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● 組成和特性
● 生產碳化鎢的原材料
● 碳化鎢的合成
● 晶粒尺寸控制
● 膠結碳化碳化鎢
● 碳化鎢的施用
● 碳化鎢的優勢
● 結論
● 常問問題
>> 1。什麼是碳化鎢？
>> 2。如何合成碳化鎢？
>> 3。生產碳化鎢的主要原材料是什麼？
>> 4。碳化鎢的主要特性是什麼？
>> 5。碳化鎢的常見應用是什麼？
● 引用：
碳化鎢（WC）是一種包括鎢和碳原子的化合物。它以基本形式的細灰色而存在，但可以通過燒結以在工業機械中使用並形成形狀。以其出色的硬度，耐磨性和熱特性而聞名， 碳化鎢 是工業耐用性至關重要的，可在各種應用中廣泛使用，包括切割工具，耐磨零件和塗料。
組成和特性
碳化鎢（WC）由排列在六邊形晶體結構中的鎢和碳原子組成。工業應用中使用的最常見形式含有大約94％的鎢和6％的碳。它的化學公式為WC，分子量為195.85。這些原子的特定排列產生了其獨特而理想的特性。
關鍵屬性：
- 硬度：碳化鎢的硬度與鑽石相當，經常以維克斯量表測量，值超過2000 hv。這種極端的硬度使其成為對耐磨性和穿透至關重要的應用的理想選擇。
- 密度：密度約為15.6 g/cm3，比其他碳化矽（約3.2 g/cm3），甚至比許多鋼（約7.8 g/cm3）等其他碳化物（如碳化矽（約3.2 g/cm3））的濃縮劑。這種高密度在苛刻的環境中有助於其穩定性和穩健性。
- 力量：它具有很高的強度，用於硬質量。它的抗壓強度幾乎高於所有融化，鑄造或鍛造的金屬和合金，從而可以承受重大壓力和變形。
- 剛度：碳化鎢的剛性是鋼的兩到三倍，四到六倍的剛性是鑄鐵和黃銅的剛性。這種剛度是需要尺寸穩定性和最小偏轉（例如精確加工）的應用中的關鍵因素。
- 熱性能：它保持其從室溫到極高的結構完整性和性能，是工程材料中最高的熔點之一（2780-2830℃）。這種高熔點和對熱變形的抗性使其在高溫應用中無價。
- 耐磨性：碳化鎢因其出色的耐磨性而聞名，使其適合苛刻的工業應用，例如切割工具，在這種情況下，材料不斷受到摩擦和磨損的影響。
- 化學惰性：它不溶於水，鹽酸和硫酸，但可溶於硝酸和氫氟酸的混合物。這種化學惰性使其適合在其他材料會降解的腐蝕性環境中使用。
生產碳化鎢的原材料
碳化鎢的生產涉及幾種關鍵原材料，每種原材料都促成了最終產品的特性：
-Tungsten礦石：黑礦石，例如Wolframite（（Fe，Mn）WO4）和Scheelite（Cawo4），是鎢的主要來源。這些礦石被開採並加工以提取含鎢的化合物。
- Paratungstate銨（APT）：源自鎢礦的純化化學化合物是鎢金屬和碳化鎢的生產中的中間體。 APT是通過一系列涉及浸出，溶劑提取和結晶的化學過程產生的。
- 氧化鎢：通過在高溫下鈣化的APT產生，然後將其簡化為氫氣大氣中的鎢金屬粉。鈣化過程去除氨和水，留下氧化鎢。
- 碳源：煙灰或石墨用於通過高溫化的化油過程將鎢金屬粉轉換為碳化鎢。這些碳源必須具有很高的純度，以避免將雜質引入最終產品。
碳化鎢的合成
可以通過幾種方法合成碳化鎢，每種方法都有其優點和局限性。這些方法對於控制最終產品的質量和特性至關重要。
1.鎢和碳的直接反應：鎢金屬（或粉末）和碳在高溫下反應，通常在1400°C和2000°C之間
2.流體床工藝：低溫流體床工藝與CO/CO2氣體混合物和900°C和1200°C之間的鎢金屬（或粉末）或藍色WO3反應
3.用石墨氧化鎢的反射：三氧化鎢（WO3）直接在900°C或在670°C下用石墨加熱，然後在1000°C的氬氣中加熱
4.化學蒸氣沉積（CVD）：在670°C（943 K）下，氫（作為還原劑）和甲烷（作為碳的來源）與氫（作為碳的來源）反應。
晶粒尺寸控制
碳化物晶粒的尺寸顯著決定了最終產物的機械性能。較細的穀物尺寸通常會導致更高的硬度和強度，而更粗糙的穀物尺寸可能會帶來改善的韌性。晶粒尺寸取決於氧化鎢顆粒的大小以及氧化物/碳混合物加工的持續時間和溫度。諸如控製成核速率和採用燒結添加劑等技術也可以用於影響穀物的生長。
