Titāna karbīda, silīcija karbīda un cementēta karbīda materiālu raksturojums un pielietojums

Rūpnieciskās ražošanas “materiālu visumā” titāna karbīds (TiC), silīcija karbīds (SiC) un cementēts karbīds (parasti uz volframa karbīda – kobalta u. c. bāzes) ir trīs spoži “zvaigžņu materiāli”. Pateicoties savām unikālajām īpašībām, tiem ir izšķiroša loma dažādās jomās. Šodien mēs padziļināti aplūkosim šo trīs materiālu īpašību atšķirības un scenārijus, kuros tie izceļas!

I. Materiālu īpašību tieša salīdzināšana

Materiāla veids	Cietība (atsauces vērtība)	Blīvums (g/cm³)	Nodilumizturība	Augsta temperatūras izturība	Ķīmiskā stabilitāte	Izturība
Titāna karbīds (TiC)	2800–3200 HV	4,9–5,3	Lieliski (dominē grūti posmi)	Stabils pie ≈1400 ℃	Izturīgs pret skābēm un sārmiem (izņemot spēcīgas oksidējošas skābes)	Relatīvi zems (trauslums ir izteiktāks)
Silīcija karbīds (SiC)	2500–3000 HV (SiC keramikai)	3.1–3.2	Izcils (pastiprināts ar kovalento saišu struktūru)	Stabils pie ≈1600 ℃ (keramikas stāvoklī)	Īpaši izturīgs (izturīgs pret lielāko daļu ķīmisko vielu)	Vidējs (trausls keramikas stāvoklī; monokristāliem ir izturība)
Cementēts karbīds (WC – Co kā piemērs)	1200–1800 HV	13–15 (WC–Co sērijai)	Izcils (WC cietās fāzes + Co saistviela)	≈800–1000 ℃ (atkarībā no Co satura)	Izturīgs pret skābēm, sārmiem un abrazīvu nodilumu	Relatīvi labi (Co saistvielas fāze uzlabo izturību)

Īpašuma sadalījums:

• Titāna karbīds (TiC)Tā cietība ir tuva dimanta cietībai, padarot to par īpaši cietu materiālu saimes locekli. Tā augstais blīvums ļauj precīzi pozicionēt precīzos instrumentos, kuriem nepieciešams “svars”. Tomēr tam ir augsta trauslums un tas ir pakļauts šķembām trieciena ietekmē, tāpēc tas ir vairāk piemērots statiskiem, maza trieciena griešanas/nodiluma izturīgiem scenārijiem. Piemēram, to bieži izmanto kā instrumentu pārklājumu. TiC pārklājums ir īpaši ciets un nodilumizturīgs, it kā uzliktu “aizsargbruņas” uz ātrgriezējtērauda un cementēta karbīda instrumentiem. Griežot nerūsējošo tēraudu un leģēto tēraudu, tas var izturēt augstu temperatūru un samazināt nodilumu, ievērojami pagarinot instrumenta kalpošanas laiku. Piemēram, apdares frēžu pārklājumā tas nodrošina ātru un stabilu griešanu.
• Silīcija karbīds (SiC): “Vadošais augstas temperatūras izturības rādītājs”! Tas var uzturēt stabilu veiktspēju virs 1600 ℃. Keramikas stāvoklī tā ķīmiskā stabilitāte ir ievērojama, un tas gandrīz nereaģē ar skābēm un sārmiem (izņemot dažus, piemēram, fluorūdeņražskābi). Tomēr trauslums ir izplatīta keramikas materiālu problēma. Neskatoties uz to, monokristāla silīcija karbīds (piemēram, 4H-SiC) ir uzlabojis izturību un atgriežas pusvadītājos un augstfrekvences ierīcēs. Piemēram, uz SiC bāzes izgatavoti keramikas instrumenti ir “labākie studenti” starp keramikas instrumentiem. Tiem ir augsta temperatūras izturība un ķīmiskā stabilitāte. Griežot augstas cietības sakausējumus (piemēram, uz niķeļa bāzes izgatavotus sakausējumus) un trauslus materiālus (piemēram, čugunu), tie nav pakļauti instrumentu iesprūšanai un lēni nodilst. Tomēr trausluma dēļ tie ir piemērotāki apdares apstrādei ar mazāk pārtrauktu griešanu un augstu precizitāti.
• Cementēts karbīds (WC – Co): “Augstākā līmeņa spēlētājs griešanas jomā”! Sākot ar virpām un beidzot ar CNC frēzēm, sākot no tērauda frēzēšanas līdz urbšanas akmeņiem, to var atrast visur. Cementēts karbīds ar zemu Co saturu (piemēram, YG3X) ir piemērots apdarei, savukārt karbīdam ar augstu Co saturu (piemēram, YG8) ir laba triecienizturība un tas viegli tiek galā ar rupju apstrādi. WC cietās fāzes ir atbildīgas par nodiluma “izturību”, un Co saistviela darbojas kā “līme”, kas satur WC daļiņas kopā, saglabājot gan cietību, gan izturību. Lai gan tā izturība pret augstu temperatūru nav tik laba kā pirmajām divām, tā līdzsvarotā kopējā veiktspēja padara to piemērotu plašam scenāriju klāstam, sākot no griešanas līdz nodilumizturīgām detaļām.

