Контент меню
● Введение в элементарные вещества
● Исторический фон карбида вольфрама
● Состав карбида вольфрама
>> Кристаллическая структура
● Синтез карбида вольфрама
>> 1. Прямое карбуризация
>> 2. Процесс жидкого слоя
>> 3. Химическое осаждение паров (сердечно -сосудистые заболевания (CVD)
● Свойства карбида вольфрама
>> 1. Механические свойства
>> 2. Тепловая и электрическая проводимость
>> 3. Коррозионная стойкость
● Применение карбида вольфрама
>> 1. Промышленные режущие инструменты
>> 2. аэрокосмическая и защита
>> 3. Медицинские устройства
>> 4. Энергетический сектор
● Экологические и экономические соображения
>> 1. Появление на добыче полезных ископаемых
>> 2. Методы переработки
● Проблемы и инновации
>> 1. Бриттлентность и компромисс выносливости
>> 2. 3D -печать
>> 3. Устойчивые альтернативы
● Тенденции рынка и будущие перспективы
● Заключение
● Часто задаваемые вопросы
>> 1. Как карбид вольфрама сравнивается с алмазом в твердости?
>> 2. Можно ли сваривать или отремонтировать карбид вольфрама?
>> 3. Почему кобальт используется в качестве связующего в карбиде вольфрама?
>> 4. Является ли вольфрамовый карбид магнитный?
>> 5. Что ограничивает использование карбида вольфрама в высокотемпературных приложениях?
● Цитаты:
Карбид вольфрама с химической формулой WC представляет собой соединение, состоящее из атомов вольфрама и углерода. Он известен своей исключительной твердостью, износостойкостью и высокой точкой плавления, что делает его важным материалом в различных промышленных применениях. Однако вопрос о том, Карбид вольфрама является элементарным веществом, требует понимания того, что представляет собой элементарное вещество и состав самого карбида вольфрама.
Введение в элементарные вещества
Элементарное вещество - это чисто химическое вещество, которое состоит только из одного типа атома, отличающегося его атомным числом. Примеры включают такие элементы, как кислород (O₂), углерод (C) и вольфрамовый (W). Эти вещества состоят из атомов одного и того же элемента, которые могут быть связаны вместе в молекулах или существуют в виде свободных атомов. Напротив, такой соединение, как карбид вольфрама, содержит два или более элементов, химически связанных в фиксированных пропорциях.
Исторический фон карбида вольфрама
Карбид вольфрама был сначала синтезирован в конце 19 -го века французским химиком Анри Моссаном, который объединил вольфрамовый и углерод в электрической печи. Тем не менее, его промышленный потенциал не был реализован до 1920 -х годов, когда немецкие ученые разработали методы для спекания карбида вольфрама с кобальтовыми связующими, создавая достаточно жесткий материал для режущих инструментов. К 1930-м годам он произвел революцию в металлообрабатывающей промышленности, заменив традиционные стальные инструменты в высокопрофессиональной обработке.
Состав карбида вольфрама
Карбид вольфрама образуется путем объединения атомов вольфрамового (W) и углерода (C) в молярном соотношении 1: 1. Наиболее распространенная форма, используемая в промышленных применениях, содержит приблизительно 94% вольфрамового и 6% углерода по весу. Эта композиция подтверждает, что карбид вольфрама является соединением, а не элементарным веществом, поскольку он состоит из двух различных элементов, химически связанных в кристаллической структуре.
Кристаллическая структура
Карбид вольфрама имеет гексагональную кристаллическую решетку (рис. 2), где каждый атом вольфрамового вольфрама окружен шестью атомами углерода. Эта договоренность способствует его исключительной твердости и стабильности.
Синтез карбида вольфрама
1. Прямое карбуризация
Основной метод включает нагревание вольфрамового металла или порошка с углеродом (например, графит) при 1400–2000 ° C в атмосфере водорода. Реакция:
W+C → WC
Этот процесс создает тонкий карбид вольфрама, который затем смешивается с такими связями, как кобальт (6–12%) и спечен под высоким давлением.
2. Процесс жидкого слоя
В альтернативе нижней температуры используется реактор с псевдоожиженным слоем с газовой смесью CO/CO₂ и водородом. Этот метод уменьшает потребление энергии и производит равномерные размеры частиц.
3. Химическое осаждение паров (сердечно -сосудистые заболевания (CVD)
Методы сердечно-сосудистых заболеваний осаждают карбиды вольфрамовых карбидов на подложки, идеально подходящие для создания износостойких поверхностей для аэрокосмических компонентов.
Свойства карбида вольфрама
1. Механические свойства
- Твердость: твердость MOHS ~ 9 (по сравнению с Diamond's 10).
- ТОЧКА плавления: 2870 ° C, выше, чем большинство металлов.
- Модуль Янга: 530–700 ГПа, в три раза более жесткий, чем сталь.
