Що важче, ніж карбід вольфраму?

Меню вмісту

● Алмаз

● 2. Кубічний нітрид бору (c-bn)

● Нітрид Вурцит Борона (W-BN)

● Lonsdaleite (шестикутний діамант)

● Rhenium diboride (reb₂)

● Карбід кремнію (sic)

● Графен

● Порівняльний аналіз

● Розширені програми та майбутні тенденції

● Висновок

● Поширені запитання

>> 1. Чому карбід вольфраму не найважчий матеріал?

>> 2. Який найважчий матеріал виробництва людини?

>> 3. Чи може Lonsdaleite замінити промислові алмази?

>> 4. Який матеріал найкраще працює на сильному вогні?

>> 5. Чи використовується графен у структурних додатках?

● Цитати:

Карбід вольфраму (WC) широко визнаний своєю винятковою твердістю, починаючи від 8,5 до 9 за шкалою MOHS, що робить його основним у різних промислових програмах. Від ріжучих інструментів до стійких до одягання покриття його довговічність не має собі рівних у багатьох сценаріях. Однак поле матеріалознавства постійно розвивається, і в останні роки з'явилося кілька матеріалів, які перевершують Карбід вольфраму в твердості, пропонуючи підвищену продуктивність у екстремальних та спеціалізованих умовах. Ця стаття заглиблюється в ці матеріали, вивчаючи їх властивості, додатки та науку, що стоїть за їх вищою твердістю, доповнюючи візуальні посібники та технічні дані для всебічного розуміння.

Алмаз

Твердість: 10 за шкалою MOHS | 70–150 ГПД (Вікерс)

- Діамант, найважчий природний матеріал, складається з атомів вуглецю, розташованих у тетраедральній структурі решітки. Ця унікальна композиція забезпечує виняткову силу та жорсткість, що робить його практично непроникним для подряпин та стирання. Його неперевершений опір подряпин робить його ідеальним вибором для різання, шліфування та свердління. Такі галузі, як видобуток, будівництво та виробництво, покладаються на інструменти з алмазами для їх вищої продуктивності та довговічності.

- однак, алмази не без їх обмежень. Вони окислюються при температурі вище 800 ° C і можуть розчинятися в залізі, що обмежує їх використання в обробці залізних металів. Це є важливим фактором у застосуванні, де високі температури та контакт із матеріалами на основі заліза неминучі. Незважаючи на ці обмеження, стійкість та стирання алмазу роблять його незамінним матеріалом у численних застосуванні.

2. Кубічний нітрид бору (c-bn)

Твердість: ~ 50 ГПа (Вікерс)

-кубічний нітрид бору (C-BN)-синтетичний матеріал, створений в умовах високого тиску та високого температури, що призводить до кристалічної структури, яка дуже нагадує статус алмазу. Він посідає друге місце лише з алмазом за твердістю. Що виділяє C-BN-це його чудова термічна та хімічна стабільність. На відміну від алмазу, C-BN залишається стабільним при високих температурах, при цьому температури до 1400 ° C, і він виявляє сильну стійкість до хімічних реакцій із залізом. Це робить його винятково добре підходить для обробки загартованих сталей, суперплавів та інших чорних матеріалів.

- Промислові застосування C-BN є великими. Він зазвичай використовується як покриття для ріжучих інструментів, що забезпечує підвищену міцність та продуктивність у обробних операціях. Його стійкість до високих температур та хімічної інертності робить його надійним вибором у вимогливих виробничих умовах.

Нітрид Вурцит Борона (W-BN)

Твердість: теоретичні на 18% важче, ніж алмаз

- нітрид бору Вюрцита (W-BN) є надзвичайно рідкісною формою нітриду бору, що утворюється під час виверження вулканічних вивержень при інтенсивному тиску та температурних умовах. Його шестикутна кристалічна структура схожа на структуру Lonsdaleite, шестикутну форму алмазу. Теоретичні розрахунки говорять про те, що W-BN приблизно на 18% важче, ніж алмаз, що робить його потенційно найважчим матеріалом.

