碳化钨是用什么制成的？

内容菜单

● 碳化钨简介

● 碳化钨的化学成分

>> 元素分解

● 制造过程

>> 1。提取和准备钨

>> 2。化石

>> 3。粉末加工

>> 4。压实和烧结

>> 5。完成

● 结构特性和形式

● 关键的物理和化学特性

● 工业应用

>> 1。切割和加工工具

>> 2。采矿和建筑

>> 3。航空航天和防御

>> 4。石油和天然气

>> 5。医疗技术

>> 6。珠宝

● 环境和回收考虑

● 钨碳化物技术的未来趋势

● 结论

● 常见问题：关于碳化钨的常见问题

>> 1。什么是用碳化物制成的？

>> 2。碳化钨与钢有何不同？

>> 3。碳化钨的主要用途是什么？

>> 4。可以回收碳化碳化碳吗？

>> 5。碳化钨可以安全处理和使用吗？

碳化通碳酸盐是现代工程中最杰出的材料之一，以其出色的硬度，耐用性和多功能性而闻名。但是到底是什么 碳化碳酸盐 制成？在这篇全面的文章中，我们将探讨碳化钨的化学成分，制造过程，结构特性以及多种应用。在此过程中，我们将包括视觉表示，以帮助说明这些概念，提供详细的常见问题解答部分，并以关键点的摘要得出结论。

碳化钨简介

碳化通碳酸盐是一种大院，彻底改变了从制造和采矿到珠宝和航空航天的行业。它的硬度，强度和耐磨性的独特组合使其在普通金属失败的应用中必不可少。第一批合成在19世纪后期，碳化通碳化碳在第二次世界大战期间作为装甲弹药的战略材料获得了突出性。如今，它已成为现代工程的基石，在精确加工，可再生能源甚至医疗技术方面取得了进步。

碳化钨的化学成分

碳化钨是一种由两个元素制成的化合物：钨（W）和碳（C）。最常见的形式具有1：1的原子比，导致化学公式WC。这意味着每个分子的碳化钨分子都包含一个钨原子和一个碳原子，紧密粘合在一起形成致密的硬质材料。

元素分解

-Tungsten（W）：一种以高熔点（3,422°C）和强度而闻名的沉重，坚硬且致密的金属。钨是从Wolframite和Scheelite等矿物中提取的。

- 碳（C）：一种非金属元素，当与钨与钨键时，会赋予明显的硬度和耐磨性。

在工业应用中，很少以纯形式使用碳化钨。取而代之的是，它通常与金属粘结剂最常见的钴（CO）结合在一起，但有时是镍（Ni）或铁（Fe） - 创建一种称为胶结碳化物的复合材料。活页夹将碳化钨颗粒固定在一起，增强韧性，使材料更容易形成和在工具或组件中。