- Плотность: 15,6 г/см3;, сравнимо с ураном.
2. Тепловая и электрическая проводимость
Несмотря на свою твердость, карбид вольфрама проводит электроэнергию (аналогично бронзе) и эффективно нагрева, что делает его подходящим для обработки электрической разрядки (EDM).
3. Коррозионная стойкость
Он противостоит окислению при температуре до 600 ° C и инертным для большинства кислот, за исключением гидрофторической кислоты и азотной кислоты при высоких концентрациях.
Применение карбида вольфрама
1. Промышленные режущие инструменты
- Бурные биты: буровые упражнения с карбидами вольфрама (рис. 5) переживают сталь в 100x в абразивных средах.
- Вставки из фрезерования: Используется для обработки титана и неуклюже в аэрокосмическом производстве.
2. аэрокосмическая и защита
- Ракетные форсунки: выдерживает экстремальные температуры в двигательных системах.
- Броняющие боеприпасы: использует плотность и твердость WC для протекателей.
3. Медицинские устройства
- Хирургические скальпели: острее и более долговечные, чем нержавеющая сталь.
- Ортопедические имплантаты: покрытый WC для износостойкости в замене суставов.
4. Энергетический сектор
-Нефтяные буровые вставки: кусочки буровых покрытий с wc уменьшают время простоя при глубокосложении.
- Ядерные контрольные стержни: высокая эффективность поглощения нейтронов.
Экологические и экономические соображения
1. Появление на добыче полезных ископаемых
Вольфрамовая добыча, в первую очередь в Китае (85% глобального поставок), вызывает обеспокоенность по поводу обезлесения и загрязнения воды. Утилизация лома WC восстанавливает 95% материала, снижая зависимость от девственной руды.
2. Методы переработки
- Цинк процесс: растворяет кобальтовые связующие, чтобы отделить порошок WC.
- Прямое повторное использование: измельченный скрап WC перегружен новым инструментам.
Проблемы и инновации
1. Бриттлентность и компромисс выносливости
Высокая твердость У.К. приходит с хрупкой. Инновации, такие как наноструктурированные WC (размеры зерна <100 нм), улучшают выносливость перелома, не жертвуя твердостью.
2. 3D -печать
Аддитивное производство включает сложные детали WC, такие как решетчатые конструкции для легких аэрокосмических компонентов.
3. Устойчивые альтернативы
Исследователи разрабатывают без кобальта связующие (например, никель, железо) для решения проблем с токсичностью в традиционных композитах WC-Cobalt.
Тенденции рынка и будущие перспективы
Прогнозируется, что глобальный рынок карбида вольфрама будет расти на 6,2% CAGR (2023–2030), что обусловлено спросом в секторах автомобильной и возобновляемой энергии. Ключевыми игроками являются материалы Sandvik AB, Kennametal и Mitsubishi.
Заключение
Карбид вольфрама является однозначно соединением, а не элементарным веществом. Его непревзойденные свойства укрепили свою роль в отраслях, от производства до здравоохранения. Поскольку достижения в области нанотехнологий и прогресса в устойчивости, карбид вольфрама будет оставаться незаменимым в преодолении инженерных задач.
Часто задаваемые вопросы
1. Как карбид вольфрама сравнивается с алмазом в твердости?
В то время как Diamond является самым сложным натуральным материалом (MOHS 10), карбид вольфрама занимает ~ 9, что делает его подходящим для большинства промышленных применений без чрезмерной стоимости алмазных инструментов.
2. Можно ли сваривать или отремонтировать карбид вольфрама?
Нет - Экстремальная твердость делает сварку непрактичной. Поврежденные компоненты WC обычно заменяются или переработаны.
3. Почему кобальт используется в качестве связующего в карбиде вольфрама?
Кобальт повышает прочность, заполняя пробелы между зернами WC, предотвращая распространение трещин. Тем не менее, альтернативы, такие как никель, набирают обороты для экологически чистых производств.
4. Является ли вольфрамовый карбид магнитный?
Чистый WC не магнитный, но варианты, связанные с кобальтом, демонстрируют небольшой магнетизм из-за содержания кобальта.
5. Что ограничивает использование карбида вольфрама в высокотемпературных приложениях?
Выше 500 ° C, ВС постепенно окисляется. Покрытия, такие как карбид хрома, наносятся для повышения устойчивости к окислению.
Цитаты:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[4] https://www.istockphoto.com/photos/tungsten-carbide
[5] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[6] https://www.gauthmath.com/solution/====67973/tungsten-carbide-can-be-use-t-make-the-tips-of ballpoint-the-chemical-for?is_new_user=1
[7] https://periodictable.com/elements/074/pictures.html
[8] https://www.freepik.com/free-photos-vectors/tungsten
[9] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/tungstencarbedatasheet.pdf
[10] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
