Меню вмісту
● Композиція та структура
● Властивості карбіду вольфраму
● Сировина для виробництва карбіду вольфраму
● Виробничі процеси
● Застосування карбіду вольфраму
● Цементовані карбіди
● Висновок
● Часті запитання (FAQ)
>> 1. Яка хімічна формула карбіду вольфраму?
>> 2. Яка основна сировина, яка використовується у виробництві вольфрамового карбіду?
>> 3. Наскільки важкий карбід вольфраму порівняно з іншими матеріалами?
>> 4. Які поширені застосування карбіду вольфраму?
>> 5. Який процес виготовлення цементованого карбіду?
● Цитати:
Карбід вольфраму (WC) - це хімічна сполука, що містить рівні частини вольфраму та атомів вуглецю [6] [7]. У його найосновнішій формі, Карбід вольфраму -це тонкий сірий порошок, який можна натиснути і сформувати у формі за допомогою процесу, який називається спіканням для використання в промисловому обладнанні, ріжучих інструментах, абразивах, снарядів та ювелірних виробів [1] [6] [7]. Відомий своєю чудовою стійкістю та зносостійкістю, він є вирішальним матеріалом у різних промислових програмах [1] [3].
Композиція та структура
Карбід вольфраму з хімічною формулою WC складається з рівних частин вольфраму (W) та вуглецю (C) [3]. Він має сильну потрійну зв’язок між катіоном вольфраму (W⁴⁺) та аніоном вуглецю (C⁴⁻), утворюючи або шестикутну, або кубічну структуру залежно від умов синтезу [3]. Молярна маса становить приблизно 195,85 г/моль [3]. Для карбіду α-вольфраму стехіометричне співвідношення вольфраму до вуглецю повинно бути майже точним, як правило, в межах 49,5-50,5 моль % C [3] [4]. Цей точний склад сприяє його винятковому твердості та стійкості до високих температур та абразивних умов [3].
Властивості карбіду вольфраму
Карбід вольфраму відомий своїми винятковими фізичними та хімічними властивостями, що робить його придатним для широкого спектру застосувань.
- Твердість: Карбід вольфраму винятково важкий, рейтинг між 9 і 9,5 за шкалою твердості MOHS, що робить його одним із найскладніших матеріалів, поступаючись лише діамантам [3]. Він має твердість Вікерса близько 2600, що вказує на його чудову твердість порівняно з більшістю промислових матеріалів [3].
- Щільність: з щільністю близько 15,6 г/см.
- жорсткість: карбід вольфраму приблизно втричі більш жорсткі, ніж сталь, з модулем молодого між 530–700 ГПа [3].
- Носистійкість: Він виявляє видатну стійкість до зносу, триває значно довше в абразивних умовах [3]. Ці властивості роблять його ідеальним для таких застосувань з високим стресом, як ріжучі інструменти та стійкі до зносу деталей, де підтримка різкого краю має вирішальне значення [3].
- Точка плавлення: Карбід вольфраму має високу точку плавлення, починаючи від 2780 до 2830 ℃ [1].
- Хімічна стабільність: Карбід вольфраму не взаємодіє з хлором, коли він нижче 400 ° C. Він жорстоко реагує з фтором при кімнатній температурі і окислюється в оксид вольфраму при нагріванні у повітрі [5].
Сировина для виробництва карбіду вольфраму
Виробництво карбіду вольфраму передбачає кілька сировини, кожна з яких відіграє вирішальну роль у кінцевому продукті [1].
1. Вольфрамова руда: Чорна руда є основним джерелом вольфраму [1].
2. Паратунгунтат амонію (APT): очищена хімічна сполука, отримана з вольфрамової руди, яка служить проміжним у виробництві вольфрамового металу та карбіду вольфраму [1].
3. Оксид вольфраму: вироблений шляхом кальцинації APT при високих температурах, що потім зменшується до порошку металу вольфраму в атмосфері водню [1].
4. Вуглецеві джерела: сажа або графіт використовуються для перетворення металевого порошку вольфраму в вольфрамовий карбід через високотемпературний процес карбюризації [1].
Виробничі процеси
Виробництво карбіду вольфраму включає кілька методів, кожен з яких розроблений для виготовлення матеріалів із специфічними властивостями та застосуваннями [4] [6].
