Menu nội dung
● Giới thiệu
● Hiểu độ cứng
>> Định nghĩa về độ cứng
>> Đo độ cứng
>>> MOHS quy mô
>>> Bài kiểm tra độ cứng của Vickers
● Vonfram cacbua: tính chất và đặc điểm
>> Thành phần và cấu trúc
>> Độ cứng của cacbua vonfram
>> Ứng dụng của cacbua vonfram
● Kim cương: Chất tự nhiên cứng nhất
>> Sự hình thành và cấu trúc
>> Độ cứng của kim cương
>> Ứng dụng của kim cương
● So sánh cacbua vonfram và kim cương
>> So sánh độ cứng
>> So sánh tài sản khác
>>> Độ dẻo dai
>>> Độ dẫn nhiệt
>>> Trị giá
● Các ứng dụng mà độ cứng quan trọng
>> Công cụ cắt công nghiệp
>> Thiết bị khoan
>> Lớp phủ chống mòn
>> Trang sức
● Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng
>> Độ tinh khiết và thành phần
>> Định hướng tinh thể
>> Quá trình sản xuất
● Quan niệm sai lầm về độ cứng
>> Độ cứng bằng không thể phá hủy
>> Độ cứng là tài sản quan trọng duy nhất
>> Tất cả các viên kim cương đều khó như nhau
● Sự phát triển trong tương lai
>> Vật liệu siêu cứng tổng hợp
>> Nanocomposites
● Phần kết luận
● Câu hỏi thường gặp
>> 1. Có thể vonfram cacbua một viên kim cương không?
>> 2. Tại sao cacbua vonfram được sử dụng thay vì kim cương trong một số ứng dụng?
>> 3. Có vật liệu nào khó hơn kim cương không?
>> 4. Chi phí của vonfram cacbua so với kim cương như thế nào?
>> 5. Có thể sử dụng cacbua vonfram trong trang sức như kim cương không?
● Trích dẫn:
Giới thiệu
Thế giới của khoa học vật liệu chứa đầy các chất hấp dẫn, mỗi chất tự hào với các đặc tính độc đáo làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng khác nhau. Trong số này, Vonfram cacbua và kim cương nổi bật như hai trong số những vật liệu cứng nhất được nhân loại biết đến. Cả hai đã thu hút sự chú ý đáng kể cho độ cứng và độ bền đặc biệt của họ, dẫn đến việc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng. Tuy nhiên, một câu hỏi phổ biến thường được đặt ra: Vonfram cacbua có khó hơn kim cương không? Bài viết này nhằm mục đích khám phá truy vấn này theo chiều sâu, so sánh các tính chất của hai vật liệu đáng chú ý này và làm sáng tỏ các điểm mạnh và ứng dụng tương ứng của chúng.
Hiểu độ cứng
Trước khi đi sâu vào việc so sánh giữa vonfram cacbua và kim cương, điều quan trọng là phải hiểu ý của chúng tôi là 'độ cứng ' trong khoa học vật liệu.
Định nghĩa về độ cứng
Độ cứng là thước đo khả năng chống biến dạng của vật liệu đối với biến dạng cục bộ, thường là do vết lõm hoặc gãi. Đó là một tài sản quan trọng để xác định mức độ vật liệu có thể chịu được hao mòn, cũng như sự phù hợp của nó cho các ứng dụng khác nhau.
Đo độ cứng
Một số thang đo được sử dụng để đo độ cứng, với thang đo MOHS và bài kiểm tra độ cứng của Vickers là một trong những phổ biến nhất.
MOHS quy mô
Thang đo MOHS, được phát triển vào năm 1812 bởi nhà khai thác Mineralogist Friedrich Mohs của Đức, đánh giá độ cứng của vật liệu trên thang điểm từ 1 đến 10.
Bài kiểm tra độ cứng của Vickers
Bài kiểm tra độ cứng của Vickers cung cấp một phép đo độ cứng chính xác hơn. Nó liên quan đến việc nhấn một vết lõm hình kim cương vào một vật liệu với một lực đã biết và đo kích thước của vết lõm kết quả.
Vonfram cacbua: tính chất và đặc điểm
Carbide vonfram là một hợp chất của các nguyên tử vonfram và carbon theo tỷ lệ 1: 1. Nó được biết đến với độ cứng đặc biệt và khả năng chống mài mòn, làm cho nó trở thành một lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau.
