کاربید تنگستن

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
Tungsten carbide
Α-WC-polyhedral.png
شناساگرها
شماره ثبت سی‌ای‌اس ۱۲۰۷۰-۱۲-۱ ✔Y
خصوصیات
فرمول مولکولی WC
جرم مولی 195.86 g·mol−1
شکل ظاهری Grey-black lustrous solid
چگالی 15.8 g·cm−3 solid
دمای ذوب 2870 °C 5198 °F (3143 K)
دمای جوش
‎6000 °C 10832 °F (6273 K)
انحلال‌پذیری در آب Insoluble.
ساختار
ساختار بلوری دستگاه بلوری هگزاگونال، hP2
گروه فضایی = P6m2 No. 187[۱]
خطرات
طبقه‌بندی ئی‌یو Not listed
ترکیبات مرتبط
دیگر آنیون‌ها Tungsten boride
Tungsten nitride
دیگر کاتیون‌ها Molybdenum carbide
کاربید تیتانیوم
سیلیسیم کاربید
به استثنای جایی که اشاره شده‌است در غیر این صورت، داده‌ها برای مواد به وضعیت استانداردشان داده شده‌اند (در 25 °C (۷۷ °F)، ۱۰۰ kPa)
 ✔Y (بررسی) (چیست: ✔Y/N؟)
Infobox references

کاربید تنگستن (به انگلیسی: Tungsten carbide) با فرمول شیمیایی WC یک ترکیب شیمیایی است که دارای مقداری مساوی از اتم‌های تنگستن و کربن است. این ماده در حالت پایه ای خود به شکل پودر خاکستری ریزی است که می‌تواند تحت فشار و در فرآیندی که تف‌جوشی نامیده می‌شود به اشکال مختلف درآمده و در ماشین آلات صنعتی، ابزارهای برش، ساینده‌ها و دیگر ابزارها مورد استفاده قرار بگیرد.

تنگستن کاربیت حدوداً دو برابر مستحکمتر از فولاد است، به صورتی که مدول یانگ آن تقریباً ۵۳۰ تا 700 Gpa می‌باشد[۲][۳] و چگالی ان حدوداً دو برابر فولاد می‌باشد.

جرم مولی آن 195.86 g·mol−۱ می‌باشد.

تولید[ویرایش]

تنگستن کاربید از واکنش فلز تنگستن با کربن در دمای بین ۱۴۰۰–۲۰۰۰ درجه سلسیوس بدست می‌آید.[۴]

تنگستن کاربید را همچنین می‌توان با گرم کردن تنگستن اکسید در مجاورت گرافیت در دمای ۹۰۰ درجه سلسیوس یا در مجاورت هیدروژن در دمای ۶۷۰ سلسیوس و سپس ترکیب کردن با کربن در آرگون در دمای ۱۰۰۰ درجه سلسیوس بدست آورد.[۵]

ویژگی‌های شیمیایی[ویرایش]

دو ترکیب شناخته شده از کربن و تنگستن وجود دارد. تنگستن کاربید و تنگستن سِمیکاربید. هر دو این ترکیب‌ها می‌توانند در پوشش‌های مختلف موجود باشند و مقدار آنها به روش ایجاد پوشش بستگی دارد.[۶]

در دماهای بالا تنگستن کاربید به تنگستن و کربن تجزیه می‌شود و این اتفاق می‌تواند در حین ترمال اسپری دما بالا اتفاق بیفتد. برای مثال سوخت اکسیژن سرعت بالا(HVOF) یا در روش پلاسمای انرژی-بالا (HEP).

تنگستن کاربید در دمای بین ۵۰۰–۶۰۰ درجه سلسیوس شروع به اکسید شدن می‌کند.[۴][۷]

تنگستن کاربید در مقابل اسید مقاوم بوده و تنها با ترکیب هیدرو فلوئوریک اسید و نیتریک اسید در دماهای بالاتر از دمای اتاق خورده می‌شود.[۸]

خواص فیزیکی[ویرایش]

تنگستن کاربید نقطهٔ ذوب بالایی دارد(۲۸۷۰ درجه سلسیوس)، نقطهٔ جوش آن در ۶۰۰۰ درجهٔ سلسیوس اتفاق می‌افتد. در حالتی که فشار برابر با یک اتمسفر باشد، رسانایی گرمایی برابر با 110 W/m.K می‌باشد، و ضریب افزایش طول گرمایی آن ۵٫۵ میکرو متر بر متر در کلوین می‌باشد.[۳]

تنگستن کاربید بسیار سخت است، سختی آن در مقیاس سختی موهس حدوداً ۹ می‌باشد.

سرعت موج طولی (سرعت صوت) در داخل یک میلهٔ نازک از تنگستن کاربید 6220 m/s است.[۹]

تنگستن کاربید مقاومت الکتریکی کمی دارد (حدود ۰٫۲ میکرو اهم در متر).[۱۰]

تنگستن کاربید با نیکل و کبالت مذاب به صورت آلیاژ ترکیب می‌شود.

