Меню вмісту
● Вступ до монолітного карбіду вольфраму
>> Історичний контекст
● Хімічний склад та структура
>> Хімічна формула та атомна структура
>>> Кристалічна структура
>>> Характеристики зв’язку
● Фізичні та механічні властивості
>> Основні моменти
● Виробничі процеси
>> Синтез порошку карбіду вольфраму
>>> Монолітне утворення
>> Розширені методи виготовлення
● Заявки в галузі промисловості
>> Промисловий інструмент
>> Видобуток та будівництво
>> Нафта і газ
>> Аерокосмічна та оборона
>> Медична та електроніка
>> Ювелірні вироби
● Переваги та обмеження
>> Переваги
>> Обмеження
● Моноліт проти цементованого карбіду вольфраму
● Екологічні та безпечні міркування
● Висновок
● FAQ: Монолітний карбід вольфраму
>> 1. Що таке монолітний карбід вольфраму?
>> 2. Чим монолітний карбід вольфраму відрізняється від цементованого карбіду?
>> 3. Які основні застосування монолітного карбіду вольфраму?
>> 4. Як виробляється монолітний карбід вольфраму?
>> 5. Чи є монолітний вольфрамовий карбід екологічно чистий?
● Цитати:
Монолітний карбід вольфраму (WC) - це матеріал, який революціонізував сучасну промисловість з її надзвичайною твердістю, довговічністю та універсальністю. Від кінчиків видобутку свердла до точності медичних інструментів, унікальні властивості монолітного вольфраму карбіду роблять його незамінним у незліченних додатках. Цей всеосяжний посібник досліджує науку, виробництво, використання та переваги монолітики Карбід вольфраму , доповнений детальними поясненнями, діаграмами та відповідями на найчастіше задані питання.
Вступ до монолітного карбіду вольфраму
Монолітний карбід вольфраму-це твердий однофазний матеріал, складений майже повністю з вольфрамового карбіду (WC) без додавання металевих в'яжуючих, таких як кобальт або нікель. Термін 'Моноліт ' відрізняє його від цементованого карбіду, який є композитним матеріалом, де зерна карбіду вольфраму тримаються разом. Монолітний карбід вольфраму цінується своєю чистотою, рівномірністю та винятковими властивостями матеріалу, що робить його ідеальним для високопродуктивних та точних застосувань.
Історичний контекст
Карбід вольфраму вперше був синтезований наприкінці 19 століття, але його промислове використання розпочалося в 1920 -х роках, коли німецькі інженери розробили цементований карбід для ріжучих інструментів. Монолітний карбід вольфраму з'явився пізніше як просування в технології спікання, що забезпечує виробництво без сполучного. Сьогодні це наріжний камінь промисловості, що потребує надзвичайної довговічності, таких як аерокосмічний, видобуток та виробництво.
Хімічний склад та структура
Хімічна формула та атомна структура
- Хімічна формула: WC (карбід вольфраму)
- Молярна маса: 195,85 г/моль
Монолітний карбід вольфраму складається з атомного співвідношення 1: 1 вольфраму (W) та вуглецю (C). Атоми пов'язані таким чином, що надає матеріалу його чудову твердість і стабільність.
Кристалічна структура
- Шестикутна структура (α-WC): найпоширеніша форма при кімнатній температурі, з простою шестикутною решіткою атомів вольфраму та атомами вуглецю, що наповнюють половину проміжків.
-Кубічна структура (β-WC): утворюється при більш високих температурах, з скельною соляною решіткою. Ця фаза рідко використовується промислово ��ерез нестабільність при кімнатній температурі.
Характеристики зв’язку
- Сильні ковалентні зв’язки між вольфрамом та атомами вуглецю.
- Довжина зв'язку вольфраму- приблизно 220 вечора, що сприяє винятковій міцності матеріалу.
- Металеве зв'язок між атомами вольфраму додає пластичності інакше крихкої структури.
Фізичні та механічні властивості
Монолітний карбід вольфраму славиться своїм набором видатних фізичних та механічних властивостей:
| властивостей |
значення/опис |
| Твердість (MOHS) |
9 - 9,5 (майже так само важко, як і алмаз) |
| Вікерс твердість (HV) |
~ 2600 HV |
| Щільність |
15,6–15,7 г/см⊃3; (Двічі, як сталь) |
| Модуль Янга |
530–700 GPA (3x, що сталь) |
| Кінцева міцність на розрив |
~ 344 МПа |
| Кінцеве стиснення |
~ 2,7 ГПА |
| Точка плавлення |
2870 ° C |
| Теплопровідність |
110 Вт/(м · К) |
| Коефіцієнт розширення |
5,5 мкм/м · k |
| Корозійна стійкість |
Відмінно, за винятком сумішей HF/HNO₃ |
| Окислювальна стійкість |
До 500–600 ° C |
Основні моменти
- Твердість: По -друге, діамант, що робить його ідеальним для різання та стирання.
- Щільність: забезпечує стабільність та довговічність у застосуванні з високим впливом.
