Karbidijauhe, monipuolinen materiaaliluokka, jolle on ominaista äärimmäinen kovuus, korkeat sulamispisteet ja erinomainen kulumiskestävyys, on keskeinen rooli lukuisissa teollisuussovelluksissa. Nämä ominaisuudet johtuvat vahvoista kovalenttisista ja ionisidoksista hiilen ja metallin tai metalloidielementin välillä. Erityiset ominaisuudet ja siten sovellukset vaihtelevat merkittävästi kyseisestä metallisesta elementista riippuen, mikä johtaa monipuoliseen karbidijauheisiin, joilla on räätälöityjä ominaisuuksia.
Yleiset tyypit ja ominaisuudet
Yleisimmin havaittuja karbidijauheita ovat:
-
Volframikarbidi (WC): Ehkä yleisimmin käytetty karbidijauhe, volframiekarbidi on tunnettu sen poikkeuksellisen kovuuden suhteen, verrattavissa timanttiin ja suureen puristuslujuuteen. Se säilyttää kovuutensa kohonneissa lämpötiloissa, mikä tekee siitä ihanteellisen korkean stressin, korkean lämpötilan ympäristöille. Se yhdistetään usein koboltti -sideaineeseen sementoituneen karbidin muodostamiseksi.
-
Piilarbidi (sic): Tämä karbidi erottuu erinomaisesta lämmönjohtavuudesta, korkeasta lujuudesta korkeissa lämpötiloissa ja kemiallisesta inerttistä. Sillä on myös hyvää hapettumiskestävyyttä.
-
Titaanikarbidi (TIC): Titaanikarbidilla on korkea kovuus, hyvä sähkönjohtavuus ja erinomainen lämpöstabiilisuus. Se tarjoaa myös hyvää korroosionkestävyyttä.
-
Kromikarbidi (CR3C2): Kromikarbidi tarjoaa myös hyvän kulumiskestävyyden, joka tunnetaan erinomaisesta korroosiosta ja hapettumiskestävyydestään, etenkin korkeissa lämpötiloissa.
-
Boorikarbidi (B4C): Yhtenä vaikeimmista ihmisen aiheuttamista materiaaleista boorikarbidilla on pieni tiheys, korkea neutronien absorptiopoikki ja erinomainen kulutuskestävyys.
Tärkeimmät sovellukset eri toimialoilla
Karbidijauheiden ainutlaatuiset ominaisuudet mahdollistavat niiden käytön laajassa vaativien sovellusten spektrissä:
Kello 1.
Tämä on kiistatta suurin hierbidijauheille, erityisesti volframikarbidille. Sementoituneet karbidit (sintroituja karbidijauheen komposiitteja ja metallia sideaine, kuten koboltti) ovat välttämättömiä seuraaville:
-
Koneistus: Insertit, porat, päätymyllyt ja reunaajat metallien, puun ja komposiittien leikkaamiseen. Heidän kovuus ja kulumisvastus varmistavat pitkän työkalun käyttöikän ja suuren tarkkuuden.
-
Kaivos- ja rakennus: Poraa bitit, tienpidon hampaat ja kuluvat levyt kovien materiaalien, kuten kallion, betonin ja asfaltin, kaivamiseen ja murtamiseen.
-
Työkalujen muodostaminen: Kuolee ja lyöntejä johdanta, puristamisjauheita ja metallien muotoilua varten, mikä hyötyy niiden suuresta puristuslujuudesta ja kulumiskestävyydestä.
2. hioma ja kiillotus
Karbidijauheiden äärimmäinen kovuus tekee niistä erinomaisia hankaavia materiaaleja:
-
Hiomapyörät: Piharbidia ja boorikarbidia käytetään pyörien jauhamisessa työkalujen teroitustyökalujen ja kovien materiaalien käsittelemiseen.
-
Kaappaus ja kiillotus: Hienoja karbidijauheita käytetään lietteissä optiikan, puolijohteiden ja metallurgisten näytteiden tarkkuus- ja kiillottamiseen.
3. Korkean lämpötilan sovellukset
Karbidijauheiden korkeat sulamispisteet ja lämpöstabiilisuus tekevät niistä sopivia äärimmäisiin lämpöympäristöihin:
-
Refraktorit: Piekarbidia käytetään uunien ja uunien tulenkestävässä vuorauksessa sen korkean lämpöhakkinkestävyyden ja voimakkuuden vuoksi kohonneissa lämpötiloissa.
-
Uunin komponentit: Korkean lämpötilan uunien lämmityselementit ja rakenteelliset komponentit käyttävät piiharbidia ja muita karbideja.
-
Lämpömyrskypinnoitteet: Karbidijauheita, erityisesti volframikarbidia ja kromikarbidia, käytetään kulumiskeskeisten ja korroosioiden kestävien pinnoitteiden luomiseen turbiinien terillä, moottorikomponenteilla ja teollisuuskoneilla lämpösuihkeprosessien, kuten HVOF: n (suuren nopeuden happipolttoaineen), kautta).
4. Panssari ja ballistiikka
Tiettyjen karbidien poikkeuksellinen kovuus ja korkea lujuus-paino-suhde edistävät niiden käyttöä suojasovelluksissa:
-
Kehon panssari: Boorikarbidia ja piiharbidia käytetään kevyissä keraamisissa panssarilevyissä henkilökohtaista suojausta ja ajoneuvojen panssaria, koska ne kykenevät voittamaan suuren nopeuden ammukset.
-
Luodinkestävät liivit: Karbidijauheista valmistetut keraamiset insertit tarjoavat kriittisen suojan ballistisissa liivissä.
5. Ydinsovellukset
Joillakin Carbidesilla on ydinteollisuudelle merkitykselliset ainutlaatuiset ominaisuudet:
-
Neutronien absorboijat: Boorikarbidin korkea neutronien imeytymispoikkileikkaus tekee siitä arvokkaan ydinreaktorien kontrollitankoissa, joissa se auttaa säätelemään fissioprosessia.
-
Ydinpolttoaine: Uraanikarbidia ja plutoniumkarbidia tutkitaan potentiaalisina ydinpolttoaineina niiden korkean lämmönjohtavuuden ja tiheyden vuoksi.
6. Edistynyt keramiikka ja komposiitit
Karbidijauheet ovat olennaisia edistyneiden keraamisten komponenttien ja metallimatriisikomposiitien tuotannossa:
-
Rakennekeramiikka: Piharbidi on avainmateriaali korkean suorituskyvyn rakennekeramiikoille, joita käytetään ilmailu-, auto- ja teollisuussovelluksissa, jotka vaativat suurta lujuutta, jäykkyyttä ja lämpötilankestävyyttä.
-
Metallimatriisikomposiitit (MMC): Karbidihiukkaset sisällytetään metallimatriiseihin kovuuden, kulutuskestävyyden ja korkean lämpötilan lujuuden parantamiseksi.
Karbidejauhetekniikan tulevaisuus
Karbidijauheen tekniikan tutkimus ja kehitys jatkaa rajojen työntämistä. Innovaatiot keskittyvät uusien synteesireittien kehittämiseen hienompien, yhtenäisempien jauheiden tuottamiseksi, uusien karbidin koostumusten tutkimiseksi parannettujen ominaisuuksien kanssa ja optimoimaan prosessointitekniikoita, kuten lisäaineiden valmistus (3D -tulostus) monimutkaisille karbidikomponenteille. Nämä edistysaskeleet lupaavat jopa laajemmat sovellukset näille merkittäville materiaaleille teollisuudenaloilla ilmailu- ja energiasta biolääketieteen ja elektroniikkaan.
