טונגסטן קרביד

קשיות גבוהה
טונגסטן קרביד הוא חומר קשה במיוחד, וזה רק אחרי יהלום. הקשיות של טונגסטן קרביד הופכת אותו לחומר אידיאלי עבור כלי חיתוך ועיבוד שבבי. קשיות היא מאפיין חשוב של טונגסטן קרביד, אשר נבדק על ידי בודק הקשיות של Rockwell. מכנס יהלום מחודד נאלץ לתוך טונגסטן קרביד ועומק החור הוא מדד לקשיות. בייצור טונגסטן קרביד, גורמים רבים ישפיעו על הקשיות, כמו כמות הקובלט, גודל הגרגירים, כמות הפחמן וגם תהליך הייצור.

נקודת התכה גבוהה
לטונגסטן קרביד יש נקודת התכה של כ-5,700 מעלות, שהיא גבוהה משמעותית מנקודת ההיתוך של רוב המתכות האחרות. נקודת התכה גבוהה זו הופכת את טונגסטן קרביד לאידיאלי לשימוש ביישומים בטמפרטורה גבוהה. נקודת ההיתוך הגבוהה גורמת לכך שלא ניתן לייצר טונגסטן קרביד בטכנולוגיית פרזול רגילה. מוצרי טונגסטן קרביד מיוצרים על ידי מטלורגיית אבקה, באמצעות ערבוב, כרסום, דחיסה, סינטר ובדיקה.

יציב מבחינה כימית
טונגסטן קרביד מורכב מאטומי טונגסטן ופחמן, אשר שניהם יציבים לחמצן ולאלמנטים אחרים. טונגסטן קרביד עמיד מאוד בפני התקפה כימית ואינו משחית ברוב הסביבות. אינרטיות כימית זו הופכת את טונגסטן קרביד לחומר אידיאלי לשימוש בציוד לעיבוד כימי ואזורים בהם נדרשת עמידות בפני קורוזיה.

מקדם התפשטות תרמית נמוך
מקדם ההתפשטות התרמית הממוצע מציין את כמות ההתפשטות כאשר מחומם טונגסטן קרביד. ההתפשטות של טונגסטן קרביד היא בעקבות התרחבות הטמפרטורה. ככל שיש יותר אבקת קלסר בטונגסטן קרביד, כך ההתפשטות התרמית של טונגסטן קרביד תהיה גבוהה יותר. לטונגסטן קרביד יש מקדם התפשטות תרמית נמוך מאוד, כלומר הוא מתרחב מעט מאוד בעת חימום. תכונה זו הופכת את טונגסטן קרביד לאידיאלי עבור מכשירים ויישומים מדויקים שבהם נדרשת יציבות ממדית.

מוליך חשמל
למרות היותו מתכת עקשנית, טונגסטן קרביד מוליך חשמלית בשל נוכחות פחמן במבנה הגבישי שלו. מוליכות חשמלית זו הופכת את טונגסטן קרביד לאידיאלי עבור יישומים חשמליים כגון אלקטרודות ומגעים.

המאפיינים של טונגסטן קרביד וטונגסטן הם מודול גמישות, מודול גזירה, חוזק תפוקת מתיחה, מוליכות תרמית וקשיות (Rockwell A). להלן, אנו משווים את המאפיינים של כל אחד מהם.

טבלה 1: השוואה של מאפייני החומר בין טונגסטן לטונגסטן קרביד

האם טונגסטן קרביד חזק יותר מטונגסטן
כן, טונגסטן קרביד הוא בדרך כלל חזק יותר מטונגסטן טהור. טונגסטן קרביד הוא תרכובת המיוצרת על ידי שילוב של טונגסטן עם פחמן ליצירת חומר קשה ועמיד מאוד. תרכובת זו מציגה קשיות יוצאת דופן, עמידות בפני שחיקה וחוזק, מה שהופך אותה למתאים ליישומים תעשייתיים שונים, כולל כלי חיתוך, שוחקים ותכשיטים.

לטונגסטן כבר יש מודול אלסטי גדול, אחד גדול מרוב הפלדות; לטונגסטן קרביד יש מודול אלסטי גדול עוד יותר, המראה את קשיחותו המרשימה. קשיחות החומרים מתאמת עם מודול אלסטי גדול, והערכים המוצגים בטבלה 1 מוכיחים מדוע טונגסטן קרביד הוא שני רק ליהלום בחוסן אלסטי. מודול האלסטי שלו הוא כמעט 700 GPa, שהוא על עקבי היהלום (מודול אלסטי של 1000 GPa), מה שמראה הן את ההתנגדות שלו לעיוותים והן את הנטייה שלו להתנפץ בעת עבודה.

מודול הגזירה הוא היחס בין מתח הגזירה למתח הגזירה בתוך דגימת בדיקה ולעתים קרובות מכונה מודול הקשיחות. הוא מחובר באופן בלתי נמנע למודול האלסטי, מכיוון שהם נגזרים מאותן משוואות ושניהם מדדי קשיחות (האחד הוא בתגובה למתחים אלסטיים או ליניאריים, לעומת מתחי גזירה או חתך רוחב). הערכים בטבלה 1 הם עדות נוספת להראות את ההתנגדות המרשימה שמספק טונגסטן. לצורך התייחסות, לרוב הפלדות יש מודול גזירה בסביבות 80 GPa, שהוא רק חצי מזה של טונגסטן ושליש ממודול הגזירה של טונגסטן קרביד.

רוב המעצבים בוחרים חומרים על סמך החוזק שלהם, באופן טבעי. גם טונגסטן וגם טונגסטן קרביד ידועים כמתכות קשוחות וקשוחות במיוחד - אז מדוע חוזק המתיחה שלהם נמוך כל כך. בשל הקשיחות המולקולרית שלהם, חומרים שבירים חזקים הרבה יותר בדחיסה מאשר במתח (תחשבו על קירות לבנים: הם יכולים לשאת אלפי פאונד בדחיסה אבל האם אי פעם ראיתם מסבך לבנים?). עיקרון זה מתברר כאשר בוחנים את חוזק הלחיצה של חומרים אלו, במיוחד הטונגסטן קרביד הפחות מתכתי: יש לו חוזק לחיצה של 2683 MPa בטמפרטורת החדר ושומר על חוזקו באמצעות שינויי טמפרטורה קיצוניים. אי אפשר לומר את אותו מאפיין על פלדה, שבה חוזק הלחיצה שלה הוא קודם כל הרבה יותר נמוך ושנית, משתנה בהתאם לטמפרטורה. לדעת עובדה זו, ברור לחלוטין שלעולם אין להשתמש בטונגסטן ביישומי מתיחה, אך הוא מתחרה מוביל ביישומי דחיסה.