- Теплова стійкість: зберігає міцність і твердість при підвищеній температурі.
- Носистка: переживає більшість металів в абразивних умовах.
- Хімічна стабільність: стійкий до більшості кислот та корозії, за винятком конкретних умов.
Виробничі процеси
Синтез порошку карбіду вольфраму
1. Пряма реакція: метал вольфраму реагує з вуглецем при 1400–2000 ° С, утворюючи порошок Wc.
Реакція: W + C → WC
2. Карбюризація: Оксид вольфраму (WO₃) знижується і карбюрується з вуглецевим чорним кольором у водневій атмосфері.
Реакція: wo₃ + 4c → wc + 3co
Монолітне утворення
На відміну від цементованого карбіду, монолітний вольфрамовий карбід натискається і спікається без металевих в'яжучих. Процес включає:
- Підготовка порошку: виробляється та очищається і очищається ультрафінний WC порошок (розмір частинок 0,1–2 мкм).
- Ущільнен�
- спікання: ущільнене 'зелене ' тіло спікається при високих температурах (1400–1,600 ° C) у вакуумі або інертній атмосфері, що вливає частинки в щільну тверду масу з> 99% теоретичною щільністю.
Розширені методи виготовлення
- Виробництво добавок (3D -друк):
Селективне лазерне плавлення (SLM) та в'яжуча реактивна реакція досліджуються для створення складних геометрії, хоча проблеми залишаються у уникненні тріщин під час спікання.
- сфероїдія в плазмі:
Виробнить мета-стабільні фази WC з сферичними частинками для поліпшення витоки в покриттів.
- Сказна плазма спікання (SPS):
Використання імпульсних електричних струмів для досягнення швидкої ущільнення при менших температурах, зберігаючи дрібні зернові структури.
Заявки в галузі промисловості
Виняткові властивості монолітного вольфраму карбіду роблять його матеріалом вибору в різних вимогливих полях:
Промисловий інструмент
- Виріжкові інструменти: кінцеві млини, свердла, розпушувачі та вставки для обробки сталі, титану та композитів.
- Абразиви: шліфувальні колеса та форсунки з піскоструминами.
- Носіть деталі: путівники, форсунки та ущільнювачі у середовищах з високим вмістом фрикції.
Видобуток та будівництво
- Свердлові шматочки: поради щодо скельних свердлінів, свердловинних машин для тунелів та свердління нафтової свердловини.
- Інструменти розкопок: зуби, вибори та плуги для видобутку та будівництва доріг.
Нафта і газ
- Компоненти клапана: сидіння та стебла для клапанів високого тиску.
- Інструменти свердловини: носіння кільця та втулки в буровій техніці.
Аерокосмічна та оборона
- Турбінові покриття: теплові бар'єрні покриття для компонентів реактивного двигуна.
- Боєприпаси для броньованих: проникнення для військових заявок.
- Ядерні реактори: нейтронні відбиття та екранування комп83=- Ядерні реактори: нейтронні відбиття та екранування компонентів.
Медична та електроніка
- Хірургічні інструменти: лопатки скальпеля, стоматологічні бруски та ортопедичні пилки.
- Виробництво напівпровідників: форсунки для травлення та вафельні обробники.
Ювелірні вироби
- Весільні смуги: стійкі до подряпин кілець з відшліфованим металевим блиском.
- Розкішні годинники: рамки та справи для преміальних годинників.
Переваги та обмеження
Переваги
- Екстремальна твердість: перевершує більшість металів та кераміки.
- Опір зносу: розширює термін служби інструменту та компонентів, зменшення обслуговування.
- Термічна стійкість: надійно виконує при високих температурах.
- Корозійна стійкість: підходить для суворих середовищ.
- Точність: дозволяє виробляти високу точність.
Обмеження
- Смутність: може розірвати під сильним ударом або ударним навантаженням.
- Складна обробка: потрібні алмазні або CBN інструменти для формування та обробки.
- Вартість: більша початкова вартість, ніж сталеві або традиційні сплави, але довший термін експлуатації часто компенсує це.
- Окислення при високих температурах: починається окислення понад 500–600 ° С у повітрі.
Моноліт проти цементованого вольфрамового карбіду
| Особливості |
монолітного |
вольфрамового карбіду цементую |
| Склад |
Чистий туалет, без в'яжучого |
WC зерна + металева палітурка (Co) |
| Твердість |
Трохи вище |
Трохи нижче |
| Міцність |
Нижчий (більш крихкий) |
Вище (менш крихкий) |
| Опір зносу |
Вищий |
Відмінний |
| Типові програми |
Точні інструменти, помирає |
Ріжучі інструменти, видобуток шматочків |
| Обробка |
Складніше |
Простіше (завдяки сполученню) |
| Вартість |
Вищий |
Опускатися |
Екологічні та безпечні міркування
- Переробленість: Крамп карбіду вольфраму відновлюється за допомогою хімічних або механічних процесів. Наприклад, переробка розплаву цинку розчиняє кобальтові в'яжучі від цементованого карбіду, залишаючи чистий туалет для повторного використання.