膠結碳化碳化鎢
為了提高其韌性和可用性，碳化鎢通常以“膠結”形式使用。這涉及將碳化鎢與金屬粘合劑（通常為鈷）結合。金屬粘合劑提供延展性和韌性，以補償碳化鎢的固有性。
過程：
1。混合：碳化碳液與粉末狀金屬粘合劑混合（通常是鈷，但替代品包括鎳，鐵和石蠟）。混合過程對於確保粘合劑整個碳化鎢基質的均勻分佈至關重要。
2。按下：將混合物壓入所需的形狀。可以使用各種技術（包括單軸按壓，等靜力按壓和擠壓）進行按壓，具體取決於所需的形狀和密度。
3。燒結：然後通過將其加熱到1400°C（2550°F）和1600°C（2910°F）之間的溫度來燒結。在燒結期間，粘合劑融化，濕潤和部分溶解了碳化碳顆粒，將它們結合在一起。燒結過程是在受控大氣中進行的，以防止氧化並保持所需的微觀結構。
4。結果：所得的複合材料，稱為碳化物，將碳化鎢的硬度與金屬粘合劑的韌性結合在一起。可以通過調整組成，晶粒尺寸和燒結參數來量身定制碳化物的特性。
碳化鎢的施用
碳化鎢的特殊特性使其適合各個行業的廣泛應用。在苛刻的環境中，其硬度，耐磨性和熱穩定性特別有價值。
- 切割工具：用於高速切割轉彎工具，銑刀，鑽頭和插入物。碳化鎢的高硬度和耐磨性使這些工具可以長時間保持鋒利的切割邊緣，從而提高了加工效率和精度。
- 耐磨零件：用於需要高磨損性的組件，例如密封，噴嘴，軸承和模具。這些部位受到持續的摩擦和磨損的影響，碳化碳化碳化碳的耐磨性可確保長期使用壽命。
- 窯爐結構材料：由於其熱穩定性和抗變形性，在高溫環境中使用。碳化鎢組件可以承受工業爐中發現的極端溫度和腐蝕性氣氛。
- 噴氣發動機組件：由於其熱穩定性和高溫強度，用於航空航天應用。鎢碳化物成分可以承受噴氣發動機遇到的極端溫度和應力，從而有助於提高性能和耐用性。
- Cermet材料：用於結合陶瓷和金屬特性的複合材料。 Cermets提供了高硬度，耐磨性和韌性的獨特組合，使其適合各種苛刻的應用。
- 電阻加熱元件：由於其電導率和熱電阻而應用於加熱元件。碳化碳化碳化物的加熱元素可以有效，可靠地產生高溫，使其適合工業供暖應用。
- 冶煉坩堝：用於銅，鈷和需要的金屬。碳化碳化物坩堝可以承受金屬冶煉中涉及的高溫和腐蝕性環境，從而確保熔融金屬的最小污染。
- 耐磨損的半導體膜：應用於半導體製造中，以保護敏感組件免受磨損和腐蝕。可以使用CVD技術沉積碳化鎢膜，從而提供薄而均勻的塗層，具有出色的耐磨性。
- 航空航天材料：作為NBC-C和TAC-C三元系統碳化物的改良添加劑。碳化鎢可以增強這些複合材料的高溫強度和氧化耐藥性，使其適合極端的航空航天應用。
碳化鎢的優勢
碳化通碳化合物提供了幾種優勢，使其成為許多行業首選的材料。這些優勢源於其獨特的屬性組合，使其適合其他材料失敗的苛刻應用。
- 高硬度：提供極好的耐磨性和磨損性，從而延長了組件的使用壽命並降低維護成本。
- 高強度：在高壓力條件下提供卓越的性能，確保結構完整性並防止失敗。
- 剛性高：確保苛刻應用中的最小變形和撓度，保持尺寸的準確性和精度。
- 熱穩定性：在高溫下保持結構完整性，可在極端環境中使用而不會降解。
- 耐化學性：對許多腐蝕性物質的耐藥性，確保耐用性並防止與腐蝕相關的失敗。
- 出色的可加工性：雖然可以使用諸如電氣排放加工（EDM）和研磨的專業技術來加工碳化鎢碳化碳，但可以創建複雜的形狀和精確的尺寸。
結論
碳化通碳酸鹽是現代工業中一種多功能且重要的材料，這是由於其出色的硬度，耐磨性和熱穩定性。它是通過各種方法合成的，包括直接反應，流體床過程和化學蒸氣沉積，每種都在控制和可伸縮性方面具有獨特的優勢。膠結碳化鎢，將碳化鎢與金屬粘合劑相結合，增強了其韌性和適用性，使其適合多種苛刻的應用。它在切割工具，耐磨零件和航空航天組件中的廣泛使用強調了其在苛刻的工業環境中的重要性。正在進行的碳化通碳化物材料的研究與開發繼續擴大其應用並提高其性能，從而確保其未來的持續相關性。
