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● 什麼是碳化鎢？
>> 化學特性
>> 物理特性
>> 硬度和組成
● 可破解性因子
>> 缺乏鍛造性
>> 高壓縮力
>> 比較碳化鎢與其他材料
● 影響碳化通碳化鎢敏感性破碎的因素
>> 成分和晶粒尺寸
>> 粘合劑的存在
>> 製造過程
>> 環境條件
>> 特定於應用的應力
● 碳化鎢的優勢
>> 戴阻力
>> 高溫性能
>> 邊緣保留
● 碳化鎢的施用
>> 切割工具
>> 穿零件
>> 珠寶
● 緩解策略以防止破碎
>> 材料選擇
>> 設計優化
>> 製造過程控制
>> 保護塗料
>> 定期檢查和維護
● 結論
● 常問問題
>> 1。是什麼使碳化碳鎢如此堅硬？
>> 2。碳化鎢總是很脆嗎？
>> 3。溫度如何影響碳化鎢？
>> 4。如果碳化鎢破裂，可以修復嗎？
>> 5。碳化鎢的替代品是什麼？
● 引用：
碳化通碳酸鹽是一種因其出色的硬度，耐磨性和熱特性而聞名的化合物，這對於各種工業應用至關重要[4]。它是通過將鎢原子和碳原子相等的[2] [5] [6]組合而成的。儘管它的硬度是一個重要的優勢，但問題是否 碳化氫碳酸鹽破碎很容易至關重要[3] [7]。 對於工程師，製造商和消費者而言，
什麼是碳化鎢？
碳化鎢（WC）是一種無機化合物，由鎢和碳原子相等的部分組成[5]。通常被稱為單核鎢，它是鎢的最關鍵和最廣泛使用的碳化物[5]。碳化鎢通常是作為超細陶瓷粉製造的，然後將其結合或與金屬粘合劑（鈷，鈷鉻或鎳）融合，以提供耐耐性和彈性的硬陶瓷[4]。
化學特性
鎢和碳有兩種良好的化合物：碳化鎢（WC）和鎢半棕櫚（W2C）[2]。兩種化合物都可能存在於塗料中，其比例因塗料方法而變化[2]。在高溫下，WC分解為鎢和碳，這是一種在高溫熱噴霧過程中發生的現象，例如高速氧燃料（HVOF）和高能等離子體（HEP）方法[2]。 WC的氧化始於500–600°C（773–873 K）[2]。它證明了對酸的抗性，僅受到室溫高於室溫的氫氟/硝酸（HF/HNO3）混合物的攻擊[2]。它在室溫下與400°C以上（673 K）的氯氣反應，並且無反應地干燥H2至其熔點[2]。細粉末的WC在過氧化氫水溶液中易於氧化[2]。
物理特性
在1個標準氣氛（101.325 kilopascals）的壓力下，碳化鎢的高熔點為2,870°C（3,140 K），沸點為6,000°C（6,270 K）[2]。它的導熱率為110 W/m·K，熱膨脹係數為5.5μm/m·K [2]。
碳化通碳化物以其極端硬度而聞名，在MOHS量表上排名9.0至9.5，維克斯數量約為2600 [2]。它的年輕模量約為530-700 GPA，散裝模量為379–381 GPA，剪切模量為274 GPA [2]。它具有344 MPa的最終拉伸強度，最終的壓縮強度約為2.7 GPa，泊鬆比為0.31 [2]。通過碳化鎢細棒的聲音速度為6220 m/s [2]。
硬度和組成
碳化鎢（WC）由六邊形晶體結構排列的鎢和碳原子組成[4]。工業應用中使用的最常見形式含有大約94％的鎢和6％的碳[4]。可以通過添加結合材料（通常是鈷或鎳）來修改該組成，以增強某些特性[4]。所得的Cermet（陶瓷金屬複合材料）結合了陶瓷碳化碳化碳化碳化碳的高度與金屬粘合劑的韌性[4]。
可破解性因子
碳化鎢環的破裂性源於材料的內在物理特性[1]。雖然碳化鎢因其極端的硬度和對刮擦的抗性而聞名，但這種剛性使其更容易在特定條件下破裂[1] [3]。與在壓力下可能彎曲和變形的柔軟金屬不同，碳化鎢的結構無法通過彎曲[1] [3]吸收撞擊。相反，當受到急劇打擊或極端壓力時，它可能會破裂或粉碎[1]。
缺乏鍛造性
碳化鎢環不可延展，這意味著它們不能輕易彎曲或重塑而沒有損壞[3]。貴金屬非常具有延展性，但即使是高質量的鎢環也不是[3]。缺乏鍛造性意味著它們更容易破碎[3]。彎曲能夠保護某些金屬免受破碎的能力，因此，由於碳化鎢環無法做到這一點，因此更有可能破碎[3]。
高壓縮力
抗壓強度是指承受壓碎的能力[3]。脆性金屬通常抵抗壓縮[3]。因為碳化鎢環抗壓縮，它們是脆性的[3]。
