Meniu de conținut
● Introducere
● Înțelegerea durității
>> Definiția durității
>> Măsurarea durității
>>> Scara MOHS
>>> Testul de duritate Vickers
● Carbură de tungsten: proprietăți și caracteristici
>> Compoziție și structură
>> Duritatea carburii de tungsten
>> Aplicații de carbură de tungsten
● Diamond: Cea mai grea substanță naturală
>> Formarea și structura
>> Duritatea diamantului
>> Aplicații de diamant
● Compararea carburii de tungsten și a diamantului
>> Comparație de duritate
>> Alte comparații de proprietăți
>>> Duritate
>>> Conductivitate termică
>>> Cost
● Aplicații în care duritatea contează
>> Instrumente de tăiere industrială
>> Echipament de foraj
>> Acoperiri rezistente la uzură
>> Bijuterii
● Factori care influențează duritatea
>> Puritate și compoziție
>> Orientarea cristalului
>> Proces de fabricație
● Concepții greșite despre duritate
>> Duritatea este egală cu indestructibilitatea
>> Duritatea este singura proprietate importantă
>> Toate diamantele sunt la fel de dure
● Evoluții viitoare
>> Materiale sintetice super-hard
>> Nanocompozite
● Concluzie
● FAQ
>> 1. Poate tungsten carbură să zgârie un diamant?
>> 2. De ce se folosește carbura de tungsten în loc de diamant în unele aplicații?
>> 3. Există materiale mai greu decât diamantul?
>> 4. Cum se compară costul carburii de tungsten cu diamantul?
>> 5. Poate fi folosit carbura de tungsten în bijuterii ca diamantele?
● Citări:
Introducere
Lumea științei materialelor este plină de substanțe fascinante, fiecare cu proprietăți unice care le fac potrivite pentru diverse aplicații. Printre acestea, Carbura de tungsten și diamantul ies în evidență ca două dintre cele mai grele materiale cunoscute omenirii. Ambele au atras o atenție semnificativă pentru duritatea și durabilitatea lor excepționale, ceea ce a dus la o utilizare pe scară largă în aplicațiile industriale și de consum. Cu toate acestea, apare adesea o întrebare comună: carbura de tungsten este mai grea decât diamantul? Acest articol își propune să exploreze această interogare în profunzime, comparând proprietățile acestor două materiale remarcabile și aruncând lumină asupra punctelor forte și aplicațiilor respective.
Înțelegerea durității
Înainte de a intra în comparația dintre carbura de tungsten și diamant, este crucial să înțelegem ce ne referim prin „duritate ” în știința materialelor.
Definiția durității
Duritatea este o măsură a rezistenței unui material la deformarea localizată, cauzată de obicei de indentare sau zgârietură. Este o proprietate importantă care determină cât de bine poate rezista un material pentru uzură, precum și adecvarea acestuia pentru diverse aplicații.
Măsurarea durității
Mai multe scale sunt utilizate pentru a măsura duritatea, scara MOHS și testul de duritate Vickers fiind printre cele mai frecvente.
Scara MOHS
Scara MOHS, dezvoltată în 1812 de mineralogistul german Friedrich Mohs, evaluează duritatea materialelor pe o scară de la 1 la 10. Fiecare număr reprezintă capacitatea unui material de a zgâria materiale mai mici pe scară.
Testul de duritate Vickers
Testul de duritate Vickers oferă o măsurare mai precisă a durității. Aceasta implică apăsarea unui indenter în formă de diamant într-un material cu o forță cunoscută și măsurarea dimensiunii indentării rezultate.
Carbură de tungsten: proprietăți și caracteristici
Carbura de tungsten este un compus de tungsten și atomi de carbon într -un raport 1: 1. Este cunoscut pentru duritatea sa excepțională și rezistența la uzură, ceea ce o face o alegere populară pentru diverse aplicații industriale.
Compoziție și structură
Carbura de tungsten constă de obicei din boabe de carbură de tungsten deținute împreună de un material de liant, adesea cobalt. Această compoziție îi conferă o combinație unică de duritate și duritate [1].
Duritatea carburii de tungsten
Pe scala MOHS, ratele de carbură de tungsten între 8,5 și 9,5, în funcție de compoziția sa exactă [2]. Acest lucru îl plasează printre cele mai grele materiale cunoscute, în al doilea rând doar la câteva substanțe, inclusiv diamant.
Aplicații de carbură de tungsten
Datorită durității și rezistenței la uzură, carbura de tungsten se folosesc în:
1. Instrumente de tăiere pentru prelucrarea metalelor
2. Echipamente miniere și foraj
3. Componente rezistente la uzură în utilaje
4. Bijuterii și ceasuri de ceasuri
Diamond: Cea mai grea substanță naturală
Diamantul, un alotrop de carbon, este renumit ca fiind cea mai grea substanță naturală pe pământ.
