Charakterystyka i zastosowania węglika tytanu, węglika krzemu i materiałów z węglika spiekanego

W „materiałowym wszechświecie” produkcji przemysłowej węglik tytanu (TiC), węglik krzemu (SiC) i węglik spiekany (zwykle na bazie węglika wolframu – kobaltu itp.) to trzy świecące „materiały gwiazd”. Dzięki swoim unikalnym właściwościom odgrywają kluczową rolę w różnych dziedzinach. Dzisiaj przyjrzymy się dogłębnie różnicom we właściwościach tych trzech materiałów i scenariuszom, w których się wyróżniają!

I. Bezpośrednie porównanie właściwości materiałów

Typ materiału	Twardość (wartość odniesienia)	Gęstość (g/cm³)	Odporność na zużycie	Wysoka odporność na temperaturę	Stabilność chemiczna	Wytrzymałość
Węglik tytanu (TiC)	2800 – 3200HV	4,9 – 5,3	Doskonały (przeważają trudne fazy)	Stabilny w temperaturze ≈1400℃	Odporny na działanie kwasów i zasad (poza silnymi kwasami utleniającymi)	Relatywnie niski (kruchość jest bardziej widoczna)
Węglik krzemu (SiC)	2500 – 3000HV (dla ceramiki SiC)	3.1 – 3.2	Wyjątkowy (wzmocniony strukturą wiązania kowalencyjnego)	Stabilny w temperaturze ≈1600℃ (w stanie ceramicznym)	Niezwykle wytrzymały (odporny na większość środków chemicznych)	Umiarkowany (kruchy w stanie ceramicznym; pojedyncze kryształy są wytrzymałe)
Węglik spiekany (na przykład WC – Co)	1200 – 1800HV	13 – 15 (dla serii WC – Co)	Wyjątkowy (twarde fazy WC + spoiwo Co)	≈800 – 1000℃ (w zależności od zawartości Co)	Odporny na kwasy, zasady i ścieranie	Relatywnie dobry (faza wiążąca Co zwiększa wytrzymałość)

Podział nieruchomości:

• Węglik tytanu (TiC): Jego twardość jest zbliżona do twardości diamentu, co czyni go członkiem rodziny materiałów supertwardych. Jego wysoka gęstość umożliwia precyzyjne pozycjonowanie w precyzyjnych narzędziach wymagających „obciążenia”. Ma jednak wysoką kruchość i jest podatny na odpryskiwanie pod wpływem uderzenia, dlatego jest bardziej odpowiedni do statycznych scenariuszy cięcia/odpornych na zużycie i niskie uderzenia. Na przykład jest często stosowany jako powłoka na narzędziach. Powłoka TiC jest supertwarda i odporna na zużycie, jak „pancerz ochronny” na narzędziach ze stali szybkotnącej i węglika spiekanego. Podczas cięcia stali nierdzewnej i stali stopowej może wytrzymać wysokie temperatury i zmniejszyć zużycie, znacznie wydłużając żywotność narzędzia. Na przykład w powłoce frezów wykańczających umożliwia szybkie i stabilne cięcie.
• Węglik krzemu (SiC): „Najlepszy wykonawca w zakresie odporności na wysokie temperatury”! Może utrzymać stabilną wydajność powyżej 1600℃. W stanie ceramicznym jego stabilność chemiczna jest niezwykła i prawie nie reaguje z kwasami i zasadami (poza kilkoma, takimi jak kwas fluorowodorowy). Jednak kruchość jest powszechnym problemem materiałów ceramicznych. Niemniej jednak monokrystaliczny węglik krzemu (taki jak 4H – SiC) ma poprawioną wytrzymałość i powraca do półprzewodników i urządzeń o wysokiej częstotliwości. Na przykład narzędzia ceramiczne na bazie SiC są „najlepszymi uczniami” wśród narzędzi ceramicznych. Mają odporność na wysokie temperatury i stabilność chemiczną. Podczas cięcia stopów o wysokiej twardości (takich jak stopy na bazie niklu) i kruchych materiałów (takich jak żeliwo) nie są podatne na przywieranie narzędzia i mają powolne zużycie. Jednak ze względu na kruchość są bardziej odpowiednie do wykańczania z mniejszą liczbą przerywanych cięć i wysoką precyzją.
• Węglik spiekany (WC – Co): „Najlepszy gracz w dziedzinie cięcia”! Od narzędzi tokarskich po frezy CNC, od stali frezarskiej po kamień wiertniczy, można go znaleźć wszędzie. Węglik spiekany o niskiej zawartości Co (taki jak YG3X) nadaje się do wykańczania, podczas gdy ten o wysokiej zawartości Co (taki jak YG8) ma dobrą odporność na uderzenia i może z łatwością poradzić sobie z obróbką zgrubną. Twarde fazy WC są odpowiedzialne za „wytrzymywanie” zużycia, a spoiwo Co działa jak „klej”, utrzymując cząstki WC razem, utrzymując zarówno twardość, jak i wytrzymałość. Chociaż jego odporność na wysoką temperaturę nie jest tak dobra, jak dwóch pierwszych, jego zrównoważona ogólna wydajność sprawia, że ​​nadaje się do szerokiego zakresu scenariuszy, od cięcia po elementy odporne na zużycie.