比較碳化鎢與其他材料
| 特性 |
鎢碳化物 |
鋼 |
| 楊的模量 |
550 GPA |
〜200 GPA |
| 硬度（MOHS） |
〜9 |
〜6-6.5 |
| 密度（g/cm³） |
〜15.6 |
〜7.8 |
| 熔點（°C） |
2,870 |
〜1,375 |
影響碳化通碳化鎢敏感性破碎的因素
有幾個因素決定了碳化鎢的容易崩潰的多種因素：
成分和晶粒尺寸
碳化鎢的成分，特別是碳的百分比和鈷或鎳等結合材料的存在，起著至關重要的作用[4] [5]。碳化物相較細的穀物尺寸和均勻分佈可以增強韌性，而較高的粘合劑含量可以改善延展性，但可以降低硬度[4] [5]。
粘合劑的存在
雖然純碳化碳化碳化碳具有極好的硬度，但它易於破碎，尤其是在撞擊下[5]。為了提高其韌性和耐用性，在將碳化碳粉末與金屬粘合劑混合在一起，然後將其燒結成固體零件[5]。
1.Cobalt（CO）
鈷是碳化鎢的最廣泛使用的粘合劑[5]。鈷鍵的碳化氫碳酸鹽通常被稱為碳化物，是切割工具和磨損零件的行業標準[5]。鈷含量的重量通常從3％到30％不等，鈷比例較高，以增加韌性，但以某種硬度和耐磨性為代價[5]。鈷具有出色的潤濕和粘附特性，具有碳化鎢，可以產生高度緻密，無效的燒結零件[5]。
2.Nickel（NI）
鎳可以用作碳化鎢複合材料中鈷的替代粘合劑[5]。與鈷相比，鎳粘合劑會產生更好的耐腐蝕性和改善的化學穩定性，尤其是針對酸性環境[5]。然而，鎳鍵的碳化物具有較低的硬度和耐磨性等級[5]。有時將鎳與鈷一起使用，以微調碳化鎢複合材料的特性[5]。
3.其他粘合劑
其他金屬（例如鉻和鐵）不太常用用作唯一粘合劑，但可以與鈷或鎳結合以賦予特定特性[5]：
- 鉻增強了碳化鎢複合材料的腐蝕和氧化耐藥性。它通常與鎳粘合劑結合使用[5]。
- 鐵可以作為鈷粘合劑的經濟替代方案或補充。與鈷鍵合坡度相比，硬質碳化物的硬度較低，但韌性較高[5]。
製造過程
用於製造碳化鎢腐蝕的方法顯著影響其對破碎的抵抗力[4]。諸如燒結，熱壓和熱噴塗等過程會引入損害材料完整性的缺陷或殘留應力[7]。適當控制製造過程中溫度，壓力和氣氛對於最大程度地減少這些問題至關重要[7]。
環境條件
極端溫度，腐蝕性物質和高影響力環境都可以導致碳化鎢成分的失敗[2] [7]。高溫可以降低材料的硬度和強度，而腐蝕性物質會降解粘合劑階段，從而導致破裂和最終破碎[2]。
特定於應用的應力
在其預期應用中施加到碳化鎢的應力的類型和大小是關鍵因素[7]。壓縮應力通常是良好的，但是拉伸應力和剪切應力可以引發裂縫，尤其是在具有尖銳角或其他應力集中器的組件中[3]。
碳化鎢的優勢
儘管在某些條件下它易於破碎，但碳化鎢提供了許多優勢[4]：
戴阻力
碳化鎢的高耐磨性和腐蝕性是其出色的特徵之一[4] [7]。它可以長時間暴露於磨料環境而不會顯著降解，這是設備受到持續摩擦並與腐蝕性物質接觸的行業的理想選擇[7]。儘管最初更昂貴，但由於碳化碳牙，由於其耐用性和減少的維護需求，可以隨著時間的流逝節省了錢[7]。工具和組件的延長壽命轉化為節省成本和提高運營效率[7]。
高溫性能
即使在非常高的溫度下，碳化鎢也可以表現良好，從而保持其硬度和強度[7]。它的熔點超過2,870°C（5,200°F），使其可以在高溫下保留其結構完整性[2] [6] [7]。這對於諸如切割和鑽孔之類的應用至關重要，工具通常由於摩擦而遇到高熱量[7]。碳化通碳的熱穩定性可確保穩定的性能並降低苛刻任務期間工具故障的風險[7]。
邊緣保留
碳化通碳酸鹽工具保持更長的時間，導致更清潔的切口和更有效的操作[7]。當用作塗料材料時，碳化鎢具有高粘結強度和低殘餘應力，尤其是使用高速氧氣燃料（HVOF）熱噴霧過程應用[7]。該過程導致孔隙率最小的密集粘性塗層，從而增強了塗層組件的整體耐磨性和耐用性[7]。這些特性使得碳化碳化水塗料非常適合需要穩健和可靠的表面保護的應用[7]。
碳化鎢的施用
由於其獨特的特性，在各個行業都使用了碳化鎢[4]：
切割工具
碳化鎢被廣泛用於切割工具，用於加工，鑽孔和銑削[5] [7]。它的硬度和耐磨性確保這些工具即使在高速和溫度下也保持鋒利的邊緣[7]。