Formarea și structura
Diamantele se formează adânc în pământ în condiții de presiune extremă și temperatură. Structura lor de cristal, cu fiecare atom de carbon legat la alți patru într -un aranjament tetraedric, contribuie la duritatea lor excepțională [7].
Duritatea diamantului
Diamantul se află în partea de sus a scării MOHS, cu un rating de 10. Pe scala Vickers, diamantul poate avea o valoare de duritate de până la 10.000 HV, deși acest lucru poate varia în funcție de diamantul specific [7] [18].
Aplicații de diamant
Diamantele sunt utilizate în:
1. Instrumente de tăiere și măcinare
2. Experimente de înaltă presiune
3. Bijuterii
4. Anumite aplicații electronice
Compararea carburii de tungsten și a diamantului
Acum că am explorat proprietățile ambelor materiale, să comparăm direct carbura de tungsten și diamant în ceea ce privește duritatea și alte caracteristici relevante.
Comparație de duritate
În timp ce ambele materiale sunt excepțional de dure, diamantul este într -adevăr mai greu decât carbura de tungsten. Pe scala MOHS, diamantul ratează 10, în timp ce carbura de tungsten de obicei ratează între 8,5 și 9,5 [2] [7].
Alte comparații de proprietăți
Duritate
În timp ce diamantul este mai greu, carbura de tungsten este în general mai dură. Durerea se referă la capacitatea unui material de a absorbi energia înainte de fracturare. Structura compozită a carburii de tungsten a boabelor de carbură tare într -un liant metalic dur îi conferă o duritate superioară în comparație cu diamantul [1] [18].
Conductivitate termică
Diamantul are o conductivitate termică mai mare decât carbura de tungsten. Această proprietate face ca diamantul să fie excelent pentru disiparea căldurii în instrumentele de tăiere [18].
Cost
Carbura de tungsten este, în general, mai puțin costisitoare decât diamantul, ceea ce îl face o alegere mai rentabilă pentru multe aplicații în care este necesară o duritate extremă, dar nu este necesară o duritate la nivel de diamant [21].
Aplicații în care duritatea contează
Duritatea extremă atât a carburii de tungsten, cât și a diamantului le face valoroase în diferite aplicații în care rezistența la uzură este crucială.
Instrumente de tăiere industrială
Ambele materiale sunt utilizate în instrumentele de tăiere, dar în scopuri diferite. Carbura de tungsten este adesea folosită pentru tăierea metalelor, în timp ce diamantul este preferat pentru tăierea materialelor extrem de dure precum ceramica sau alte diamante [24].
Echipament de foraj
În industria petrolului și a gazelor, ambele materiale sunt utilizate în biți de foraj. Diamantul este adesea utilizat sub formă de biți de diamant policristalin (PDC) pentru foraj prin formațiuni de roci dure [4].
Acoperiri rezistente la uzură
Ambele materiale pot fi utilizate ca acoperiri pentru a îmbunătăți rezistența la uzură a diferitelor componente. Acoperirile de carbon cu diamante (DLC) sunt deosebit de populare în unele aplicații [18].
Bijuterii
În timp ce diamantele sunt utilizate în mod tradițional în bijuterii fine, carbura de tungsten a câștigat popularitate în ultimii ani pentru trupe de nuntă pentru bărbați, datorită durabilității și rezistenței sale la zgârieturi [16].
Factori care influențează duritatea
Este important de menționat că duritatea atât a carburii de tungsten, cât și a diamantului poate varia în funcție de mai mulți factori:
Puritate și compoziție
Pentru carbura de tungsten, raportul dintre tungsten și carbon și tipul și cantitatea de material de liant utilizat poate afecta duritatea acestuia. Pentru diamante, prezența impurităților sau a defectelor în structura cristalului poate influența duritatea [1] [18].
Orientarea cristalului
În diamante, duritatea poate varia ușor în funcție de orientarea cristalului. Unele direcții din cristal sunt puțin mai grele decât altele [18].
Proces de fabricație
Pentru diamante sintetice și carbură de tungsten, procesul de fabricație poate influența duritatea finală. Factori precum temperatura și presiunea de sinterizare pot afecta proprietățile produsului final [6].
Concepții greșite despre duritate
Există mai multe concepții greșite comune despre duritatea materială care merită abordată:
Duritatea este egală cu indestructibilitatea
În timp ce atât carbura de tungsten, cât și diamantul sunt extrem de dure, niciuna nu este indestructibilă. Ambele pot fi rupte sau tăiate cu forță suficientă [10] [18].
Duritatea este singura proprietate importantă
În timp ce duritatea este crucială pentru multe aplicații, alte proprietăți precum duritatea, conductivitatea termică și costurile sunt adesea la fel de importante atunci când alegeți un material pentru o utilizare specifică [21] [24].
Toate diamantele sunt la fel de dure
Diamantele naturale pot varia în funcție de duritate în funcție de condițiile lor de formare și de prezența impurităților. Unele diamante sintetice au fost chiar create care sunt mai grele decât diamantele naturale [13].