II. Pola zastosowań w pełnym rozkwicie

1. Pole narzędzi tnących

• Węglik tytanu (TiC): Często służy jako powłoka na narzędziach! Supertwarda i odporna na zużycie powłoka TiC tworzy „pancerz ochronny” na narzędziach ze stali szybkotnącej i węglika spiekanego. Podczas cięcia stali nierdzewnej i stali stopowej może wytrzymać wysokie temperatury i zmniejszyć zużycie, znacznie wydłużając żywotność narzędzia. Na przykład w powłoce frezów wykańczających umożliwia szybkie i stabilne cięcie.
• Węglik krzemu (SiC): „Pierwszy uczeń” wśród narzędzi ceramicznych! Narzędzia ceramiczne na bazie SiC mają wysoką odporność na temperaturę i stabilność chemiczną. Podczas cięcia stopów o wysokiej twardości (takich jak stopy na bazie niklu) i kruchych materiałów (takich jak żeliwo) nie są podatne na przywieranie narzędzia i zużywają się powoli. Jednak ze względu na kruchość są bardziej odpowiednie do wykańczania z mniejszą ilością przerywanego cięcia i wysoką precyzją.
• Węglik spiekany (WC – Co): „Najlepszy gracz w dziedzinie cięcia”! Od narzędzi tokarskich po frezy CNC, od stali frezarskiej po kamień wiertniczy, można go znaleźć wszędzie. Węglik spiekany o niskiej zawartości Co (taki jak YG3X) nadaje się do wykańczania, podczas gdy ten o wysokiej zawartości Co (taki jak YG8) ma dobrą odporność na uderzenia i może z łatwością poradzić sobie z obróbką zgrubną.

2. Pole komponentów odpornych na zużycie

• Węglik tytanu (TiC): Działa jako „mistrz odporności na zużycie” w precyzyjnych formach! Na przykład w formach metalurgii proszków, podczas prasowania proszku metalu, wkładki TiC są odporne na zużycie i mają wysoką precyzję, zapewniając, że prasowane części mają dokładne wymiary i dobre powierzchnie, i nie są podatne na „wadliwe działanie” podczas masowej produkcji.
• Węglik krzemu (SiC): Wyposażone w „podwójne wzmocnienia” odporności na zużycie i wysoką temperaturę! Rolki i łożyska w piecach wysokotemperaturowych wykonanych z ceramiki SiC nie miękną ani nie zużywają się nawet powyżej 1000℃. Ponadto dysze w urządzeniach do piaskowania wykonane z SiC wytrzymują uderzenia cząstek piasku, a ich żywotność jest kilkakrotnie dłuższa niż zwykłych dysz stalowych.
• Węglik spiekany (WC – Co): „Wszechstronny ekspert odporny na zużycie”! Zęby z węglika spiekanego w wiertłach górniczych mogą kruszyć skały bez uszkodzeń; frezy z węglika spiekanego w narzędziach tarczowych wytrzymują glebę i piaskowiec i mogą „zachować spokój” nawet po wydrążeniu tuneli o długości tysięcy metrów. Nawet mimośrodowe koła w silnikach wibracyjnych telefonów komórkowych opierają się na węgliku spiekanym w celu zapewnienia odporności na zużycie, aby zapewnić stabilne wibracje.

3. Elektronika/Półprzewodniki

• Węglik tytanu (TiC): Występuje w niektórych komponentach elektronicznych, które wymagają wysokiej temperatury i wysokiej odporności na zużycie! Na przykład w elektrodach lamp elektronowych dużej mocy TiC ma wysoką odporność na temperaturę, dobrą przewodność elektryczną i odporność na zużycie, umożliwiając stabilną pracę w środowiskach o wysokiej temperaturze i zapewniając transmisję sygnału elektronicznego.
• Węglik krzemu (SiC): „Nowy faworyt wśród półprzewodników”! Urządzenia półprzewodnikowe SiC (takie jak moduły mocy SiC) mają doskonałe parametry wysokiej częstotliwości, wysokiego napięcia i wysokiej temperatury. Używane w pojazdach elektrycznych i falownikach fotowoltaicznych mogą znacznie zwiększyć wydajność i zmniejszyć objętość. Ponadto wafle SiC stanowią „podstawę” do produkcji układów o wysokiej częstotliwości i wysokiej temperaturze i są bardzo oczekiwane w stacjach bazowych 5G i awionice.
• Węglik spiekany (WC – Co): „Precyzyjne narzędzie” w przetwarzaniu elektronicznym! Wiertła z węglika spiekanego do wiercenia PCB mogą mieć średnicę nawet 0,1 mm i mogą wiercić precyzyjnie, nie łamiąc się łatwo. Wkładki z węglika spiekanego w formach do pakowania chipów charakteryzują się wysoką precyzją i odpornością na zużycie, zapewniając dokładne i stabilne pakowanie pinów chipów.

III. Jak wybierać?

• Dla ekstremalnej twardości i precyzyjnej odporności na zużycie→ Wybierz węglik tytanu (TiC)! Na przykład w powłokach precyzyjnych form i supertwardych powłokach narzędzi może on „wytrzymać” zużycie i zachować precyzję.
• Do pracy w wysokiej temperaturze, ze stabilnością chemiczną lub przy półprzewodnikach/urządzeniach o wysokiej częstotliwości→ Wybierz węglik krzemu (SiC)! Jest on niezbędny do komponentów pieców wysokotemperaturowych i układów scalonych SiC.
• Aby zapewnić zrównoważoną ogólną wydajność, obejmującą wszystko, od zastosowań wymagających cięcia po odporność na zużycie→ Wybierz węglik spiekany (WC – Co)! Jest to „uniwersalny gracz” obejmujący narzędzia, wiertła i części odporne na zużycie.