1. Пряма карбюризація: метал вольфраму реагує з вуглецем при температурі між 1400 та 2000 градусами Цельсія [6].
W + C → WC
2. Процес русла рідини: Нижній температурний процес рідини реагує вольфрамовий метал або синій WO3 з сумішшю CO/CO2 та H2 між 900 і 1200 ° C [6].
3. Зниження оксиду вольфраму: WO3 нагрівається графітом при 900 градусах Цельсія безпосередньо або у водню при 670 градусах Цельсія з подальшим карбуризацією в аргоні при 1000 градусах Цельсія [6].
WO3 + 4C → WC + 3CO
4. Хімічне осадження пари (ССЗ): при 670 ° С, гексахлорид вольфраму реагує з воднем та метаном [6].
WCL6 + H2 + CH4 → WC + 6HCL
5. Карбюризація оксидів та солей вольфраму: оксиди вольфраму, вольфарктичну кислоту, паратунгунгстату амонію та шееліт також можуть бути карбюризовані безпосередньо [4].
WO3 + 4 C → WC + 3 CO
H2WO4 + 4 C → WC + 3 CO + H2O
(NH4) 10W12O41 X 5 H2O + 48 C → 12 WC + 10 NH3 + 10 H2O + 36 CO
Cawo4 + 4 c → wc + cao + 3 co
Застосування карбіду вольфраму
Унікальні властивості карбіду вольфраму роблять її важливими для багатьох галузей [2] [5] [8]. Її застосування охоплюють різні поля завдяки його твердості, стійкості до зносу та термічній стабільності [2] [3].
1. РОЗВИТОКИ: Відомий своєю надзвичайною твердістю та довговічністю, карбід вольфраму використовується для виготовлення стійких до зносу абразивів та ріжучих інструментів, таких як ножі, свердла, кругові пилки та інструменти фрезерування [2] [3] [8]. Ці інструменти мають вирішальне значення для таких секторів, як металообробка, деревообробка, видобуток, нафта та будівництво [2] [8].
2. Стійкі носій деталі: Карбід вольфраму використовується в компонентах, які потребують високої стійкості до зносу, таких як форсунки, підшипники та сидіння клапана [3] [5].
3. Ювелірні вироби: Карбід вольфраму знаходить додатки в ювелірній індустрії, виробляючи міцні та стійкі до стирання кільця [2] [6]. Кільця з карбіду вольфраму набагато довговічніші, ніж золоті та срібні кільця [6]. Кільця вольфраму оцінюються між 8 і 9 за шкалою твердості MOHS [6].
4. Військові застосування: Слави вольфраму, які часто поєднуються з нікелем, залізом або кобальтом, використовуються у проникливих кінетичних енергетичних проникливих та інших військових снарядах [2]. Ці сплави віддають перевагу над виснаженим ураном, оскільки вони уникають радіоактивних небезпек [2]. Тандстен також використовується в щільних вибухівки інертного металу, розроблених для мінімізації пошкодження застави, одночасно збільшуючи летальність у обмеженому радіусі [2].
5. Електроніка та електрична промисловість: Висока температура плавлення вольфраму та відмінна електропровідність роблять її придатною для різних високотемпературних застосувань [2]. Він зазвичай використовується в нитках лампочки розжарювання, старих телевізійних трубах (катодних променів), вакуумних трубах та насадках ракетного двигуна [2]. Тандстен також є важливим для зварювальних процесів TIG (вольфраму інертного газу) [2]. У секторі електроніки вольфрам використовується в інтегрованих схемах та виробництві напівпровідників, рентгенівських труб та інших електронних інструментів [2].
6. Підвищення сталевих властивостей: шляхом сплавлення вольфраму зі сталі отримані отримані матеріали збільшують міцність, твердість та стійкість до зносу [2]. Приклади включають високошвидкісну сталь, вольфрамову сталь та магнітну сталь з вольфраму [2]. Ці сплави використовуються для виготовлення таких інструментів, як свердла, фрезерні різаки та штампи для малювання дроту, де довговічність та точність є першорядними [2].
7. Хімічні застосування: З'єднання вольфраму використовуються в декількох хімічних застосуванні завдяки їх унікальним властивостям [2]. Сульфід вольфраму (IV) служить високотемпературною мастилою і використовується в каталізаторах гідродесульфуризації [2]. Оксиди вольфраму, як вольфрамовий триоксид (WO₃), використовуються в керамічних глазур'ю, флуоресцентному освітленні та як компоненти каталізаторів у вугільних електростанціях для зменшення оксидів азоту [2].