II. Pielietojuma jomas pilnā sparā

1. Griešanas instrumentu lauks

• Titāna karbīds (TiC)Bieži kalpo kā pārklājums instrumentiem! Īpaši cietais un nodilumizturīgais TiC pārklājums veido “aizsargbruņas” ātrgriezējtērauda un cementēta karbīda instrumentiem. Griežot nerūsējošo tēraudu un leģēto tēraudu, tas var izturēt augstu temperatūru un samazināt nodilumu, ievērojami pagarinot instrumenta kalpošanas laiku. Piemēram, apdares frēžu pārklājumā tas nodrošina ātru un stabilu griešanu.
• Silīcija karbīds (SiC): “Labākais students” starp keramikas instrumentiem! SiC bāzes keramikas instrumentiem ir augsta temperatūras izturība un ķīmiskā stabilitāte. Griežot augstas cietības sakausējumus (piemēram, niķeļa sakausējumus) un trauslus materiālus (piemēram, čugunu), tie nav pakļauti instrumentu iesprūšanai un lēnai nodilšanai. Tomēr trausluma dēļ tie ir piemērotāki apdares apstrādei ar mazāk pārtrauktu griešanu un augstu precizitāti.
• Cementēts karbīds (WC – Co)“Augstākā līmeņa spēlētājs griešanas jomā”! No virpām līdz CNC frēzēm, no frēzējamā tērauda līdz urbšanas akmeņiem — to var atrast visur. Cementēts karbīds ar zemu Co saturu (piemēram, YG3X) ir piemērots apdares darbiem, savukārt karbīdam ar augstu Co saturu (piemēram, YG8) ir laba triecienizturība un tas viegli tiek galā ar rupju apstrādi.

2. Nodilumizturīgu komponentu lauks

• Titāna karbīds (TiC): Precīzās veidnēs darbojas kā “nodiluma izturības čempions”! Piemēram, pulvermetalurģijas veidnēs, presējot metāla pulveri, TiC ieliktņi ir nodilumizturīgi un ar augstu precizitāti, nodrošinot, ka presētajām detaļām ir precīzi izmēri un labas virsmas, kā arī tās nav pakļautas “darbības traucējumiem” masveida ražošanas laikā.
• Silīcija karbīds (SiC)Apveltīts ar “dubultu pulēšanu” – nodilumizturību un izturību pret augstu temperatūru! No SiC keramikas izgatavoto augstas temperatūras krāšņu veltņi un gultņi nemīkst un nenodilst pat virs 1000 ℃. Turklāt no SiC izgatavotās smilšu strūklas iekārtu sprauslas var izturēt smilšu daļiņu triecienu, un to kalpošanas laiks ir vairākas reizes ilgāks nekā parastajām tērauda sprauslām.
• Cementēts karbīds (WC – Co): “Daudzpusīgs nodilumizturības eksperts”! Cementēta karbīda zobi raktuvju urbju uzgaļos var sasmalcināt akmeņus bez bojājumiem; cementēta karbīda griezēji uz vairoga darbgaldiem var izturēt augsni un smilšakmeni un var “saglabāt mieru” pat pēc tūkstošiem metru tuneļu rakšanas. Pat ekscentriskie riteņi mobilo tālruņu vibrācijas motoros ir atkarīgi no cementēta karbīda, lai nodrošinātu nodilumizturību un stabilu vibrāciju.

3. Elektronikas/pusvadītāju joma

• Titāna karbīds (TiC): Lietojams dažās elektroniskās sastāvdaļās, kurām nepieciešama augsta temperatūra un augsta nodilumizturība! Piemēram, lieljaudas elektronu lampu elektrodos TiC ir augsta temperatūras izturība, laba elektrovadītspēja un nodilumizturība, kas nodrošina stabilu darbību augstas temperatūras vidē un elektronisko signālu pārraidi.
• Silīcija karbīds (SiC)“Jauns favorīts pusvadītāju jomā”! SiC pusvadītāju ierīcēm (piemēram, SiC jaudas moduļiem) ir lieliska augstas frekvences, augsta sprieguma un augstas temperatūras veiktspēja. Izmantojot tās elektriskajos transportlīdzekļos un fotoelektriskajos invertoros, tās var ievērojami uzlabot efektivitāti un samazināt apjomu. Turklāt SiC plāksnes ir “pamats” augstas frekvences un augstas temperatūras mikroshēmu ražošanai, un tās ir ļoti gaidītas 5G bāzes stacijās un avionikā.
• Cementēts karbīds (WC – Co): “Precīzs instruments” elektroniskajā apstrādē! Cementēta karbīda urbji PCB urbšanai var būt ar diametru pat 0,1 mm un var urbt precīzi, viegli nelūstot. Cementēta karbīda ieliktņiem mikroshēmu iepakošanas veidnēs ir augsta precizitāte un nodilumizturība, nodrošinot precīzu un stabilu mikroshēmu tapu iepakošanu.

III. Kā izvēlēties?

• Lai nodrošinātu ārkārtēju cietību un precīzu nodilumizturību→ Izvēlieties titāna karbīdu (TiC)! Piemēram, precīzijas veidņu pārklājumos un īpaši cietos instrumentu pārklājumos tas var “izturēt” nodilumu un saglabāt precizitāti.
• Augstas temperatūras izturībai, ķīmiskai stabilitātei vai darbam ar pusvadītājiem/augstfrekvences ierīcēm→ Izvēlieties silīcija karbīdu (SiC)! Tas ir neaizstājams augstas temperatūras krāšņu komponentiem un SiC jaudas mikroshēmām.
• Lai nodrošinātu līdzsvarotu kopējo veiktspēju, aptverot visu, sākot no griešanas līdz nodilumizturīgiem pielietojumiem→ Izvēlieties cementētu karbīdu (WC – Co)! Tas ir “daudzpusīgs spēlētājs”, kas aptver instrumentus, urbjus un nodilumizturīgas detaļas.