- Токсичність: Чистий туалет інертний, але кобальтоном цементований карбідний пил класифікується як можливий канцероген. Правильна вентиляція та ЗІЗ важливі під час обробки.
- Вуглецевий слід: спікання споживає значну енергію, але аналіз життєвого циклу показує, що тривалі терміни експлуатації інструментів компенсують початкові викиди.
Висновок
Монолітний карбід вольфраму виступає як свідчення сили матеріалознавства. Його унікальна суміш твердості, зносу та теплової стійкості зробила його наріжним каменем сучасної промисловості, від видобутку та виробництва до медицини та ювелірних виробів. Незважаючи на те, що він представляє певні виклики-такі як крихкість і вартість-її переваги значно перевищують його обмеження у більшості високопродуктивних додатків. По мірі розвитку виробництва добавок та нанотехнологій, монолітний карбід вольфраму, ймовірно, відіграватиме ще більшу роль у передових полях, таких як квантові обчислення та дослідження простору.
FAQ: Монолітний карбід вольфраму
1. Що таке монолітний карбід вольфраму?
Монолітний карбід вольфраму-це однофазна, без в'яжуча форма карбіду вольфраму (WC), яка майже повністю складається з вольфраму та атомів вуглецю у співвідношенні 1: 1. Він відомий своєю винятковою твердістю, стійкістю до зносу та тепловою стійкістю, що робить його ідеальним для точних інструментів та високопродуктивних застосувань.
2. Чим монолітний карбід вольфраму відрізняється від цементованого карбіду?
Монолітний карбід вольфраму не містить металевих в'яжучих, тоді як цементований карбід - це композитний матеріал, де зерна карбіду вольфраму пов'язані разом з металевим, таким як кобальт. Монолітний туалет важчий і більш стійкий до зносу, але також більш крихкі, ніж цементований карбід, який пропонує більшу міцність.
3. Які основні застосування монолітного карбіду вольфраму?
Монолітний карбід вольфраму використовується в точній ріжучій інструментах, компонентах, стійких до зносу, шматочками видобутку, нафтогазовим обладнанням, аерокосмічними деталями, медичними інструментами та ювелірними виробами завдяки своїй чудовій твердності та міцності.
4. Як виробляється монолітний карбід вольфраму?
Він виробляється шляхом притискання порошку карбіду ультрасилку вольфіну в потрібну форму, а потім спікання його при високих температурах у вакуумі або інертній атмосфері, не додаючи металеві в'яжучі. Це призводить до щільного твердого матеріалу з рівномірними властивостями.
5. Чи є монолітний вольфрамовий карбід екологічно чистий?
Карбід вольфраму можна переробити, а матеріал брухту може бути відновлений і повторно використаний. Хоча його виробництво є енергоємним, переробка допомагає зменшити вплив на навколишнє середовище. Для забезпечення безпеки необхідне належне поводження з порошками та пилом.
Цитати:
[1] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[2] https://www.retopz.com/57-frequenty-asked-questions-faqs-about-tungsten-carbide/
[3] https://shop.machinemfg.com/the-pros-and-cons-of-tungsten-carbide-a-comprehence-guide/
[4] https://shop.machinemfg.com/tungsten-carbide-an-overview/
[5] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[6] https://sifisheriessciences.com/journal/index.php/journal/article/download/407/390/777
[7] https://sifisheriessciences.com/journal/index.php/journal/article/view/407/390
[8] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s095221918301201
[9] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0022311519306014
[10] https://guhengqiang.en.made-in-china.com/product/hadrotvysgve/china-customized-monolity-tungsten-carbide-saw-blade-for-cutting-tool.html
16408297016 .
[12] https://patents.google.com/patent/us5372978a/en
[13] https://pubs.aip.org/aip/jap/article/96/7/3727/930396/lateral-sress-measurements-andshear-slengthin
[14] https://www.lmmgroupcn.com/characteristics-and-application-of-tungsten-carbide/
[15] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[16] https://www.tungstenworld.com/pages/tungsten-news-common-questions-about-tungsten
[17] https://ivodent.hu/__docs/975_c9c103f498cce643cd9184179c56693a.pdf
[18] https://www.yatechmaterials.com/en/cegenced-carbide-industry/answers-to-questions-about-the-use-tugsten-carbide-edm-blocks/
[19] https://www.titanjewellery.co.uk/mens/tungsten-faq.html
[20] http://www.carbidetechnologies.com/faqs/
[21] https://cdn.plansee-group.com/is/content/planseemedia/ceratizit/downloads/pdf/hard-material-solutions-image-brochure/2022/03/en.pdf
[22] https://www.thermalspray.com/questions-tungsten-carbide/
[23] https://carbideprocessors.com/content/nl-jun-11.pdf
[24] https://www.carbide-part.com/blog/common-problems-and-causes-in-tugsten-carbide-pressing/
[25] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s 13596454090 02821
[26] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s 13596454230 05578
[27] https://www.tungco.com/insights/blog/frequenty-asked-questions-used-tungsten-carbide-inserts/
