Carbur de tungstè

Alta duresa
El carbur de tungstè és un material extremadament dur, que només és després del diamant. La duresa del carbur de tungstè el converteix en un material ideal per a eines de tall i mecanitzat. La duresa és una propietat important del carbur de tungstè, que és provada pel Rockwell Hardness Tester. Un penetrador de diamant punxegut es força al carbur de tungstè i la profunditat del forat és una mesura de la duresa. En la fabricació de carbur de tungstè, molts factors afectaran la duresa, com ara la quantitat de cobalt, la mida del gra, la quantitat de carboni i també el procés de fabricació.

Alt punt de fusió
El carbur de tungstè té un punt de fusió d'aproximadament 5.700 graus, que és significativament superior al punt de fusió de la majoria dels altres metalls. Aquest alt punt de fusió fa que el carbur de tungstè sigui ideal per utilitzar-lo en aplicacions d'alta temperatura. L'alt punt de fusió fa que el carbur de tungstè no es pugui fabricar mitjançant la tecnologia de forja normal. Els productes de carbur de tungstè es fabriquen mitjançant la metal·lúrgia de pols, mitjançant la barreja, la mòlta, la compactació, la sinterització i la comprovació.

Químicament estable
El carbur de tungstè està format per àtoms de tungstè i carboni, que són estables a l'oxigen i altres elements. El carbur de tungstè és altament resistent a l'atac químic i no es corroeix a la majoria dels ambients. Aquesta inercia química fa que el carbur de tungstè sigui un material ideal per utilitzar-lo en equips de processament químic i zones on es requereix resistència a la corrosió.

Baix coeficient d'expansió tèrmica
El coeficient mitjà d'expansió tèrmica indica la quantitat d'expansió quan s'escalfa el carbur de tungstè. L'expansió del carbur de tungstè és després de l'expansió de la temperatura. Com més pols aglutinant tingui el carbur de tungstè, més gran serà l'expansió tèrmica del carbur de tungstè. El carbur de tungstè té un coeficient d'expansió tèrmica molt baix, el que significa que s'expandeix molt poc quan s'escalfa. Aquesta propietat fa que el carbur de tungstè sigui ideal per a instruments de precisió i aplicacions on es requereix estabilitat dimensional.

Conductor elèctric
Tot i ser un metall refractari, el carbur de tungstè és conductor de l'electricitat a causa de la presència de carboni a la seva estructura cristal·lina. Aquesta conductivitat elèctrica fa que el carbur de tungstè sigui ideal per a aplicacions elèctriques com ara elèctrodes i contactes.

Les propietats del carbur de tungstè i el tungstè són el mòdul d'elasticitat, el mòdul de cisalla, la resistència a la tracció, la conductivitat tèrmica i la duresa (Rockwell A). A continuació, comparem les propietats de cadascun.

Taula 1: Comparació de les propietats del material entre el tungstè i el carbur de tungstè

És el carbur de tungstè més fort que el tungstè
Sí, el carbur de tungstè és generalment més fort que el tungstè pur. El carbur de tungstè és un compost fet combinant tungstè amb carboni per formar un material molt dur i durador. Aquest compost presenta una duresa, una resistència al desgast i una resistència excepcionals, la qual cosa el fa adequat per a diverses aplicacions industrials, com ara eines de tall, abrasius i joies.

El tungstè ja té un gran mòdul elàstic, un més gran que la majoria dels acers; El carbur de tungstè té un mòdul elàstic encara més gran, mostrant la seva impressionant rigidesa. La rigidesa dels materials es correlaciona amb un gran mòdul elàstic, i els valors que es mostren a la taula 1 demostren per què el carbur de tungstè és el segon només després del diamant en resistència elàstica. El seu mòdul elàstic és de gairebé 700 GPa, que es troba en els talons del diamant (mòdul elàstic de 1000 GPa), que mostra tant la seva resistència a la deformació com la seva tendència a trencar-se quan es treballa.

El mòdul de cisalla és la relació entre l'esforç de cisalla i la deformació de cisalla dins d'una mostra de prova i sovint s'anomena mòdul de rigidesa. Està inexorablement connectat al mòdul elàstic, ja que es deriven de les mateixes equacions i són ambdues mesures de rigidesa (una és en resposta a esforços elàstics, o lineals, versus esforços de tall o de secció transversal). Els valors de la taula 1 són encara més evidència per mostrar la impressionant resistència que proporciona el tungstè. Com a referència, la majoria dels acers tenen un mòdul de cisalla al voltant de 80 GPa, que és només la meitat del mòdul de cisalla del tungstè i un terç del mòdul de cisalla del carbur de tungstè.

La majoria dels dissenyadors seleccionen materials en funció de la seva força, naturalment. Se sap que tant el tungstè com el carbur de tungstè són metalls resistents i extremadament resistents, així que per què són tan baixes les seves resistències a la tracció? La resposta es deu al fet que aquests materials són fràgils per naturalesa i mostren un interessant fenomen científic dels materials. A causa de la seva rigidesa molecular, els materials trencadissos són molt, molt més forts en compressió que en tensió (penseu a les parets de maó: poden suportar milers de lliures en compressió, però heu vist mai abans una armadura de maó?). Aquest principi es fa evident quan s'examina la resistència a la compressió d'aquests materials, especialment el carbur de tungstè menys metàl·lic: té una resistència a la compressió de 2683 MPa a temperatura ambient i conserva la seva resistència mitjançant canvis extrems de temperatura. Aquesta mateixa característica no es pot dir de l'acer, on la seva resistència a la compressió és en primer lloc molt menor i, en segon lloc, fluctua en funció de la temperatura. Tenint en compte aquest fet, és molt clar que el tungstè no s'ha d'utilitzar mai en aplicacions de tracció, sinó que és un competidor principal en aplicacions de compressió.