ساختار[ویرایش]

دو گونه ساختار برای تنگستن کاربید وجود دارد، ساختار شش وجهی و ساختار مکعبی دمابالا (که ساختار سنگ نمک را دارد). ساختار شش وجهی را می‌توان به صورت یک شبکهٔ بلور شش وجهی ساده تصور نمود به صورتی که اتم‌های فلز به صورت لایه‌های موازی بر روی هم قرار گرفته باشند.[۱۱]

کاربردها[ویرایش]

مته حفاری غلتک مخروطی (roller-cone)، به همراه زائده‌هایی از جنس کاربید تنگستن

ابزارهای برشی که از جنس تنگستن کاربید-کبالت تف جوشی شده تولید می‌شوند نسبت به ساییده شدن به مقدار بسیار زیادی مقاوم اند و می‌توانند دماهای بسیار بیشتری از فولاد تندبر (HSS) را تحمل کنند. این ماده معمولاً سیمنتد-کاربید (Cemented carbide)، کاربید جامد (Solid Carbide)، فلز سخت (Hard metal) یا تنگستن-کاربید-کبالت (WC-Co) نامیده می‌شوند.

ماشین کاری: تیغ‌های تنگستن کاربید معمولاً برای ماشین کاری موادی همچون فولاد و فولاد ضدزنگ، و در مواقعی که ابزارات فولادی آسیب می‌بینند استفاده می‌شوند. زیرا ابزارهای کاربیدی لبهٔ برش تیز بهتری نسبت به ابزارهای فولادی ایجاد می‌کنند، آنها به‌طور کلی پرداخت بهتری ایجاد می‌کنند و به دلیل مقاومت گرمایی اش اجازه ماشین کاری با سرعت بالاتر می‌دهد.[۱۲]

معدن: تنگستن کاربید به صورت وسیعی در نوک دریل‌های استخراج کنندهٔ سنگ استفاده می‌شود.

ساخت مهمات جنگی: تنگستن کاربید معمولاً در ساخت گلولهٔ اسلحه به خصوص در جایی که اورانیوم ضعیف‌شده موجود نیست یا به صورت سیاسی غیرقابل قبول است استفاده می‌شود. بمب‌های ساخته شده از تنگستن کاربید (W2C) برای اولین بار توسط اسکادران شکارچی تانک المان در جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفت.[۱۳] بمب‌های ساخته شده از این ماده به دلیل سختی و چگالی بسیار بالا یک نفوذکننده بسیار قوی است.[۱۴]

لوازم جراحی: تنگستن کاربید همچنین در ساخت لوازم جراحی مناسب برای جراحی‌های باز استفاده می‌شود (قیچی‌ها، دستهٔ تیغ جراحی و…) این لوازم قیمت بیشتری نسبت به لوازم با جنس فولاد ضدزنگ دارند و نیاز به مراقبت خاص دارند ولی عملکرد بهتری ارائه می‌دهند.[۱۵]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. Krawitz, Aaron D.; Reichel, Daniel G.; Hitterman, Richard (1989). "Thermal Expansion of Tungsten Carbide at Low Temperature". Journal of the American Ceramic Society. 72 (3): 515. doi:10.1111/j.1151-2916.1989.tb06169.x.
  2. Blau, Peter J. (2003). Wear of Materials. Elsevier. p. 1345. ISBN 978-0-08-044301-0.
  3. ۳٫۰ ۳٫۱ Kurlov, p. 3.
  4. ۴٫۰ ۴٫۱ Pierson, Hugh O. (1992). Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD): Principles, Technology, and Applications. William Andrew Inc. ISBN 0-8155-1300-3.
  5. Zhong, Y. ; Shaw, L. (2011). "A study on the synthesis of nanostructured WC–10 wt% Co particles from WO 3, Co 3O 4, and graphite". Journal of Materials Science. 46 (19): 6323–6331. Bibcode:2011JMatS..46.6323Z. doi:10.1007/s10853-010-4937-y. کاراکتر line feed character در |عنوان= در موقعیت 104 (کمک)
  6. Jacobs, L. ; M. M. Hyland; M. De Bonte (1998). "Comparative study of WC-cermet coatings sprayed via the HVOF and the HVAF Process". Journal of Thermal Spray Technology. 7 (2): 213–8. Bibcode:1998JTST....7..213J. doi:10.1361/105996398770350954.
  7. یادکرد خالی (کمک)
  8. Nakajima, H. ; Kudo, T. ; Mizuno, N. (1999). "Reaction of Metal, Carbide, and Nitride of Tungsten with Hydrogen Peroxide Characterized by 183W Nuclear Magnetic Resonance and Raman Spectroscopy". Chemistry of Materials. 11 (3): 691–697. doi:10.1021/cm980544o.
  9. "Velocity of Sound in Various Media". RF Cafe. Retrieved 4 April 2013.
  10. Pierson, Hugh O. (1992). Handbook of Chemical Vapor Deposition (CVD): Principles, Technology, and Applications. William Andrew Inc. ISBN 0-8155-1300-3.
  11. Sara, R. V. (1965). "Phase Equilibria in the System Tungsten—Carbon". Journal of the American Ceramic Society. 48 (5): 251–7. doi:10.1111/j.1151-2916.1965.tb14731.x.
  12. Davis, Joseph R. , ASM International Handbook Committee (1995). Tool materials. ASM International. p. 289. ISBN 978-0-87170-545-7.
  13. User، Super. «Tungsten Carbide Powder (WC and W2C)». www.reade.com (به انگلیسی). دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۵-۲۰.
  14. "Tungsten carbide". Wikipedia. 2019-05-06.
  15. Reichert, Marimargaret; Young, Jack H. (1997). Sterilization technology for the health care facility. Jones & Bartlett Learning. p. 30. ISBN 978-0-8342-0838-4.