水泥碳化物中的典型成分：

百分比	重量按重量
碳化钨	80-97％
钴（粘合剂）	3–20％
镍/铁	痕迹（可选）

制造过程

碳化钨的生产是一个复杂的过程，将高级化学与精确工程结合在一起。这是如何制作碳化钨的分步概述：

1。提取和准备钨

-Tungsten矿石：该过程始于从地球上提取钨矿，例如Scheelite（Cawo₄）或Wolframite（（Fe，Mn）Wo₄）。

-Paratungstate铵（APT）：矿石被压碎，用化学物质处理，并将其精制成纯化的中间体Paratungstate铵。

- 氧化钨：APT在高温（500-1,000°C）下有般性钙化，以产生氧化钨（WO₃）。

- 钨金属粉：在700–1,200°C的氢气大气中降低了氧化钨，以获得纯钨金属粉。

2。化石

- 与碳混合：钨粉与碳源（例如石墨或烟灰）以精确的比例充分混合。

- 高温反应：该混合物在1,400°C和2,000°C之间的温度下在炉中加热。钨与碳反应形成碳化钨（WC）粉末。

3。粉末加工

- 铣削：将所得的碳化钨粉磨成铣削以达到所需的粒径（通常为0.5-10微米）和均匀性。

- 与粘合剂混合：将粉末与金属粘合剂（通常是钴）混合，以增强韧性并促进烧结。

4。压实和烧结

- 按下：使用液压或机械模具将混合粉末压入所需的形状。

- 烧结：在1,400°C – 1,600°C的烧结炉中加热压力的形状。粘合剂融化并在碳化碳化碳酸谷周围流动，将它们固定成致密的固体质量。

5。完成

- 加工和研磨：烧结的零件是加工和地面以精确的尺寸和表面饰面的，由于材料的极端硬度，通常使用钻石工具。

- 涂料（可选）：某些组件会收到其他涂料，例如硝酸钛（TIN），以进一步增强耐磨性。

结构特性和形式

碳化通碳酸盐以两种主要的晶体形式存在：

- 六角形（α-WC）：室温下最常见和最稳定的形式，其辅助原子层含有碳原子，占据了一半的间隙位点。

- 立方（β-WC）：具有岩石结构的高温形式，在工业应用中遇到的较少遇到。

钨与碳原子之间的强共价键具有与钻石相当的材料特殊硬度，以及高度的刚度和密度。

关键的物理和化学特性

碳化通碳的独特特性源于其组成和结构：

- 硬度：在MOHS量表上排名9-9.5，刚低于钻石。

- 密度：大约15.6 g/cm³比钢（7.8 g/cm³）浓密得多。

- 熔点：约2,870°C，可以承受极端温度。

- 杨的模量：530–700 GPA，表明刚度高（钢的三倍）。

- 热膨胀：热膨胀的低系数（5.5 µm/m·K），在热量下减少变形。

- 耐磨性：即使在高压力条件下，耐磨性和变形的特殊性也是如此。

- 耐腐蚀性：在大多数环境中稳定，尽管容易受到氢氟酸等强酸的攻击。

- 导热率：散发热量（110 W/m·K）时有效，非常适合高速加工。

工业应用

碳化钨的非凡特性使其在广泛的行业中无价：

1。切割和加工工具

- 钻头，铣削插件和车床工具：碳化碳化物的硬度可以精确，高速加工金属，塑料和复合材料。

- 圆锯刀片：用于木工和金属加工，以进行清洁，耐用的切割。

2。采矿和建筑

- 钻头和开挖工具：在采矿和隧道中穿过硬岩的钻孔至关重要。

- 佩戴零件：用于粉碎机，传送带系统和液压组件中用于抵抗磨损。

3。航空航天和防御

- 装甲弹药弹药：碳化碳纤维芯有效地穿透了装甲目标。

- 涡轮组件：应承受喷气发动机的高温和应力。

4。石油和天然气

- 阀座和喷嘴：在高压钻孔环境中抵抗侵蚀。

5。医疗技术

- 手术工具：手术刀和牙科训练受益于碳化物的清晰度和无菌性。

- 假肢：由于生物相容性和耐磨性而用于关节置换。

6。珠宝

- 戒指和手表：抛光到永久性光泽，可抵抗划痕和破坏。

环境和回收考虑

碳化钨可回收，最多可回收的废料含量高达95％。回收过程涉及：

1。收集：收集废料和制造废物。

2。化学处理：粘合金属被溶解，将碳化碳碳粉分离出来。

3.重用：将纯化的粉末重新引入制造周期。

这种循环方法减少了对采矿的依赖，并降低了碳化物生产的碳足迹。

钨碳化物技术的未来趋势

1。纳米结构碳化物：正在研究WC的纳米颗粒，以涂上涂料和复合材料，提供了增强的强度和柔韧性。

2。粘合剂创新：生态友好型粘合剂（例如铁核合金）的开发，以取代某些应用中的钴。

3。添加剂制造：使用活页夹或激光烧结技术对复杂的碳化碳化碳组件的3D打印。

结论

碳化钨是一种引人入胜的材料，以精确的比例由钨和碳原子的融合进行了设计。极端硬度，密度和对磨损和热量阻力的独特结合使其成为现代工业的基石。从切割工具和采矿设备到珠宝和航空航天组件，碳化钨的多功能性和性能是无与伦比的。随着技术的进步，纳米结构化碳化物，可持续粘合剂和增材制造的诺言的创新有望进一步扩展其应用。理解其成分和生产不仅强调了材料科学的创造力，还强调了碳化通碳化碳化物在促进技术和工业中的关键作用。

常见问题：关于碳化钨的常见问题

1。什么是用碳化物制成的？

碳化钨是由钨和碳原子的化学组合制成的，其比例为1：1。在大多数工业应用中，添加了金属粘合剂，例如钴或镍，以改善韧性和促进制造。

2。碳化钨与钢有何不同？

碳化钨比钢更难和更密集。它保持其清晰度和抵抗力的磨损要好得多，非常适合切割工具和高压力应用，钢铁会迅速退化。

3。碳化钨的主要用途是什么？

碳化钨被广泛用于切割和钻孔工具，采矿设备，耐磨零件，航空航天组件，医疗器械和珠宝。

4。可以回收碳化碳化碳吗？

是的，碳化钨是高度可回收的。处理废料以恢复钨和粘合金属，从而减少环境影响。

5。碳化钨可以安全处理和使用吗？

碳化钨通常在成品中是安全的。但是，在制造过程中吸入优质粉末需要采取保护措施。