Evoluții viitoare
Cercetarea în știința materialelor continuă să împingă limitele a ceea ce este posibil în ceea ce privește duritatea materială:
Materiale sintetice super-hard
Oamenii de știință lucrează la dezvoltarea de noi materiale sintetice care ar putea depăși diamantul în duritate. Materiale precum nitrida de bor wurtzite și lonsdaleite (diamant hexagonal) arată promisiune în această zonă [17].
Nanocompozite
Cercetătorii explorează materiale de nanocompozit care combină duritatea materialelor precum carbura de diamant sau tungsten cu duritatea altor materiale, creând potențial substanțe cu un echilibru optim de proprietăți [6].
Concluzie
În concluzie, în timp ce carbura de tungsten este într -adevăr unul dintre cele mai grele materiale cunoscute de om, nu este mai greu decât diamantul. Diamantul rămâne cea mai grea substanță naturală, cu o duritate MOHS de 10 în comparație cu 8,5-9,5 de carbură de tungsten. Totuși, acest lucru nu înseamnă că Diamond este întotdeauna o alegere mai bună pentru toate aplicațiile. Combinația Tungsten Carbide de duritate extremă și duritate superioară o face ideală pentru multe aplicații industriale și de consum, unde fragmentul Diamond ar putea fi un dezavantaj.
Alegerea dintre carbura de tungsten și diamant se reduce adesea la cerințele specifice ale aplicației, inclusiv factori precum tipul de uzură așteptat, mediul în care se va folosi materialul și considerațiile de costuri. Ambele materiale continuă să joace roluri cruciale în diferite industrii, de la unelte de tăiere și echipamente de foraj până la bijuterii de înaltă calitate.
Pe măsură ce știința materialelor continuă să avanseze, este posibil să vedem dezvoltarea de noi materiale super-hard care contestă poziția lui Diamond în vârful scării de duritate. Cu toate acestea, deocamdată, Diamond își păstrează coroana ca fiind cea mai grea substanță naturală cunoscută, cu carbură de tungsten urmând îndeaproape ca un material versatil și extrem de valoros în sine.
FAQ
1. Poate tungsten carbură să zgârie un diamant?
Nu, carbura de tungsten nu poate zgâria un diamant. Diamantul este mai greu decât carbura de tungsten pe scara Mohs (10 față de 8,5-9,5), ceea ce înseamnă că diamantul poate zgâria carbura de tungsten, dar nu invers [2] [7].
2. De ce se folosește carbura de tungsten în loc de diamant în unele aplicații?
Carbura de tungsten este adesea folosită în loc de diamant datorită costurilor sale mai mici, a durității mai mari și a producției mai ușoare. Este deosebit de util în aplicațiile în care este necesară o duritate extremă, dar nu este necesară o duritate la nivel de diamant [21] [24].
3. Există materiale mai greu decât diamantul?
În timp ce diamantul este cel mai greu material natural, au fost create unele materiale sintetice care pot fi mai grele. Acestea includ nitrură de bor wurtzită și lonsdaleite (diamant hexagonal), deși aplicațiile lor practice sunt în prezent limitate [17].
4. Cum se compară costul carburii de tungsten cu diamantul?
Carbura de tungsten este în general mult mai puțin costisitoare decât diamantul. Acest lucru îl face o alegere mai rentabilă pentru multe aplicații industriale, unde este necesară o duritate extremă [21].
5. Poate fi folosit carbura de tungsten în bijuterii ca diamantele?
Da, carbura de tungsten este din ce în ce mai folosită în bijuterii, în special în formațiile de nuntă pentru bărbați. Este apreciat pentru durabilitatea, rezistența la zgârieturi și aspectul modern. Cu toate acestea, nu are aceeași strălucire sau foc ca diamant, deci nu este folosit de obicei ca piatră prețioasă [16].
Citări:
[1] https://www.alied-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-diamond-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-hing-tips/diamond-questions-we-ve-got-answers
[11] https://jewelrydepotusa.com/metal-commparison/
[12] https://www.retopz.com/57-frequently-asked-questions-faqs-about-tungsten-tarbide/
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/superhard_material
[14] https://carbideprocesss.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-go-h-hn--n-h-hn.html
[17] https://www.reddit.com/r/gemstones/comments/1ahga1f/what_gemstone_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.com/blog/comparison-of-dental-diamond-burs-and-tungsten-carbide-burs
[22] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+carbide
[23] https://www.shutterstock.com/search/diamond-hardness
[24] https://triaticinc.com/blog/the-diffence-between-diamond-core-bits-carbide/
[25] https://chemistry.stackexchange.com/questions/102971/why-can-a--diamond-be-broken-using-a-hammer-if-its-thest-hardest-natural-substanță
[26] https://eagle-dental-burs.com/blogs/articles/diamond-vs-carbide
