Ang Siglo ng katigasan: Isang Kasaysayan ng Tungsten Carbide

Mula sa Lightbulbs hanggang Rock Drills: Ang Pagtuklas

Ang kwento ng Tungsten Carbide $ (WC) ay isa sa pang -industriya na pangangailangan sa pagmamaneho ng isang tagumpay sa agham ng mga materyales.

Ang elementong tungsten

Ang paglalakbay ay nagsisimula sa ika -18 siglo sa pagtuklas ng elemento Tungsten (W) . Kilala sa hindi kapani -paniwalang density nito at ang Pinakamataas na punto ng pagtunaw ng lahat ng mga metal (over $3,400^{\circ}\text{C}$), it quickly became the material of choice for Mga filament sa maliwanag na lightbulbs Noong unang bahagi ng 1900s. Ang proseso ng pagguhit ng hindi kapani -paniwalang matigas na metal na ito sa mga pinong mga wire na kinakailangan ay namatay na halos kasing hirap ng brilyante.

Ang kapanganakan ng semento na karbida

Ang mahalagang tagumpay ay naganap sa Alemanya noong 1920s . Ang mga inhinyero sa electric bombilya na kumpanya na Osram ay desperadong naghahanap ng isang mas mura, mas mahirap na alternatibo sa mamahaling brilyante na namatay na ginamit upang gumuhit ng wire ng tungsten. Ang pangangailangan na ito ay humantong sa pag -imbento ng Cemented Carbide (o hardmetal) ni Karl Schröter.

• Ang ideya: Pagsamahin ang matinding katigasan ng tungsten carbide (WC) na pulbos na may isang ductile, metal na "pandikit" - Cobalt .
• Ang resulta: Ang unang modernong hardmetal: isang pinagsama -samang materyal na may paglaban sa simula ng ceramic ngunit ang katigasan at epekto ng paglaban ng metal. Ang rebolusyonaryong materyal na ito ay mabilis na pinalitan ang brilyante sa pagguhit ay namatay at sa lalong madaling panahon kumalat sa mas malawak na mundo ng pagputol at pagbabarena.

Ang Agham ng Lakas: Bakit napakahirap ng WC

Ano ang nagbibigay ng tungsten carbide na tulad ng brilyante na katigasan? Ang sagot ay namamalagi sa antas ng atomic-level na bonding sa pagitan ng mga tungsten at carbon atoms.

Ang istraktura ng kristal

Ang Tungsten carbide ay bumubuo ng isang natatanging lattice ng kristal. Sa compound (WC), ang mga carbon atoms ay umaangkop sa mga puwang sa pagitan ng mas malaking mga tungsten atoms. Ang nagreresultang istraktura ay nagtatampok ng napakalakas Covalent Bonds sa pagitan ng tungsten at carbon, na sinamahan ng malakas Metallic Bonds sa pagitan ng mga tungsten atoms mismo.

Ang kumbinasyon na ito ay kung ano ang lumilikha ng mga sikat na katangian:

• Matinding tigas: Ang malakas, direksyon Covalent Bonds Palabanin ang pagpapapangit at pag -scrat. Karaniwan itong mga marka 9 hanggang 9.5 sa scale ng MOHS , pangalawa lamang sa brilyante (10).
• Mataas na lakas at katigasan: Ang metal Cobalt binder Iyon ay humahawak ng mga particle ng WC na magkasama ay nagbibigay ng kinakailangan Toughness —Ang isang pagtutol sa pagsira o pagkawasak sa ilalim ng epekto - na puro, malutong na tungsten na karbida na pulbos ay kakulangan.

Ang pinong mga partikulo ng tungsten carbide ay nakakalat sa buong kobalt matrix, na lumilikha ng a Metal matrix composite Iyon ay higit na nakahihigit sa anumang solong materyal para sa mga aplikasyon ng mabibigat na tungkulin.

Tungsten Carbide sa modernong mundo: Pagbabago ng Pang -industriya

Ang malawakang pag -ampon ng semento na karbida ay humantong sa isang rebolusyong pang -industriya, na nagpapalakas ng pagiging produktibo sa halos bawat mabibigat na industriya.

Kahusayan sa machining

Ang mga tool ng Tungsten Carbide ay maaaring mapanatili ang isang matalim na gilid sa mga temperatura na magiging sanhi ng isang tradisyunal na tool na bakal upang mabilis na mapurol (isang ari -arian na tinatawag mainit na tigas ).

• Epekto: Pinapayagan nito ang mga tagagawa upang madagdagan ang mga bilis ng pagputol at mga rate ng feed sa mga lathes at paggiling machine hanggang sa limang beses nang mas mabilis kaysa sa mga tool na high-speed steel (HSS), drastically binabawasan ang oras at gastos ng produksyon.

Dominasyon sa pagmimina

Sa sektor ng mapagkukunan, ang mga tip sa karbida ng tungsten ay literal Chewing sa pamamagitan ng Ang pinakamahirap na materyales ng planeta.

• Rock Drilling: Ang mga bits na ginamit para sa paggalugad ng langis at gas, pati na rin ang pagsira sa bato, ay naka -stud sa mga pagsingit ng WC. Ang mga bits na ito ay maaaring tumagal 10 beses na mas mahaba kaysa sa mga tool na bakal, binabawasan ang magastos na downtime para sa pagpapanatili.
• Konstruksyon: Ang mga machine machine ng tunel (TBMS) ay umaasa sa mga tungsten carbide-tipped disc upang gumiling sa pamamagitan ng mga bundok at maglagay ng mga bagong subway tunnels o imprastraktura.

Ang pinakamahirap na kumpetisyon: WC kumpara sa Titanium

Habang madalas na nalilito, ang tungsten carbide at titanium ay nagsisilbi ng ibang mga layunin dahil sa kanilang mga pangunahing katangian.

Sa madaling sabi, kung kailangan mo ng isang magaan, materyal na lumalaban sa epekto (tulad ng para sa isang pakpak ng sasakyang panghimpapawid o isang implant ng katawan), pipiliin mo Titanium . Kung kailangan mo ang pinakamahirap, pinaka-abrasion-resistant material upang i-cut o giling ang isang bagay, pipiliin mo Tungsten Carbide .