8. Медичне поле: вольфрам використовується для екранування радіації завдяки високій щільності та відмінними можливостями поглинання випромінювання [2]. Він використовується в рентгенівських цілях та гамма-візуалізаційних пристроях, забезпечуючи безпеку пацієнтів та оператора в процедурах медичної візуалізації [2]. Карбід вольфраму часто використовується для створення хірургічних інструментів, оскільки він підвищує їх продуктивність, а також є стійкою до корозії [8].
9. Аерокосмічний та автомобільний: в аерокосмічній місцевості вольфрам використовується як баластний матеріал для збалансування літаків та космічних кораблів [2]. Його висока щільність також робить його придатним для автомобільних застосувань, де він використовується в компонентах, розроблених для розкидання та врівноваження вібрації [2].
Цементовані карбіди
Цементований карбід - це матеріал, виготовлений за допомогою 'цементування ' зерна карбіду вольфраму в сполучній матриці металу кобальту шляхом спікання рідкої фази [4]. Часто називають 'цементним карбідом, ' - це складений матеріал, утворений через порошкову металургію [3]. Цей процес передбачає змішування порошку карбіду вольфраму з сполучним металом, таким як кобальт або нікель, а потім ущільнення та спікання суміші при високих температурах для досягнення міцного згуртованого матеріалу [3] [9]. Спікання зазвичай проводиться нижче температури плавлення, так що зазвичай немає рідкої фази [9]. Спікання часто вибирають як процес формування матеріалів з надзвичайно високими темами плавлення, такими як вольфрам, молібден або діоксид діоксиду урану [9].
Висновок
Карбід вольфраму - це чудовий матеріал з унікальним хімічним складом та винятковими властивостями, які роблять його незамінним у різних галузях. Його висока твердість, стійкість до зносу та теплова стійкість сприяють широкому спектру застосувань, від ріжучих інструментів та стійких до зносу деталей до ювелірних виробів та військових снарядів. Постійні дослідження та розробки в процесах виробництва карбіду вольфраму продовжують розширювати свій потенціал, забезпечуючи його значення в сучасних технологіях та інженерії.
Часті запитання (FAQ)
1. Яка хімічна формула карбіду вольфраму?
Хімічна формула карбіду вольфраму - це WC, що вказує на те, що він складається з рівних частин вольфраму та атомів вуглецю [1] [3] [7].
2. Яка основна сировина, яка використовується у виробництві вольфрамового карбіду?
Основна сировина включає вольфрамову руду, паратунгунтату амонію (APT), оксид вольфраму та джерела вуглецю, такі як сажа або графіт [1].
3. Наскільки важкий карбід вольфраму порівняно з іншими матеріалами?
Карбід вольфраму займає між 9 і 9,5 за шкалою твердості MOHS, що робить його одним із найскладніших наявних матеріалів, поступаючись лише алмазам [3].
4. Які поширені застосування карбіду вольфраму?
Поширені додатки включають ріжучі інструменти, стійкі до зносу деталі, прикраси, військові снаряди та компоненти в електроніці та медичних галузях [2] [5] [6] [8].
5. Який процес виготовлення цементованого карбіду?
Цементований карбід виготовляється шляхом 'цементування ' вольфрамового карбідного зерна в сполучному матриці кобальтового металу за допомогою спікання рідкої фази, що включає суміш порошку карбіду вольфраму з металевим сполучним металом, ущільненням та спіканням суміші при високих температурах [3] [4] [9].
Цитати:
[1] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-.html
[2] https://shop.machinemfg.com/erstanding-tungsten-properties-applications-and-stability/
[3] https://shop.machinemfg.com/tungsten-carbide-an-overview/
[4] https://hpvchemics.oecd.org/ui/handler.axd?id=ed1c76bf-dad9-4baa-8d1b-70fed7f92862
[5] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uses-properties.html
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://www.insaco.com/material/tungsten-carbide/
[8] https://www.tungco.com/insights/blog/5-tungsten-carbide-applications/
[9] https://material-properties.org/tungsten-carbide-properties-application-price/
