Innehållsmeny
● Sammansättning och egenskaper
● Råvaror för att producera volframkarbid
● Syntes av volframkarbid
● Kornstorlekskontroll
● Cementerad volframkarbid
● Applikationer av volframkarbid
● Fördelar med volframkarbid
● Slutsats
● Vanliga frågor
>> 1. Vad är volframkarbid?
>> 2. Hur syntetiseras volframkarbid?
>> 3. Vilka är de primära råvarorna för att producera volframkarbid?
>> 4. Vilka är de viktigaste egenskaperna hos volframkarbid?
>> 5. Vilka är de vanliga tillämpningarna av volframkarbid?
● Citeringar:
Volframkarbid (WC) är en kemisk förening som innefattar volfram- och kolatomer. Det finns som ett fint grått pulver i sin grundläggande form men kan pressas och formas till former genom sintring för användning i industrimaskiner. Känd för sin exceptionella hårdhet, slitmotstånd och termiska egenskaper, Volframkarbid är avgörande för industriell hållbarhet och används allmänt i olika applikationer, inklusive skärverktyg, slitbeständiga delar och beläggningar.
Sammansättning och egenskaper
Volframkarbid (WC) består av volfram- och kolatomer arrangerade i en hexagonal kristallstruktur. Den vanligaste formen som används i industriella tillämpningar innehåller cirka 94% volfram och 6% viktkol. Dess kemiska formel är WC, med en molekylvikt på 195,85. Det specifika arrangemanget av dessa atomer ger upphov till dess unika och önskvärda egenskaper.
Viktiga egenskaper:
- Hårdhet: Volframkarbid har en hårdhet som är jämförbar med diamant, ofta mätt på Vickers -skalan med värden som överstiger 2000 HV. Denna extrema hårdhet gör den idealisk för applikationer där motstånd mot nötning och penetration är avgörande.
- Densitet: Med en densitet av cirka 15,6 g/cm3 är den betydligt tätare än andra karbider som kiselkarbid (cirka 3,2 g/cm3) och till och med tätare än många stål (cirka 7,8 g/cm3). Denna höga densitet bidrar till dess stabilitet och robusthet i krävande miljöer.
- Styrka: Den har mycket hög styrka för ett hårt och styvt material. Dess tryckhållfasthet är högre än praktiskt taget alla smälta, gjutna eller smidda metaller och legeringar, vilket gör att den tål betydande tryck och deformation.
- Styvhet: Volframkarbid är två till tre gånger så styv som stål och fyra till sex gånger så styv som gjutjärn och mässing. Denna styvhet är en avgörande faktor i applikationer där dimensionell stabilitet och minimal avböjning krävs, såsom precisionsbearbetning.
- Termiska egenskaper: Den upprätthåller sin strukturella integritet och prestanda från rumstemperatur till extrem värme, med en av de högsta smältpunkterna bland tekniska material (2780-2830 ℃). Denna höga smältpunkt och resistens mot termisk deformation gör den ovärderlig i högtemperaturapplikationer.
- Slitmotstånd: Volframkarbid är känt för sin exceptionella slitmotstånd, vilket gör det lämpligt för krävande industriella tillämpningar som skärverktyg, där materialet ständigt utsätts för friktion och nötning.
- Kemisk inerthet: Den är olöslig i vatten, saltsyra och svavelsyra men löslig i en blandning av salpetersyra och hydrofluorinsyra. Denna kemiska inerthet gör den lämplig för användning i frätande miljöer där andra material skulle försämras.
Råvaror för att producera volframkarbid
Produktionen av volframkarbid involverar flera viktiga råvaror, var och en bidrar till slutproduktens egenskaper:
- Tungsten malm: Svart malm, såsom Wolframite ((Fe, Mn) WO4) och Scheelite (Cawo4), är den primära källan till volfram. Dessa malmer bryts och bearbetas för att extrahera volframinnehållande föreningar.
- Ammonium paratungstate (APT): En renad kemisk förening härrörande från volframmalm fungerar som en mellanprodukt i produktionen av volframmetall och volframkarbid. APT produceras genom en serie kemiska processer som involverar lakning, lösningsmedelsextraktion och kristallisation.
- Volframoxid: Producerad genom att beräkna APT vid höga temperaturer, vilket sedan reduceras till volframmetallpulver i en väteatmosfär. Kalineringsprocessen tar bort ammoniak och vatten och lämnar bakom volframoxid.
- Kolkällor: Soot eller grafit används för att konvertera volframmetallpulver till volframkarbid genom en högtemperaturförgasningsprocess. Dessa kolkällor måste vara av hög renhet för att undvika att införa föroreningar i slutprodukten.
Syntes av volframkarbid
Volframkarbid kan syntetiseras genom flera metoder, var och en med sina fördelar och begränsningar. Dessa metoder är avgörande för att kontrollera kvaliteten och egenskaperna hos slutprodukten.
