Карбид вольфрама

Карбид вольфрама
Общие
Химическая формула	WC
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	твёрдое
Молярная масса	195.86 г/моль
Плотность	15.8 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	2870 °C
Температура кипения	6000 °C
Классификация
Рег. номер CAS	12070-12-1

Карбид вольфрама (WC — монокарбид вольфрама) — химическое соединение углерода и вольфрама, керамика^[1]. Является одной из самых твёрдых из известных ныне керамик (9 по шкале Мооса, HRC около 90 единиц) — по твёрдости он сравним с алмазом. Кроме твёрдости, карбид вольфрама отличается высокой температурой плавления, износостойкостью, хорошей стойкостью к окислению.

Благодаря исключительно высокой твёрдости активно используется для изготовления сердечников бронебойных снарядов и режущего инструмента.

Физические свойства

Гранулированный карбид вольфрама при нормальных условиях представляет собой серый порошок с металлическим блеском, нерастворимый в воде.
Плотность порядка 15,8 г/см³;
температура плавления — 2870 °C^[2];
твёрдость по Роквеллу от 87 до 92 единиц;
модуль упругости 450÷650 ГПа^[3];
тепловой эффект-8,4+/-0,2 ккал/моль;
стандартная энтропия-8,5+/-1,5 кал/(моль*град);
энтропия образования из элементов- -0,31 кал/(моль*град);
теплоемкость (при температуре 293 К) составляет 8,53 кал/(моль*град);
теплопроводность (при температуре 25 град.) 0,07 кал/(см*с*град);
коэффициент термического расширения 3,84(3,9)*10⁶ град^-1;
характеристическая температура (температура Дебая) 493 К;
удельное электросопротивление (при Т=20⁰С)19,2+/-0,3 мкОм*см;
удельная электропроводность - 52200 Ом^-1*см^-1;
коэффициент электросопротивления (при Т=20-1500⁰С) +0,495*10^-3 град^-1;
коэффициент т.э.д.с. составляет -23,3 мкВ/град; работа выхода 3,6 эВ;
постоянная Ричардсона 2,7 А/(см²*град²);
постоянная Холла -21,8+/-0,3 см³/к*10⁴;
коэффициент электронной теплоемкости 0,79 мДж/(моль*град²).

Структура

Известны две формы WC, гексагональная, α-WC, и кубическая, высокотемпературная форма, β-WC.

Применение

Карбид вольфрама активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости, а также для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента. Твёрдый сплав, известный как «победит», «рэлит», на 90 % состоит из карбида вольфрама.

Активно применяется в газотермическом напылении и наплавке в виде порошкового материала для создания износостойких покрытий. Один из основных материалов, использующихся для замены гальванического хромирования методом высокоскоростного газопламенного напыления.

Особо следует выделить использование карбида вольфрама для изготовления сердечников бронебойных пуль и снарядов. Сейчас этот материал является доминирующим в данном применении, однако в последнее время в ряде стран он вытесняется обеднённым ураном.

Применяется при производстве сверхпрочных шариков для шариковых ручек размером 1 мм. Полировка этих шариков проводится в специальной машине на протяжении нескольких дней с использованием малого количества алмазной пасты.

Применяется для изготовления браслетов для дорогих швейцарских часов. Также карбид вольфрама приобрёл большую популярность при изготовлении ювелирных изделий — колец, кулонов — в которых его износостойкость позволяет гарантировать «вечный» блеск изделий.

Карбид вольфрама используется в виде подложки для платинового катализатора^[4].

Также используется при изготовлении торцевых уплотнений валов механизмов (например в насосах) в случаях, когда контактирующая среда имеет высокую абразивность и/или вязкость.

Токсичность

Карбид вольфрама химически инертен, поэтому изделия из него не представляют опасности для человека при нормальных условиях. Летальная доза карбида вольфрама для человека не определена.

Исследования, проведённые Дрезденским техническим университетом, Лейпцигским центром им. Гельмгольца по проблемам окружающей среды и Фраунгоферовским институтом керамических технологий и систем показали, что нанопыль карбида вольфрама может проникать в клетки живых организмов. При этом собственно частицы вольфрама нетоксичны, однако при соединении с кобальтом в определённых концентрациях, они могут представлять опасность для здоровья клеток^[5]. При долговременном регулярном поступлении пыли карбида вольфрама и кобальта в организм может возникать фиброз^[6].

См. также

• Бориды

Примечания

1. ↑ http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/vcpi/TvM/2010_53/st003.pdf Геворкян Э.С., Гуцаленко Ю.Г., Генезис экспансии семикарбида вольфрама в вольфрамокерамических инструментальных композитах горячего прессования с электроконсолидацией нанопорошков на монокарбидной основе,Харьков, 2010
2. ↑ Вольфрам — свойства химических элементов
3. ↑ Elastic Properties and Young Modulus for some Materials
4. ↑ Дмитрий Сафин Представлен малозатратный способ электролитического получения водорода  (рус.). Компьюлента (15 октября 2010). — Подготовлено по материалам Wiley. Проверено 16 октября 2010.
5. ↑ 15.04.2009 Опасна ли для здоровья нанопыль карбида вольфрама? Российский электронный наножурнал (нанотехнологии и их применение)
6. ↑ Вольфрам. W.

Ссылки

• Вольфрам Книги. Наука и техника.
• Порошок СВС-карбида вольфрама
• Рэлит. Общие сведения