Pudra de carbură, o clasă versatilă de materiale caracterizate prin duritatea lor extremă, punctele de topire ridicate și rezistența excelentă la uzură, joacă un rol pivot în numeroase aplicații industriale. Aceste proprietăți provin din legăturile covalente și ionice puternice între carbon și un element metal sau metaloid. Proprietățile specifice și astfel aplicațiile variază semnificativ în funcție de elementul metalic implicat, ceea ce duce la o gamă diversă de pulberi de carbură cu caracteristici adaptate.
Tipuri și proprietăți comune
Cele mai frecvent întâlnite pulberi de carbură includ:
-
Carbură de tungsten (WC): Poate că cea mai utilizată pulbere de carbură, carbură de tungsten este renumită pentru duritatea sa excepțională, comparabilă cu diamantul și rezistența la compresiune ridicată. Își păstrează duritatea la temperaturi ridicate, ceea ce o face ideală pentru medii cu stres ridicat, la temperaturi ridicate. Este adesea combinat cu un liant de cobalt pentru a forma carbură cimentată.
-
Carbură de siliciu (SIC): Această carbură se remarcă pentru conductivitatea sa termică excelentă, rezistența ridicată la temperaturi ridicate și inerția chimică. De asemenea, prezintă o bună rezistență la oxidare.
-
Carbură de titan (TIC): Carbura de titan are o duritate ridicată, o conductivitate electrică bună și o stabilitate termică excelentă. De asemenea, oferă o bună rezistență la coroziune.
-
Carbură de crom (CR3C2): Cunoscut pentru coroziunea sa remarcabilă și rezistența la oxidare, în special la temperaturi ridicate, carbura de crom oferă, de asemenea, o bună rezistență la uzură.
-
Carbură de bor (B4C): Ca unul dintre cele mai dificile materiale create de om, carbura de bor are o secțiune transversală de absorbție a neutronilor scăzute și o rezistență excelentă la uzură.
Aplicații cheie din industrii
Proprietățile unice ale pulberilor de carbură permit utilizarea lor într -un spectru larg de aplicații solicitante:
1. Tăiați și de uzură
Aceasta este, probabil, cea mai mare zonă de aplicare pentru pulberi de carbură, în special carbură de tungsten. Carburile cimentate (compozitele sinterizate de pulbere de carbură și un liant metalic precum cobalt) sunt indispensabile pentru:
-
Prelucrare: Inserții, exerciții, mori de capăt și reamenaje pentru tăierea metalelor, lemnului și compozitelor. Duritatea și rezistența lor la uzură asigură o durată de viață lungă și o precizie ridicată.
-
Mineri și construcții: Ghitează bucăți, dinți de planificare rutieră și purtați plăci pentru săparea și ruperea materialelor dure precum roca, betonul și asfaltul.
-
Instrumente de formare: Mare și pumni pentru desenarea sârmei, presarea pulberilor și modelarea metalelor, beneficiind de rezistența lor la compresiune ridicată și de rezistența la uzură.
2. Abrazivi și lustruire
Duritatea extremă a pulberilor de carbură le face materiale abrazive excelente:
-
Roți de măcinare: Carbură de siliciu și carbură de bor sunt utilizate în roțile de măcinare pentru unelte de ascuțire și procesarea materialelor dure.
-
Încetarea și lustruirea: Pulberile de carbură fină sunt folosite în suspensie pentru scurgerea de precizie și lustruirea opticii, semiconductorilor și eșantioanelor metalurgice.
3. Aplicații la temperaturi ridicate
Punctele de topire ridicate ale pulberilor de carbură și stabilitatea termică le fac potrivite pentru medii de căldură extremă:
-
Refractare: Carbura de siliciu este utilizată în garnituri refractare pentru cuptoare și cuptoare, datorită rezistenței sale și rezistenței la șoc termic ridicat la temperaturi ridicate.
-
Componente ale cuptorului: Elementele de încălzire și componentele structurale din cuptoarele cu temperaturi înalte utilizează carbură de siliciu și alte carburi.
-
Acoperiri cu pulverizare termică: Pulberile de carbură, în special carbura de tungsten și carbura de crom, sunt utilizate pentru a crea acoperiri rezistente la uzură și rezistente la coroziune pe lame de turbină, componente ale motorului și utilaje industriale prin procese de pulverizare termică precum HVOF (combustibil cu oxigen de mare viteză).
4. Armură și balistică
Duritatea excepțională și raportul ridicat de rezistență-greutate a anumitor carburi contribuie la utilizarea lor în aplicații de protecție:
-
Armură corporală: Carbură de bor și carbură de siliciu sunt utilizate în plăci de armură ceramică ușoară pentru protecție personală și armură de vehicule, datorită capacității lor de a învinge proiectile de mare viteză.
-
Veste rezistente la gloanțe: Inserțiile ceramice realizate din pulberi din carbură oferă o protecție critică în veste balistice.
5. Aplicații nucleare
Unele carburi posedă proprietăți unice relevante pentru industria nucleară:
-
Amortizoare de neutroni: Secțiunea transversală de absorbție a neutronilor cu carbură a borului o face valoroasă în tijele de control pentru reactoarele nucleare, unde ajută la reglarea procesului de fisiune.
-
Combustibil nuclear: Carbura de uraniu și carbura de plutoniu sunt cercetate ca combustibili nucleari potențiali datorită conductivității și densității lor termice ridicate.
6. Ceramică avansată și compozite
Pulberile de carbură sunt fundamentale în producerea de componente ceramice avansate și compozite de matrice metalice:
-
Ceramică structurală: Carbura de siliciu este un material cheie pentru ceramica structurală de înaltă performanță utilizată în aplicații aerospațiale, auto și industriale care necesită rezistență ridicată, rigiditate și rezistență la temperatură.
-
Compozite de matrice metalică (MMC): Particulele de carbură sunt încorporate în matrice metalice pentru a spori duritatea, rezistența la uzură și rezistența la temperaturi ridicate.
Viitorul tehnologiei cu pulbere de carbură
Cercetarea și dezvoltarea tehnologiei cu pulbere de carbură continuă să împingă granițele. Inovațiile se concentrează pe dezvoltarea de noi rute de sinteză pentru a produce pulberi mai fine și mai uniforme, explorarea compozițiilor noi de carbură cu proprietăți îmbunătățite și optimizarea tehnicilor de procesare precum fabricarea aditivilor (imprimare 3D) pentru componente complexe de carbură. Aceste progrese promit aplicații și mai largi pentru aceste materiale remarcabile în industrii, de la aerospațial și energie la biomedicale și electronice.
