgaste do carboneto de tungstênio permitem que essas ferramentas mantenham as bordas de corte nítidas por períodos prolongados, levando a uma melhor eficiência e precisão da usinagem.
- Peças resistentes ao desgaste: utilizado em componentes que requerem alta resistência ao desgaste, como vedações, bocais, rolamentos e morre. Essas peças são submetidas a atrito e abrasão constantes, e a resistência superior ao desgaste de tungstênio carboneto garante uma longa vida útil do serviço.
- Materiais estruturais do forno do forno: empregados em ambientes de alta temperatura devido à sua estabilidade térmica e resistência à deformação. Os componentes do carboneto de tungstênio podem suportar as temperaturas extremas e as atmosferas corrosivas encontradas em fornos industriais.
- Componentes do motor a jato: usados em aplicações aeroespaciais devido à sua estabilidade térmica e força de alta temperatura. Os componentes de carboneto de tungstênio podem suportar as temperaturas e tensões extremas encontradas nos motores a jato, contribuindo para melhorar o desempenho e a durabilidade.
- Materiais Cermet: Usados em materiais compósitos que combinam propriedades cerâmicas e metálicas. A Cermets oferece uma combinação única de alta dureza, resistência ao desgaste e resistência, tornando -os adequados para uma variedade de aplicações exigentes.
- Elementos de aquecimento de resistência: aplicados em elementos de aquecimento devido à sua condutividade elétrica e resistência térmica. Os elementos de aquecimento de carboneto de tungstênio podem gerar altas temperaturas de maneira eficiente e confiável, tornando -os adequados para aplicações de aquecimento industrial.
- Cruzados de fundição: usados para metais como cobre, cobalto e bismuto. Os cadinhos de carboneto de tungstênio podem suportar as altas temperaturas e ambientes corrosivos envolvidos na fundição de metal, garantindo a contaminação mínima do metal fundido.
- Filmes semicondutores resistentes ao desgaste: aplicados na fabricação de semicondutores para proteger componentes sensíveis do desgaste e corrosão. Os filmes de carboneto de tungstênio podem ser depositados usando técnicas de CVD, fornecendo um revestimento fino e uniforme com excelente resistência ao desgaste.
-Materiais aeroespaciais: como um aditivo modificado de carbonetos NBC-C e do sistema ternário TAC-C. O carboneto de tungstênio pode aumentar a resistência à força de alta temperatura e a resistência a oxidação desses materiais compostos, tornando-os adequados para aplicações aeroespaciais extremas.
Vantagens do carboneto de tungstênio
O carboneto de tungstênio oferece várias vantagens que o tornam um material preferido em muitas indústrias. Essas vantagens decorrem de sua combinação única de propriedades, tornando -o adequado para aplicações exigentes em que outros materiais falhem.
- Alta dureza: fornece excelente resistência ao desgaste e abrasão, prolongando a vida útil dos componentes e reduzindo os custos de manutenção.
- Alta força: oferece desempenho superior em condições de alto estresse, garantindo integridade estrutural e prevenindo a falha.
- Alta rigidez: garante deformação e deflexão mínimas em aplicações exigentes, mantendo a precisão e a precisão dimensionais.
- Estabilidade térmica: mantém a integridade estrutural a altas temperaturas, permitindo o uso em ambientes extremos sem degradação.
- Resistência química: resistente a muitas substâncias corrosivas, garantindo a durabilidade e impedindo falhas relacionadas à corrosão.
- Excelente usinabilidade: embora o carboneto de tungstênio duro e duro possa ser usinado usando técnicas especializadas, como usinagem de descarga elétrica (EDM) e retificação, permitindo a criação de formas complexas e dimensões precisas.
Conclusão
O carboneto de tungstênio é um material versátil e essencial na indústria moderna, devido à sua dureza excepcional, resistência ao desgaste e estabilidade térmica. É sintetizado através de vários métodos, incluindo reação direta, processos de leito fluido e deposição de vapor químico, cada um oferecendo vantagens únicas em termos de controle e escalabilidade. O carboneto de tungstênio cimentado, combinando carboneto de tungstênio com ligantes metálicos, aumenta sua resistência e aplicabilidade, tornando -o adequado para uma ampla gama de aplicações exigentes. Seu uso generalizado em ferramentas de corte, peças resistentes ao desgaste e componentes aeroespaciais ressalta sua importância em exigentes ambientes industriais. A pesquisa e desenvolvimento em andamento nos materiais de carboneto de tungstênio continuam a expandir suas aplicações e melhorar seu desempenho, garantindo sua relevância contínua no futuro.
Perguntas frequentes
1. O que é carboneto de tungstênio?
O carboneto de tungstênio (WC) é um composto químico que consiste em átomos de tungstênio e carbono. É conhecido por sua dureza excepcional, resistência ao desgaste e estabilidade térmica, tornando -o adequado para várias aplicações industriais. É frequentemente usado na forma de carboneto cimentado, onde os grãos de carboneto de tungstênio são unidos por um aglutinante metálico, tipicamente cobalto.
2. Como o tungstênio é sintetizado?
O carboneto de tungstênio pode ser sintetizado através de vários métodos, incluindo a reação direta do tungstênio e carbono a altas temperaturas, processos de leito fluido usando óxido de tungstênio e técnicas de deposição de vapor químico envolvendo halogenetos de tungstênio. Cada método oferece vantagens diferentes em termos de controle sobre o tamanho, a pureza e a escalabilidade dos grãos.
3. Quais são as primárias matérias -primas para produzir carboneto de tungstênio?
As primeiras matérias-primas incluem minério de tungstênio, como Wolframite e Scheelite, que são processados para extrair compostos contendo tungstênio. Esses compostos são então convertidos em paratungstate de amônio (APT), óxido de tungstênio e, finalmente, em pó de metal de tungstênio. Fontes de carbono, como fuligem ou grafite, são usadas para reagir com o pó de metal de tungstênio para formar carboneto de tungstênio.
4. Quais são as principais propriedades do carboneto de tungstênio?
As principais propriedades incluem alta dureza, geralmente comparável ao diamante; alta densidade, tornando -a mais densa que a maioria dos metais; alta resistência, permitindo suportar pressão significativa; alta rigidez, garantindo deformação mínima; estabilidade térmica, mantendo suas propriedades a altas temperaturas; e resistência ao desgaste, tornando -o adequado para ambientes abrasivos.
5. Quais são as aplicações comuns do carboneto de tungstênio?
O carboneto de tungstênio é comumente usado em ferramentas de corte para usinagem de metais e outros materiais, peças resistentes a desgaste, como vedações e rolamentos, materiais estruturais do forno do forno para ambientes de alta temperatura, componentes do motor a jato para aplicações aeroespaciais, materiais de cremetos que combinam propriedades cerâmicas e metálicas, elementos de resistência para aquecimento industrial, smeltores smeltores smeltores smeltores smeltores smeltores smeltores smeltores smeltores smeltores smetidos Para dispositivos eletrônicos e materiais aeroespaciais para aplicações de alto desempenho.
Citações:
[1] https://todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works-making-tungsten-carbide-cutting-tools/
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[5] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://repository.up.ac.za/bittream/handle/2263/24896/03Chapter3.pdf?sequence=4
[8] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[9] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-.html