1. Direkt reaktion av volfram och kol: volframmetall (eller pulver) och kol reageras vid höga temperaturer, vanligtvis mellan 1400 ° C och 2000 ° C
2.Fluidbäddprocess: En vätskesängprocess med lägre temperatur reagerar antingen volframmetall (eller pulver) eller blå WO3 med en CO/CO2-gasblandning och H2-gas mellan 900 ° C och 1200 ° C
3. Reaktion av volframoxid med grafit: volframtrioxid (WO3) upphettas med grafit direkt vid 900 ° C eller i väte vid 670 ° C, följt av förgasning i argon vid 1000 ° C
4.Kemisk ångavsättning (CVD): Volframhexaklorid reageras med väte (som reducerande medel) och metan (som källa till kol) vid 670 ° C (943 K)
Kornstorlekskontroll
Storleken på karbidkornen bestämmer avsevärt de mekaniska egenskaperna för slutprodukten. Finare kornstorlekar leder i allmänhet till högre hårdhet och styrka, medan grovare kornstorlekar kan ge förbättrad seghet. Kornstorleken beror på storleken på volframoxidpartiklarna och varaktigheten och temperaturen på oxid/kolblandning. Tekniker som att kontrollera kärnbildningshastigheten och använda sintringstillsatser kan också användas för att påverka korntillväxt.
Cementerad volframkarbid
För att förbättra dess seghet och användbarhet används volframkarbid ofta i en 'cementerad' form. Detta innebär att bindning av volframkarbidkornen tillsammans med ett metalliskt bindemedel, vanligtvis kobolt. Det metalliska bindemedlet ger duktilitet och seghet och kompenserar för den inneboende brittenheten av volframkarbid.
Behandla:
1. Blandning: Pulveriserad volframkarbid blandas med ett pulveriserat metallbindemedel (vanligtvis kobolt, men alternativ inkluderar nickel, järn och paraffinvax). Blandningsprocessen är avgörande för att säkerställa en homogen fördelning av bindemedlet genom volframkarbidmatrisen.
2. Tryck: Blandningen pressas in i önskad form. Pressning kan göras med olika tekniker, inklusive uniaxial pressning, isostatisk pressning och extrudering, beroende på önskad form och densitet.
3. Sintring: Den pressade kompakten sintras sedan genom att värma den till temperaturer mellan 1400 ° C (2550 ° F) och 1600 ° C (2910 ° F). Under sintring smälter bindemedlet, våtar och löser delvis volframkarbidkornen och binder dem ihop. Sintringsprocessen utförs i en kontrollerad atmosfär för att förhindra oxidation och upprätthålla den önskade mikrostrukturen.
4. Resultat: Det resulterande kompositmaterialet, känt som cementerad karbid, kombinerar hårdheten hos volframkarbid med segheten hos det metalliska bindemedlet. Egenskaperna för cementerad karbid kan skräddarsys genom att justera kompositionen, kornstorleken och sintringsparametrarna.
Applikationer av volframkarbid
Tungsten Carbides exceptionella egenskaper gör det lämpligt för ett brett utbud av applikationer i olika branscher. Dess hårdhet, slitmotstånd och termisk stabilitet värderas särskilt i krävande miljöer.
- Skärverktyg: Används för höghastighetsskärningsverktyg, frässkärare, borrbitar och skär. Den höga hårdheten och slitmotståndet hos volframkarbid gör det möjligt för dessa verktyg att upprätthålla skarpa skärmar under längre perioder, vilket leder till förbättrad bearbetningseffektivitet och precision.
- Slitresistenta delar: Används i komponenter som kräver hög slitmotstånd, såsom tätningar, munstycken, lager och matriser. Dessa delar utsätts för konstant friktion och nötning, och volframkarbidens överlägsna slitstyrka säkerställer en lång livslängd.
- Kilnugnens strukturella material: Använda i högtemperaturmiljöer på grund av dess termiska stabilitet och motstånd mot deformation. Volframkarbidkomponenter kan tåla de extrema temperaturerna och frätande atmosfärer som finns i industriella ugnar.
- Jetmotorkomponenter: Används i flyg- och rymdapplikationer på grund av dess termiska stabilitet och hög temperaturstyrka. Volframkarbidkomponenter kan tåla de extrema temperaturerna och spänningarna som uppstår i jetmotorer, vilket bidrar till förbättrad prestanda och hållbarhet.
- Cermet -material: Används i kompositmaterial som kombinerar keramiska och metalliska egenskaper. Cermets erbjuder en unik kombination av hög hårdhet, slitmotstånd och seghet, vilket gör dem lämpliga för en mängd krävande applikationer.
- Motståndsvärmeelement: appliceras i uppvärmningselement på grund av dess elektriska konduktivitet och termisk motstånd. Volframkarbidvärmeelement kan generera höga temperaturer effektivt och pålitligt, vilket gör dem lämpliga för industriella uppvärmningsapplikationer.
- Smältande av CLEBLES: Används för metaller som koppar, kobolt och vismut. Volframkarbid CRUSCIBLES kan motstå de höga temperaturerna och frätande miljöer som är involverade i metallsmältning, vilket säkerställer minimal förorening av den smälta metallen.
