경도의 세기: 텅스텐 카바이드의 역사

전구에서 착암기까지: 발견

텅스텐 카바이드(WC) 이야기는 재료 과학의 획기적인 발전을 이끄는 산업적 필요성 중 하나입니다.

요소 텅스텐

여행은 18세기에 원소가 발견되면서 시작됩니다. 텅스텐(W) . 놀라운 밀도와 모든 금속 중 가장 높은 녹는점 (over $3,400^{\circ}\text{C}$), it quickly became the material of choice for 백열전구의 필라멘트 1900년대 초반. 이 믿을 수 없을 정도로 단단한 금속을 가는 와이어로 그리는 과정에는 거의 다이아몬드만큼 단단한 금형이 필요했습니다.

초경합금의 탄생

결정적인 돌파구가 생겼다. 1920년대 독일 . 전구 회사인 Osram의 엔지니어들은 텅스텐 와이어를 그리는 데 사용되는 값비싼 다이아몬드 다이를 대체할 더 저렴하고 튼튼한 대안을 필사적으로 찾고 있었습니다. 이러한 필요성은 다음의 발명으로 이어졌습니다. 초경합금 (또는 hardmetal) Karl Schröter 제작.

• 아이디어: 극도의 경도를 지닌 텅스텐 카바이드(WC) 분말과 연성의 금속성 "접착제"를 결합합니다. 코발트 .
• 결과: 최초의 현대식 초경합금: 세라믹의 긁힘 방지 기능과 금속의 인성 및 충격 저항성을 모두 갖춘 복합 재료입니다. 이 혁신적인 소재는 드로잉 다이에서 다이아몬드를 빠르게 대체했으며 곧 더 넓은 절단 및 드릴링 세계로 퍼졌습니다.

힘의 과학: WC가 왜 그렇게 어려운가

텅스텐 카바이드에 다이아몬드와 같은 경도를 부여하는 것은 무엇입니까? 그 대답은 텅스텐과 탄소 원자 사이의 원자 수준 결합에 있습니다.

결정 구조

텅스텐 카바이드는 독특한 결정 격자를 형성합니다. 화합물(WC)에서 탄소 원자는 훨씬 더 큰 텅스텐 원자 사이의 공간에 맞습니다. 결과적인 구조는 매우 강력합니다. 공유결합 텅스텐과 탄소 사이, 강한 결합 금속 결합 텅스텐 원자 자체 사이.

이 조합은 다음과 같은 유명한 속성을 생성합니다.

• 극도의 경도: 강력하고 방향성이 있는 공유결합 변형과 긁힘에 저항하십시오. 일반적으로 점수를 매깁니다. 모스 척도로 9~9.5 , 다이아몬드(10)에 이어 두 번째입니다.
• 고강도 및 인성: 금속성 코발트 binder WC 입자를 함께 묶어주는 것은 필요한 것을 제공합니다. 인성 - 순수하고 부서지기 쉬운 텅스텐 카바이드 분말에는 충격이 가해지거나 부서지는 것에 대한 저항력이 있습니다.

텅스텐 카바이드의 미세한 입자는 코발트 매트릭스 전체에 분산되어 금속 매트릭스 복합재 이는 고강도 응용 분야의 단일 재료보다 훨씬 우수합니다.

현대 세계의 텅스텐 카바이드: 산업 변혁

초경합금의 광범위한 채택은 산업 혁명을 가져왔고 거의 모든 중공업 전반에 걸쳐 생산성을 향상시켰습니다.

가공 효율성

텅스텐 카바이드 도구는 기존의 강철 도구가 빨리 무뎌지는 온도에서도 날카로운 모서리를 유지할 수 있습니다(이러한 특성은 뜨거운 경도 ).

• 영향: 이를 통해 제조업체는 선반 및 밀링 기계의 절삭 속도와 이송 속도를 높일 수 있습니다. 최대 5배 더 빨라짐 고속도강(HSS) 공구보다 생산 시간과 비용이 대폭 절감됩니다.

광산에서의 지배

자원 분야에서는 텅스텐 카바이드 팁이 말 그대로 씹어먹다 지구상에서 가장 견고한 재료.

• 암석 드릴링: 석유 및 가스 탐사와 암석 파괴에 사용되는 비트에는 WC 인서트가 박혀 있습니다. 이 비트는 지속될 수 있습니다 10배 더 길어짐 강철 도구보다 비용이 많이 드는 유지 관리 중단 시간을 줄입니다.
• 건설: 터널 굴착기(TBM)는 텅스텐 카바이드 팁 디스크를 사용하여 산을 뚫고 새로운 지하철 터널이나 인프라를 건설합니다.

가장 치열한 경쟁: WC vs. 티타늄

흔히 혼동되는 텅스텐 카바이드와 티타늄은 핵심 특성으로 인해 매우 다른 용도로 사용됩니다.

즉, 가볍고 충격에 강한 소재(예: 항공기 날개 또는 본체 임플란트 등)가 필요한 경우 다음을 선택하세요. 티타늄 . 무언가를 자르거나 갈기 위해 가장 단단하고 내마모성이 뛰어난 재료가 필요한 경우, 텅스텐 카바이드 .