- Однак надзвичайна рідкість W-BN створює значну проблему. Обмежена доступність природних зразків запобігає масштабному тестуванню та характеристиці його властивостей. Крім того, комерційні програми в даний час неможливі через відсутність практичного методу синтезу W-BN у достатній кількості. Незважаючи на ці обмеження, W-BN залишається інтригуючим предметом досліджень та орієнтиром для вчених матеріалів, які прагнуть створити ультра важкі матеріали.

Lonsdaleite (шестикутний діамант)

Твердість: 58% важче, ніж алмаз (теоретично)

- Lonsdaleite, також відомий як шестикутний алмаз, - це вуглецевий алотроп, утворений у метеоритах при ударі з землею. Неосяжний тиск і тепло, що утворюються під час цих ударів, створюють унікальну шестикутну кристалічну структуру. Теоретичні розрахунки свідчать про те, що Lonsdaleite може бути до 58% важче, ніж алмаз, що робить його надзвичайно перспективним матеріалом для супер важких застосувань.

- однак, природні зразки Lonsdaleite часто містять численні домішки та структурні дефекти, які можуть поставити під загрозу їх механічні властивості. Синтезування чистого Lonsdaleite в лабораторії виявилося складним, а синтетичне виробництво залишається в основному експериментальним. Незважаючи на ці виклики, дослідження Lonsdaleite триває, керовані потенціалом для створення матеріалів з винятковою твердістю та силою.

Rhenium diboride (reb₂)

Твердість: 48 ГПА (Вікерс)

- rhenium diboride (reb₂) - це суперардісний матеріал, який поєднує високу щільність електронів реенію з сильними ковалентними зв’язками бору. Ця унікальна комбінація призводить до виняткової твердості при тиску навколишнього середовища, виділяючи його від інших суперарверних матеріалів, які потребують екстремального тиску для синтезу. Reb₂ має високу твердість вікерів приблизно 48 ГПД, що робить його значно важче, ніж карбід вольфраму.

- Однією з унікальних переваг Reb₂ є його металева природа, яка дозволяє йому формуватися за допомогою електричної обробки розряду (EDM). Це є значною перевагою для створення складних геометрії інструментів та точних компонентів. Reb₂ має потенційні застосування в аерокосмічних компонентах, ріжучих інструментах та стійких до зносу покриттів.

Карбід кремнію (sic)

Твердість: 9,5 за шкалою MOHS

- карбід кремнію (SIC) - це сполука кремнію та вуглецю з винятковою твердістю, високою теплопровідністю та стійкістю до високих температур та хімічної атаки. З твердістю 9,5 за шкалою MOHS, SIC перевершує вольфрамовий карбід в абразивному та високотемпературному середовищі. Його застосування варіюються від ущільнювачів насосів до шліфувальних коліс, де його стійкість та довговічність є критичними.

- SIC також може похвалитися низькою щільністю 3,21 г/см⊃3;, що зменшує знос у високошвидкісних додатках. Це робить його ідеальним матеріалом для використання в аерокосмічній та автомобільній промисловості, де зменшення ваги та високоефективні матеріали є важливими. Поєднання твердості, теплових властивостей та хімічної стійкості та хімічної стійкості робить його універсальним матеріалом для численних вимогливих застосувань.

Графен

Твердість: 130 ГПа (міцність на розрив)

- Графен- це двовимірний (2D) матеріал, що складається з одного шару атомів вуглецю, розташованих у шестикутній решітці. Хоча традиційне тестування на твердість важко застосувати до 2D -матеріалу, графен демонструє виняткову механічну міцність. За оцінками, він має міцність на розрив 130 ГПа, що робить його приблизно в 200 разів сильнішим за сталь. Ця надзвичайна сила в поєднанні з легкою та гнучкістю робить графен революційним матеріалом для композитів та нанотехнологій.

- Унікальні властивості графену призвели до його розвідки в широкому діапазоні додатків, включаючи вдосконалені композити, гнучку електроніку та високоміцні покриття. Незважаючи на те, що його 2D -структура представляє проблеми для деяких традиційних додатків, механічна міцність графена та інші властивості продовжують сприяти інноваціям у різних галузях.

