W „materialnym wszechświecie” produkcji przemysłowej, węglik tytanu (TiC), węglik krzemu (SiC) i węgliki spiekane (zazwyczaj na bazie węglika wolframu – kobaltu itp.) to trzy lśniące „materiały gwiazd”. Dzięki swoim unikalnym właściwościom odgrywają kluczową rolę w różnych dziedzinach. Dziś przyjrzymy się dogłębnie różnicom w właściwościach tych trzech materiałów i scenariuszom, w których się sprawdzają!
I. Porównanie właściwości materiałów
| Typ materiału | Twardość (wartość odniesienia) | Gęstość (g/cm³) | Odporność na zużycie | Odporność na wysoką temperaturę | Stabilność chemiczna | Wytrzymałość |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Węglik tytanu (TiC) | 2800 – 3200HV | 4.9 – 5.3 | Doskonała (zdominowana przez fazy twarde) | Stabilny w temperaturze ≈1400℃ | Odporny na kwasy i zasady (z wyjątkiem silnych kwasów utleniających) | Stosunkowo niska (bardziej widoczna kruchość) |
| Węglik krzemu (SiC) | 2500 – 3000HV (dla ceramiki SiC) | 3.1 – 3.2 | Wyjątkowa (wzmocniona strukturą wiązań kowalencyjnych) | Stabilny w temperaturze ≈1600℃ (w stanie ceramicznym) | Niezwykle silna (odporna na większość mediów chemicznych) | Umiarkowana (krucha w stanie ceramicznym; monokryształy mają wytrzymałość) |
| Węgliki spiekane (WC – Co jako przykład) | 1200 – 1800HV | 13 – 15 (dla serii WC – Co) | Wyjątkowa (fazy twarde WC + spoiwo Co) | ≈800 – 1000℃ (zależy od zawartości Co) | Odporna na kwasy, zasady i ścieranie | Stosunkowo dobra (faza spoiwa Co zwiększa wytrzymałość) |
Podział właściwości:
- Węglik tytanu (TiC): Jego twardość jest zbliżona do twardości diamentu, co czyni go członkiem rodziny materiałów super twardych. Jego wysoka gęstość pozwala na precyzyjne pozycjonowanie w precyzyjnych narzędziach, które wymagają „obciążenia”. Jednak ma wysoką kruchość i jest podatny na odpryski pod wpływem uderzenia, dlatego bardziej nadaje się do statycznych, nisko udarowych scenariuszy cięcia/odporności na zużycie. Na przykład jest często stosowany jako powłoka na narzędziach. Powłoka TiC jest super twarda i odporna na zużycie, jak zakładanie „pancerza ochronnego” na narzędzia ze stali szybkotnącej i węglików spiekanych. 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 w odporności na wysoką temperaturę”! Może zachować stabilną wydajność powyżej 1600℃. W stanie ceramicznym jego stabilność chemiczna jest niezwykła i prawie nie reaguje z kwasami i zasadami (z wyjątkiem kilku, takich jak kwas fluorowodorowy). Jednak kruchość jest powszechnym problemem dla materiałów ceramicznych. Niemniej jednak monokrystaliczny węglik krzemu (taki jak 4H – SiC) ma zwiększoną wytrzymałość i powraca w półprzewodnikach i urządzeniach wysokiej częstotliwości. Na przykład narzędzia ceramiczne na bazie SiC są „najlepszymi uczniami” wśród narzędzi ceramicznych. Mają wysoką odporność na temperaturę i stabilność chemiczną. Podczas cięcia stopów o wysokiej twardości (takich jak stopy na bazie niklu) i materiałów kruchych (takich jak żeliwo) nie są podatne na przywieranie narzędzi i mają powolne zużycie. Jednak ze względu na kruchość, bardziej nadają się do wykańczania z mniejszym przerywanym cięciem i wysoką precyzją.
- Węgliki spiekane (WC – Co): „Gracz najwyższego szczebla w dziedzinie cięcia”! Od narzędzi tokarskich po frezy CNC, od frezowania stali po wiercenie w kamieniu, można je znaleźć wszędzie. Węgliki spiekane o niskiej zawartości Co (takie jak YG3X) nadają się do wykańczania, podczas gdy te o wysokiej zawartości Co (takie jak YG8) mają dobrą odporność na uderzenia i mogą z łatwością radzić sobie z obróbką zgrubną. Fazy twarde WC są odpowiedzialne za „wytrzymywanie” zużycia, a spoiwo Co działa jak „klej”, który utrzymuje cząstki WC razem, zachowując 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. Obszary zastosowań w pełnym rozkwicie
1. Obszar narzędzi skrawających
- Węglik tytanu (TiC): Często służy jako powłoka na narzędziach! Super twarda i odporna na zużycie powłoka TiC nakłada „pancerz ochronny” na narzędzia ze stali szybkotnącej i węglików spiekanych. 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 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 materiałów kruchych (takich jak żeliwo) nie są podatne na przywieranie narzędzi i mają powolne zużycie. Jednak ze względu na kruchość, bardziej nadają się do wykańczania z mniejszym przerywanym cięciem i wysoką precyzją.