- Slitresistenta halvledarfilmer: Tillämpas i halvledartillverkning för att skydda känsliga komponenter från slitage och korrosion. Volframkarbidfilmer kan deponeras med CVD -tekniker, vilket ger en tunn, enhetlig beläggning med utmärkt slitstyrka.
-Aerospace Materials: Som ett modifierat tillsats av NBC-C och TAC-C ternära systemkarbider. Volframkarbid kan förbättra hög temperaturstyrka och oxidationsmotstånd för dessa sammansatta material, vilket gör dem lämpliga för extrema flyg- och rymdapplikationer.
Fördelar med volframkarbid
Tungsten Carbide erbjuder flera fördelar som gör det till ett föredraget material i många branscher. Dessa fördelar härrör från dess unika kombination av egenskaper, vilket gör den lämplig för krävande applikationer där andra material skulle misslyckas.
- Hög hårdhet: ger utmärkt motstånd mot slitage och nötning, förlänger komponenternas livslängd och minskar underhållskostnaderna.
- Hög styrka: erbjuder överlägsen prestanda under högspänningsförhållanden, säkerställer strukturell integritet och förebyggande av misslyckande.
- Hög styvhet: säkerställer minimal deformation och avböjning i krävande applikationer, upprätthållande av dimensionell noggrannhet och precision.
- Termisk stabilitet: upprätthåller strukturell integritet vid höga temperaturer, vilket möjliggör användning i extrema miljöer utan nedbrytning.
- Kemisk resistens: resistent mot många frätande ämnen, säkerställer hållbarhet och förhindrar korrosionsrelaterade fel.
- Utmärkt bearbetbarhet: Även om hård, cementerad volframkarbid kan bearbetas med hjälp av specialiserade tekniker såsom elektrisk urladdningsbearbetning (EDM) och slipning, vilket möjliggör skapandet av komplexa former och exakta dimensioner.
Slutsats
Volframkarbid är ett mångsidigt och väsentligt material i modern industri på grund av dess exceptionella hårdhet, slitmotstånd och termisk stabilitet. Det syntetiseras genom olika metoder, inklusive direkt reaktion, flytande sängprocesser och kemisk ångavsättning, var och en erbjuder unika fördelar när det gäller kontroll och skalbarhet. Cementerad volframkarbid, som kombinerar volframkarbid med metallbindemedel, förbättrar dess seghet och tillämpbarhet, vilket gör den lämplig för ett brett spektrum av krävande applikationer. Dess utbredda användning vid skärverktyg, slitsträckta delar och flyg- och rymdkomponenter understryker dess betydelse för att kräva industriella miljöer. Den pågående forskningen och utvecklingen i volframkarbidmaterial fortsätter att utöka sina tillämpningar och förbättra dess prestanda, vilket säkerställer dess fortsatta relevans i framtiden.
Vanliga frågor
1. Vad är volframkarbid?
Volframkarbid (WC) är en kemisk förening bestående av volfram- och kolatomer. Det är känt för sin exceptionella hårdhet, slitmotstånd och termisk stabilitet, vilket gör den lämplig för olika industriella tillämpningar. Det används ofta i form av cementerad karbid, där volframkarbidkorn är bundna samman av ett metalliskt bindemedel, vanligtvis kobolt.
2. Hur syntetiseras volframkarbid?
Volframkarbid kan syntetiseras genom flera metoder, inklusive den direkta reaktionen av volfram och kol vid höga temperaturer, fluidbäddprocesser med volframoxid och kemiska ångavsättningstekniker som involverar volider av volfram. Varje metod erbjuder olika fördelar när det gäller kontroll över kornstorlek, renhet och skalbarhet.
3. Vilka är de primära råvarorna för att producera volframkarbid?
De primära råvarorna inkluderar volframmalm, såsom Wolframite och Scheelite, som bearbetas för att extrahera volframinnehållande föreningar. Dessa föreningar omvandlas sedan till ammonium paratungstate (apt), volframoxid och slutligen volframmetallpulver. Kolkällor, såsom sot eller grafit, används för att reagera med volframmetallpulvret för att bilda volframkarbid.
4. Vilka är de viktigaste egenskaperna hos volframkarbid?
Viktiga egenskaper inkluderar hög hårdhet, ofta jämförbar med diamant; hög densitet, vilket gör det tätare än de flesta metaller; hög styrka, vilket gör att den tål betydande tryck; hög styvhet, säkerställa minimal deformation; termisk stabilitet, bibehålla sina egenskaper vid höga temperaturer; och slitmotstånd, vilket gör det lämpligt för slipande miljöer.
5. Vilka är de vanliga tillämpningarna av volframkarbid?
Tungsten carbide is commonly used in cutting tools for machining metals and other materials, wear-resistant parts such as seals and bearings, kiln furnace structural materials for high-temperature environments, jet engine components for aerospace applications, cermet materials combining ceramic and metallic properties, resistance heating elements for industrial heating, smelting crucibles for melting metals, wear-resistant semiconductor films for Elektroniska enheter och flyg- och rymdmaterial för högpresterande applikationer.
Citeringar:
[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/bitstream/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-time-.html