Порівняльний аналіз

Щоб забезпечити чітке порівняння, наступна таблиця узагальнює ключові властивості та застосування обговорених матеріалів:

матеріалу	(MOHS)	Vickers (GPA)	ключові програми твердості
Карбід вольфраму	8,5–9	18–22	Розрізи, видобуток, стійкі до зносу деталі
Алмаз	10	70–150	Буріння, різання, абразиви, ювелірні вироби
C-BN	-	~ 50	Високотемпературна обробка, ріжучі інструменти
Карбід кремнію	9.5	20–30	Абразиви, кераміка, напівпровідники
Reb₂	-	48	Носисткі покриття, ріжучі інструменти
Графен	-	-	Композити, електроніка, покриття

Розширені програми та майбутні тенденції

- Квест матеріалів важче, ніж карбід вольфраму, зумовлений зростаючими потребами сучасних технологій. Такі галузі, як аерокосмічна, автомобільна та електроніка, потребують матеріалів, які можуть протистояти екстремальними умовами, включаючи високі температури, тиск та корозійне середовище. Розвиток надходжених матеріалів має вирішальне значення для просування цих галузей та сприяння новим технологічним інноваціям.

- Надалі ми можемо очікувати, що ми можемо побачити посилення досліджень синтезу та характеристики нових суперарверних матеріалів. Це, ймовірно, передбачає вдосконалене обчислювальне моделювання та експериментальні методи проектування та створення матеріалів з індивідуальними властивостями. Крім того, розробка економічно вигідних методів виробництва буде важливою для широкого прийняття цих матеріалів у промислових програмах.

Висновок

У той час як карбід вольфраму залишається життєво важливим матеріалом у багатьох промислових програмах через баланс твердості, міцності та витрат, таких матеріалів, як алмаз, кубічний нітрид бору (C-BN) та карбід кремнію, пропонують чудову твердість та продуктивність у спеціалізованих програмах. Нові матеріали, такі як Graphene та Lonsdaleite, мають велику обіцянку для майбутніх проривів у нанотехнології та інженерії екстремальних умов. Вибір найбільш підходящого матеріалу залежить від ретельного розгляду таких факторів, як твердість, термічна стійкість, хімічна стійкість та вартість. У міру просування технологій попит на надходження матеріалів буде продовжувати сприяти інноваціям та виявленню в галузі матеріалознавства.

Поширені запитання

1. Чому карбід вольфраму не найважчий матеріал?

Карбід вольфраму - це складений матеріал, що складається з зерен карбіду вольфраму, вбудованих у металеву матрицю, як правило, кобальт. Ця структура обмежує свою максимальну твердість. Монолітна кераміка та ковалентно скріплені матеріали, такі як алмаз, які мають більш рівномірну та сильнішу структуру зв'язку, можуть досягти більш високих значень твердості.

2. Який найважчий матеріал виробництва людини?

В даний час Diamond-це найважчий матеріал, вироблений людиною. Він синтезується в контрольованих умовах для отримання монокристалічних алмазів з мінімальними дефектами, що призводить до виняткової твердості. Однак теоретичні матеріали, такі як Lonsdaleite, можуть перевершити його, якщо синтезувати суто.

3. Чи може Lonsdaleite замінити промислові алмази?

Ще не. Природний Lonsdaleite містить дефекти та домішки, тоді як синтетичне виробництво є складним і дорогим. Подолання цих перешкод є важливим, перш ніж Lonsdaleite може вважатися життєздатною заміною промислових алмазів.

4. Який матеріал найкраще працює на сильному вогні?

Кубічний нітрид бору (C-BN) демонструє чудову термічну стійкість і може ефективно працювати до 1400 ° C. Це робить його ідеальним для високотемпературних обробних застосувань, перевершення алмазу та карбіду вольфраму в обробці сталевих та інших чорних матеріалів.

5. Чи використовується графен у структурних додатках?

Наразі основні програми Graphene знаходяться в композитах, електроніці та покритті. Проблеми, пов'язані з його двовимірною структурою, обмежують її використання в окремих структурних компонентах.