Thành phần và cấu trúc
Carbide vonfram thường bao gồm các hạt cacbua vonfram được giữ với nhau bởi một vật liệu chất kết dính, thường là coban. Thành phần này mang lại cho nó một sự kết hợp độc đáo giữa độ cứng và độ bền [1].
Độ cứng của cacbua vonfram
Trên thang điểm MOHS, tốc độ cacbua vonfram trong khoảng từ 8,5 đến 9,5, tùy thuộc vào thành phần chính xác của nó [2]. Điều này đặt nó trong số các vật liệu khó nhất được biết đến, chỉ đứng sau một vài chất bao gồm cả kim cương.
Ứng dụng của cacbua vonfram
Do độ cứng và khả năng chống mài mòn, cacbua vonfram tìm thấy sử dụng trong:
1. Các công cụ cắt để làm bằng kim loại
2. Thiết bị khai thác và khoan
3. Các thành phần chống hao mòn trong máy móc
4. Trang sức và làm đồng hồ
Kim cương: Chất tự nhiên cứng nhất
Kim cương, một phân bổ của carbon, nổi tiếng là chất tự nhiên khó nhất trên Trái đất.
Sự hình thành và cấu trúc
Kim cương hình thành sâu trong trái đất trong điều kiện áp suất và nhiệt độ cực độ. Cấu trúc tinh thể của chúng, với mỗi nguyên tử carbon liên kết với bốn loại khác trong sự sắp xếp tứ diện, góp phần vào độ cứng đặc biệt của chúng [7].
Độ cứng của kim cương
Diamond nằm ở đầu thang điểm MOHS với xếp hạng 10. Trên thang điểm Vickers, kim cương có thể có giá trị độ cứng lên tới 10.000 HV, mặc dù điều này có thể thay đổi tùy thuộc vào kim cương cụ thể [7] [18].
Ứng dụng của kim cương
Kim cương được sử dụng trong:
1. Các công cụ cắt và mài
2. Thí nghiệm áp suất cao
3. Trang sức
4. Một số ứng dụng điện tử nhất định
So sánh cacbua vonfram và kim cương
Bây giờ chúng tôi đã khám phá các thuộc tính của cả hai vật liệu, hãy trực tiếp so sánh cacbua vonfram và kim cương về độ cứng và các đặc điểm liên quan khác.
So sánh độ cứng
Trong khi cả hai vật liệu đặc biệt cứng, kim cương thực sự khó hơn so với cacbua vonfram. Trên thang điểm MOHS, kim cương đánh giá 10, trong khi cacbua vonfram thường tỷ lệ từ 8,5 đến 9,5 [2] [7].
So sánh tài sản khác
Độ dẻo dai
Trong khi kim cương khó hơn, cacbua vonfram thường khó khăn hơn. Độ bền đề cập đến khả năng hấp thụ năng lượng của vật liệu trước khi bị gãy. Cấu trúc tổng hợp của các hạt cacbua cứng của vonfram trong một chất kết dính kim loại cứng tạo cho nó độ bền vượt trội so với kim cương [1] [18].
Độ dẫn nhiệt
Kim cương có độ dẫn nhiệt cao hơn so với cacbua vonfram. Khách sạn này làm cho kim cương trở nên tuyệt vời để tản nhiệt trong các công cụ cắt [18].
Trị giá
Carbide vonfram thường ít tốn kém hơn kim cương, làm cho nó trở thành một lựa chọn hiệu quả hơn về chi phí cho nhiều ứng dụng trong đó cần có độ cứng cực độ nhưng độ cứng ở mức kim cương không cần thiết [21].
Các ứng dụng mà độ cứng quan trọng
Độ cứng cực độ của cả cacbua vonfram và kim cương làm cho chúng có giá trị trong các ứng dụng khác nhau trong đó khả năng chống mài mòn là rất quan trọng.
Công cụ cắt công nghiệp
Cả hai vật liệu đều được sử dụng trong các công cụ cắt, nhưng cho các mục đích khác nhau. Carbide vonfram thường được sử dụng để cắt kim loại, trong khi kim cương được ưa thích để cắt các vật liệu cực kỳ cứng như gốm sứ hoặc kim cương khác [24].
Thiết bị khoan
Trong ngành dầu khí, cả hai vật liệu đều được sử dụng trong các bit khoan. Kim cương thường được sử dụng dưới dạng các bit polycrystalline Diamond Compact (PDC) để khoan thông qua các thành tạo đá cứng [4].