- Węgliki spiekane (WC – Co): „Gracz najwyższego szczebla w dziedzinie cięcia”! Od narzędzi tokarskich po frezy CNC, od frezowania stali po wiercenie w kamieniu, można je znaleźć wszędzie. Węgliki spiekane o niskiej zawartości Co (takie jak YG3X) nadają się do wykańczania, podczas gdy te o wysokiej zawartości Co (takie jak YG8) mają dobrą odporność na uderzenia i mogą z łatwością radzić sobie z obróbką zgrubną.
2. Obszar elementów odpornych na zużycie
- Węglik tytanu (TiC): Działa jako „mistrz odporności na zużycie” w precyzyjnych formach! Na przykład, w formach do metalurgii proszków, podczas prasowania proszku metalu, wkładki TiC są odporne na zużycie i mają wysoką precyzję, zapewniając, że prasowane części mają dokładne wymiary i dobrą powierzchnię i nie są podatne na „awarie” podczas masowej produkcji.
- Węglik krzemu (SiC): Obdarzony „podwójnymi wzmocnieniami” odporności na zużycie i odporności na wysoką temperaturę! Rolki i łożyska w piecach wysokotemperaturowych wykonane z ceramiki SiC nie miękną ani nie zużywają się nawet powyżej 1000℃. Ponadto dysze w urządzeniach do piaskowania wykonane z SiC mogą wytrzymać uderzenia cząstek piasku, a ich żywotność jest kilkakrotnie dłuższa niż w przypadku zwykłych stalowych dysz.
- Węgliki spiekane (WC – Co): „Wszechstronny ekspert w zakresie odporności na zużycie”! Zęby z węglików spiekanych w wiertłach górniczych mogą kruszyć skały bez uszkodzeń; noże z węglików spiekanych w maszynach tarczowych mogą wytrzymać glebę i piaskowiec i mogą „zachować spokój” nawet po wydrążeniu tysięcy metrów. Nawet koła mimośrodowe w silnikach wibracyjnych telefonów komórkowych opierają się na węglikach spiekanych w celu odporności na zużycie, aby zapewnić stabilne wibracje.
3. Obszar elektroniki/półprzewodników
- Węglik tytanu (TiC): Pojawia się w niektórych elementach 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 sygnałów elektronicznych.
- Węglik krzemu (SiC): „Nowy faworyt w półprzewodnikach”! Urządzenia półprzewodnikowe SiC (takie jak moduły mocy SiC) mają doskonałą wydajność wysokiej częstotliwości, wysokiego napięcia i wysokiej temperatury. Stosowane w pojazdach elektrycznych i falownikach fotowoltaicznych mogą znacznie poprawić wydajność i zmniejszyć objętość. Ponadto płytki SiC są „fundamentem” do produkcji układów scalonych o wysokiej częstotliwości i wysokiej temperaturze i są bardzo oczekiwane w stacjach bazowych 5G i awionice.
- Węgliki spiekane (WC – Co): „Precyzyjne narzędzie” w przetwarzaniu elektronicznym! Wiertła z węglików spiekanych do wiercenia PCB mogą mieć średnicę zaledwie 0,1 mm i mogą wiercić precyzyjnie bez łatwego pękania. Wkładki z węglików spiekanych w formach do pakowania układów scalonych mają wysoką precyzję i odporność na zużycie, zapewniając dokładne i stabilne pakowanie pinów układów scalonych.
III. Jak wybrać?
- Dla ekstremalnej twardości i precyzyjnej odporności na zużycie → Wybierz węglik tytanu (TiC)! Na przykład, w powłokach precyzyjnych form i powłokach narzędzi super twardych, może „wytrzymać” zużycie i zachować precyzję.
- Dla odporności na wysoką temperaturę, stabilności chemicznej lub pracy nad półprzewodnikami/urządzeniami wysokiej częstotliwości → Wybierz węglik krzemu (SiC)! Jest niezbędny do elementów pieców wysokotemperaturowych i chipów mocy SiC.
- Dla zrównoważonej ogólnej wydajności, obejmującej wszystko, od cięcia po zastosowania odporne na zużycie → Wybierz węgliki spiekane (WC – Co)! Jest to „wszechstronny gracz” obejmujący narzędzia, wiertła i części odporne na zużycie.