穿零件
用碳化鎢製成的組件用於對耐磨性和侵蝕性至關重要的應用[4]。例子包括石油和天然氣，採礦和化學工業中使用的噴嘴，軸承和泵組件[4]。
珠寶
碳化通碳酸鹽由於其耐刮擦性和耐用性而成為戒指和其他珠寶物品的流行材料[1] [3]。雖然它可能會在重大影響下粉碎，但其硬度可確保其在正常磨損下保持無划痕[1]。
緩解策略以防止破碎
為了防止碳化鎢組件破碎，可以採用幾種策略：
材料選擇
為特定應用選擇適當的碳化鎢等級至關重要[4] [5]。要考慮的因素包括粘合劑含量，晶粒尺寸以及其他合金元素的存在[4]。
設計優化
設計具有圓角和平滑過渡的組件可以減少應力濃度，從而最大程度地減少裂紋開始的風險[3]。避免邊緣和幾何形狀突然變化是必不可少的[3]。
製造過程控制
在製造過程中實施嚴格的控制可以最大程度地減少缺陷和殘留應力[4]。這包括仔細監測燒結和其他製造步驟期間溫度，壓力和氣氛[7]。
保護塗料
施加防護塗層，例如鑽石樣碳（DLC）或陶瓷塗料，可以增強碳化鎢碳化味劑的表面硬度和耐磨性，從而提供額外的保護層，以防止破碎[4] [7]。
定期檢查和維護
定期檢查碳化鎢組件是否有磨損，裂縫或其他損壞的跡象，可以幫助識別潛在的問題，然後再導致災難性衰竭。實施主動維護程序可以延長這些組件的壽命並防止意外停機時間[7]。
結論
總之，雖然碳化鎢極為硬且耐磨損，但它也容易在特定條件下破碎[1] [3]。它缺乏鍛造性和高抗壓強度意味著急劇打擊或極端壓力會導致其破裂或粉碎[1] [3]。諸如組成，製造過程，環境條件和特定於應用的因素都在確定其破裂性方面發揮了作用[4] [7]。
儘管有這一限制，但碳化鎢的優勢，包括其耐磨性，高溫性能和邊緣保留率，使其在許多行業中必不可少[7]。通過了解有助於破碎和實施適當緩解策略的因素，工程師和製造商可以最大程度地提高碳化碳化碳化碳化鎢的壽命和可靠性[4]。定期檢查，仔細的材料選擇，設計優化和受控的製造過程對於防止失敗和確保最佳性能至關重要[7]。
常問問題
1。是什麼使碳化碳鎢如此堅硬？
鎢碳化物的硬度來自其六邊形晶體結構中鎢與碳原子之間的強共價鍵[4] [5]。該結構具有特殊的變形和磨損的阻力[4]。
2。碳化鎢總是很脆嗎？
雖然碳化鎢固有地是脆弱的，但通過添加金屬粘合劑（如鈷或鎳）可以改善其韌性[5]。粘合劑含量和晶粒尺寸會影響材料的整體脆性[5]。
3。溫度如何影響碳化鎢？
碳化鎢在高溫下保持其硬度和強度，熔點為2,870°C（5,200°F）[2] [6] [7]。但是，極端溫度可以降低其整體強度並增加其對氧化的敏感性[2]。
4。如果碳化鎢破裂，可以修復嗎？
由於其硬度和脆性，修復破裂的碳化鎢碳化物是具有挑戰性的[3]。在某些情況下，可以使用諸如懸掛或粘合鍵的專業技術，但是修復的組件可能沒有與原始的強度和耐用性[3]相同的強度和耐用性。
5。碳化鎢的替代品是什麼？
碳化鎢的替代品包括高速鋼，陶瓷和鑽石塗料[5]。材料的選擇取決於特定的應用要求，包括硬度，耐磨性和成本[5]。
引用：
[1] https://redwoodrings.com/blogs/redwood-rings-blog/tungsten-ring-break
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[3] https://www.iconicjewelry.com/tungsten-rings-does-tungsten-shatter/
[4] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[5] https://cowseal.com/tungsten-vs-tungsten-carbide/
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://shop.machinemfg.com/the-pros-and-cons-of-tungsten-carbide-a-comphermens-guide/
[8] http://www.tungsten-carbide.com.cn