Lớp phủ chống mòn
Cả hai vật liệu có thể được sử dụng làm lớp phủ để cải thiện khả năng chống mài mòn của các thành phần khác nhau. Lớp phủ carbon giống như kim cương (DLC) đặc biệt phổ biến trong một số ứng dụng [18].
Trang sức
Mặc dù kim cương được sử dụng theo truyền thống trong trang sức tốt, vonfram cacbua đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây đối với các ban nhạc đám cưới của nam giới do độ bền và khả năng chống trầy xước [16].
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ cứng
Điều quan trọng cần lưu ý là độ cứng của cả cacbua vonfram và kim cương có thể thay đổi tùy thuộc vào một số yếu tố:
Độ tinh khiết và thành phần
Đối với cacbua vonfram, tỷ lệ vonfram so với carbon và loại và lượng vật liệu chất kết dính được sử dụng có thể ảnh hưởng đến độ cứng của nó. Đối với kim cương, sự hiện diện của tạp chất hoặc khiếm khuyết trong cấu trúc tinh thể có thể ảnh hưởng đến độ cứng [1] [18].
Định hướng tinh thể
Trong kim cương, độ cứng có thể thay đổi một chút tùy thuộc vào hướng tinh thể. Một số hướng trong tinh thể khó hơn một chút so với những hướng khác [18].
Quá trình sản xuất
Đối với kim cương tổng hợp và cacbua vonfram, quá trình sản xuất có thể ảnh hưởng đến độ cứng cuối cùng. Các yếu tố như nhiệt độ và áp suất thiêu kết có thể ảnh hưởng đến tính chất của sản phẩm cuối cùng [6].
Quan niệm sai lầm về độ cứng
Có một số quan niệm sai lầm phổ biến về độ cứng vật chất đáng để giải quyết:
Độ cứng bằng không thể phá hủy
Trong khi cả cacbua vonfram và kim cương đều cực kỳ khó khăn, nhưng cũng không thể phá hủy. Cả hai có thể bị phá vỡ hoặc bị sứt mẻ với đủ lực [10] [18].
Độ cứng là tài sản quan trọng duy nhất
Mặc dù độ cứng là rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng, các tính chất khác như độ bền, độ dẫn nhiệt và chi phí thường quan trọng như nhau khi chọn một vật liệu cho sử dụng cụ thể [21] [24].
Tất cả các viên kim cương đều khó như nhau
Kim cương tự nhiên có thể khác nhau về độ cứng tùy thuộc vào điều kiện hình thành của chúng và sự hiện diện của tạp chất. Một số viên kim cương tổng hợp thậm chí đã được tạo ra khó hơn kim cương tự nhiên [13].
Sự phát triển trong tương lai
Nghiên cứu về Khoa học Vật liệu tiếp tục vượt qua ranh giới của những gì có thể về độ cứng vật liệu:
Vật liệu siêu cứng tổng hợp
Các nhà khoa học đang làm việc để phát triển các vật liệu tổng hợp mới có khả năng vượt qua kim cương trong độ cứng. Các vật liệu như Wurtzite Boron Nitride và Lonsdaleite (kim cương lục giác) cho thấy lời hứa trong khu vực này [17].
Nanocomposites
Các nhà nghiên cứu đang khám phá các vật liệu nanocompozit kết hợp độ cứng của các vật liệu như kim cương hoặc cacbua vonfram với độ bền của các vật liệu khác, có khả năng tạo ra các chất với sự cân bằng tối ưu của các tính chất [6].
Phần kết luận
Tóm lại, trong khi vonfram cacbua thực sự là một trong những vật liệu khó nhất mà con người biết đến, nó không khó hơn kim cương. Kim cương vẫn là chất tự nhiên khó nhất, với độ cứng MoHS là 10 so với 8,5-9,5 của vonfram Carbide. Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là Diamond luôn là lựa chọn tốt hơn cho tất cả các ứng dụng. Sự kết hợp của vonfram cacbua giữa độ cứng cực độ và độ bền vượt trội khiến nó trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp và tiêu dùng, nơi sự giòn của Diamond có thể là một bất lợi.