Цитати:

[1] https://konecarbide.com/tungsten-vs-tungsten-carbide-differences-explained/

[2] https://www.justmensrings.com/blogs/justmensrings/what-are-the-differences-between-titanium-and-tugsten

[3] https://transmet.com/the-10-strongest-materials- known-to-man/

[4] https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/06/18/there-are-6-strongest-materials-on-earth-that-are-harder-than-diamonds/

[5] https://www.technology.org/how-and-why/-hardest-materials-in-the-world/

[6] https://kaner.chem.ucla.edu/superhard-materials-2/

[7] https://www.syalons.com/2024/07/08/silicon-carbide-vs-tungsten-carbide-wear-applications/

[8] https://en.wikipedia.org/wiki/superhard_material

[9] https://craftstech.net/2019/07/31/superhard-materials-harnessing-the-hardest-materials-on-earth-to-advance-your-industrial-equipment/

[10] https://heegermaterials.com/blog/79_tungsten-carbide-vs-titanium-carbide.html

[11] https://phys.org/news/2020-12-machine-boosts-superhard-materials.html

[12] https://va-tungsten.co.za/pure-tungsten-vs-tungsten-carbide-whats-the-difference/

[13] https://wisconsinmetaltech.com/10-strongest-metals-in-the-world/

[14] https://www.samaterials.com/content/the-10-strongest-materials-whones-to-man.html

[15] https://industrialmetalservice.com/metal-university/differentiating-tungsten-carbide-vs-steel-and-other-tooling/

[16] https://www.technology.org/how-and-why/-hardest-materials-in-the-world/

[17] https://www.bladeforums.com/threads/carbide-hardness-chart.1705186/

[18] https://physics.stackexchange.com/questions/247858/what-would-be-the-hardest-material-in-the-universe

.

[20] https://chemistry.science.narkive.com/hpcyyg5k/what-is-the-hardest-material-in-the-world

[21] https://www.bladeforums.com/threads/ceramic-harder-than-carbide.1396535/

[22] https://www.istockphoto.com/photos/hard-material

[23] https://tampasteel.com/what-are-th-strongest-metals/

[24] https://community.glowforge.com/t/research-stiffest-and-hardest-materials/17713

[25] https://lightsources.org/2024/06/18/superhard-materials-at-the-nanoscale-smaller-is-better/

[26] https://www.shutterstock.com/search/hard-material

[27] https://elements.lbl.gov/news/superhard-materials-at-the-nanoscale-smaller-is-better/

[28] https://ambipar.com/en/noticias/the-six-lightest-and-thoust-materials-in-the-world/

[29] https://acs.digitellinc.com/p/s/superhard-metals-583827

[30] https://forums.tripwireinteractive.com/index.php

[31] https://www.worldatlas.com/articles/top-hardest-materials-on-the-planet.html

[32] https://www.hyperionmt.com/en/resources/materials/

[33] https://www.eng-tips.com/threads/tungsten-amp-tungsten-carbide-alternatives.234870/

[34] https://grish.com/characteristics-and-applications-of-superhard-material-coated-abrasive-tools/

[35] https://www.reddit.com/r/metallurgy/comments/55zffp/looking_for_a_strong_metal_stronger_than_tungsten/

[36] https://www.aemmetal.com/news/tungsten-vs-tungsten-carbide-guide.html

[37] https://craftstech.net/solutions/materials-science/

[38] https://www.eng-tips.com/threads/tungsten-carbide-or-silicon-carbide-which-is-the-better-option.387/

[39] https://www.reddit.com/r/askscience/comments/f02z1/materials_science_question_why_does_an_extremely/

[40] https://www.morecuttingtools.com/news/types_and_applications_of_superhard_material_tools.html

[41] https://als.lbl.gov/superhard-materials-at-the-nanoscale-smaller-is-better/

[42] https://www.reddit.com/r/worldbuilding/comments/18bknb9/what_is_the_hardest_workable_material_in_your/

[43] https://www.meadmetals.com/blog/what-are-th-strongest-metals

[44] https://phys.org/news/2022-12-thoust-material-earth.html

[45] https://www.popularmechanics.com/science/environment/a28970718/superhard-materials/

[46] https://jacobsschool.ucsd.edu/news/release/2672?id=2672

[47] https://ceramics.org/ceramic-tech-today/machine-learning-model-predicts-superhard-materials-from-crystal-structure/

[.

[49] https://www.nature.com/articles/S41524-019-0226-8