常問問題
1。什麼是碳化鎢？
碳化鎢（WC）是由鎢和碳原子組成的化合物。它以其出色的硬度，耐磨性和熱穩定性而聞名，使其適合各種工業應用。它通常以碳化物的形式使用，其中碳化碳化碳顆粒被金屬粘合劑（通常是鈷）結合在一起。
2。如何合成碳化鎢？
可以通過幾種方法合成碳化鎢，包括在高溫下鎢和碳的直接反應，使用氧化鎢的流體床過程以及涉及鎢鹵化物的化學蒸氣沉積技術。每種方法在控制晶粒尺寸，純度和可擴展性方面都具有不同的優勢。
3。生產碳化鎢的主要原材料是什麼？
主要的原材料包括鎢礦，例如Wolframite和Scheelite，它們被加工以提取含鎢的化合物。然後將這些化合物轉化為Paratungstate銨（APT），氧化鎢，最後是鎢金屬粉。碳源（例如煙灰或石墨）用於與鎢金屬粉末反應形成碳化鎢。
4。碳化鎢的主要特性是什麼？
關鍵特性包括高硬度，通常與鑽石相當；高密度，使其比大多數金屬變得更密集；高強度，使其承受重大壓力；高剛度，確保最小變形；熱穩定性，在高溫下保持其性能；並穿著阻力，使其適合磨料環境。
5。碳化鎢的常見應用是什麼？
Tungsten carbide is commonly used in cutting tools for machining metals and other materials, wear-resistant parts such as seals and bearings, kiln furnace structural materials for high-temperature environments, jet engine components for aerospace applications, cermet materials combining ceramic and metallic properties, resistance heating elements for industrial heating, smelting crucibles for melting metals, wear-resistant semiconductor films用於電子設備和航空航天材料，用於高性能應用。
引用：
[1] https://todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works-making-tungsten-carbide-cutting-tools/
[2] https://www.linde-amt.com/resource-library/articles/tungsten-carbide
[3] https://scienceinfo.com/tungsten-carbide-properties-applications/
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/tungsten_carbide
[5] https://www.refractorymetal.org/tungsten-carbide-uss-properties.html
[6] https://www.vedantu.com/chemistry/tungsten-carbide
[7] https://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/24896/03Chapter3.pdf?sequence=4
[8] https://carbideprocessors.com/pages/carbide-parts/tungsten-carbide-properties.html
[9] https://heegermaterials.com/blog/90_how-is-tungsten-carbide-made-made-.html