Sự lựa chọn giữa cacbua vonfram và kim cương thường đi theo các yêu cầu cụ thể của ứng dụng, bao gồm các yếu tố như loại hao mòn dự kiến, môi trường mà vật liệu sẽ được sử dụng và xem xét chi phí. Cả hai vật liệu tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ các công cụ cắt và thiết bị khoan đến trang sức cao cấp.
Khi khoa học vật liệu tiếp tục tiến lên, chúng ta có thể thấy sự phát triển của các vật liệu siêu cứng mới thách thức vị trí của Diamond ở đầu thang độ cứng. Tuy nhiên, hiện tại, Diamond vẫn giữ được vương miện của nó là chất tự nhiên khó nhất được biết đến, với cacbua vonfram theo sát phía sau như một vật liệu đa năng và có giá trị cao theo đúng nghĩa của nó.
Câu hỏi thường gặp
1. Có thể vonfram cacbua một viên kim cương không?
Không, vonfram cacbua không thể gãi một viên kim cương. Kim cương khó hơn so với cacbua vonfram trên thang đo Mohs (10 so với 8,5-9,5), có nghĩa là kim cương có thể gãi cacbua vonfram, nhưng không phải ngược lại [2] [7].
2. Tại sao cacbua vonfram được sử dụng thay vì kim cương trong một số ứng dụng?
Carbide vonfram thường được sử dụng thay vì kim cương do chi phí thấp hơn, độ bền cao hơn và khả năng sản xuất dễ dàng hơn. Nó đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng cần độ cứng cực độ, nhưng độ cứng ở mức kim cương không cần thiết [21] [24].
3. Có vật liệu nào khó hơn kim cương không?
Mặc dù kim cương là vật liệu tự nhiên khó nhất, một số vật liệu tổng hợp đã được tạo ra có thể khó hơn. Chúng bao gồm Wurtzite Boron Nitride và Lonsdaleite (kim cương lục giác), mặc dù các ứng dụng thực tế của chúng hiện bị hạn chế [17].
4. Chi phí của vonfram cacbua so với kim cương như thế nào?
Carbide vonfram thường rẻ hơn nhiều so với kim cương. Điều này làm cho nó trở thành một lựa chọn hiệu quả hơn về chi phí cho nhiều ứng dụng công nghiệp, nơi cần có độ cứng cực độ [21].
5. Có thể sử dụng cacbua vonfram trong trang sức như kim cương không?
Vâng, vonfram cacbua ngày càng được sử dụng trong đồ trang sức, đặc biệt là trong các ban nhạc đám cưới của nam giới. Nó có giá trị cho độ bền, khả năng chống trầy xước và ngoại hình hiện đại. Tuy nhiên, nó không có sự sáng chói hay lửa như Diamond, vì vậy nó thường không được sử dụng như một viên đá quý [16].
Trích dẫn:
[1] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/features.html
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
.
[4] https://create.vista.com/photos/tungsten-carbide/
[5] https://www.tungstenringsco.com/blog/2023/06/tungsten-vs-diamond
[6] https://www.tungstenman.com/tungsten-carbide-hardness.html
[7] https:
.
[9] http://www.carbidetechnology.com/faqs/
[10] https://www.rarecarat.com/blog/diamond-ring-tips/diamond-questions-we-ve-got-answers
[11] https://jewelrydepotusa.com/metal-comparison/
.
[13] https://en.wikipedia.org/wiki/superhard_m vật liệu
[Chúng tôi
[15] https://www.carbideprobes.com/wp-content/uploads/2019/07/TungstenCarbideDataSheet.pdf
[16] https://www.menstungstenonline.com/tungsten-diamond-two-hardest-materials-go-hand-in-hand.html
[17] https://www.reddit.com/r/gemstones/comments/
[18] https://en.wikipedia.org/wiki/diamond_industry
[19] https://www.alamy.com/stock-photo/tungsten-carbide.html
[20] https://www.minerals.net/mineral/diamond.aspx
[21] https://www.burdental.com/blog/comparison-of-dental-diamond-burs-and-tungsten-carbide-burs
[22] https://stock.adobe.com/search?k=tungsten+ carbide
[23] https://www.shutterstock.com/search/diamond-hardness
.
[25] https://chemistry.stackexchange.com/questions/102971/why-can-a-diamond-be-broken-using-a-hammer-if-its-the-hardest-natural-substance
[26] https://eagle-dental-burs.com/blogs/articles/diamond-vs-carbide
