Karbidni prah, svestrana klasa materijala karakterizirana njihovom ekstremnom tvrdoćom, visokim taljenim točkama i izvrsnom otpornošću na habanje, igra ključnu ulogu u brojnim industrijskim primjenama. Ova svojstva proizlaze iz jake kovalentne i ionske veze između ugljika i metala ili metaloidnog elementa. Specifična svojstva i na taj način primjene značajno se razlikuju ovisno o metalnom elementu, što dovodi do različitih raspona karbidnih prahova s prilagođenim karakteristikama.
Uobičajene vrste i svojstva
Najčešće se susreću s karbidnim praškama uključuju:
-
Volfram karbid (WC): Možda je najčešće korišteni karbidni prah, volfram -karbid poznat po svojoj izuzetnoj tvrdoći, usporedivom s dijamantom i visokom pritiskom. Zadržava svoju tvrdoću na povišenim temperaturama, što je idealno za okruženje visokog napona, visoke temperature. Često se kombinira s kobaltnim vezivima za formiranje cementiranog karbida.
-
Silicijski karbid (sic): Ovaj karbid ističe svoju izvrsnu toplinsku vodljivost, visoku čvrstoću na visokim temperaturama i kemijsku inertnost. Također pokazuje dobru otpornost na oksidaciju.
-
Titanium karbid (tic): Titanium karbid ima veliku tvrdoću, dobru električnu vodljivost i izvrsnu toplinsku stabilnost. Također nudi dobar otpor korozije.
-
Krom karbid (CR3C2): Poznat po izvanrednoj korozijskoj i oksidacijskoj otpornosti, posebno na visokim temperaturama, kromov karbid također pruža dobru otpornost na habanje.
-
Boron Carbide (B4C): Kao jedan od najtežih materijala koji je stvorio čovjek, boron karbid posjeduje nisku gustoću, presjek visoke neutronske apsorpcije i izvrsnu otpornost na habanje.
Ključne aplikacije u industrijama
Jedinstvena svojstva karbidnih prahova omogućuju njihovu upotrebu u širokom spektru zahtjevnih aplikacija:
1. Alat za rezanje i nosite dijelove
Ovo je vjerojatno najveće područje aplikacije za karbidne praške, posebno volfram karbid. Cementirani karbidi (sinterirani kompoziti karbidnog praha i metalnog veziva poput kobalta) neophodni su za:
-
Obrada: Umetnite, bušilice, krajnje mlinice i remere za rezanje metala, drva i kompozita. Njihova tvrdoća i otpornost na habanje osiguravaju dug vijek trajanja alata i visoku preciznost.
-
Rudarstvo i konstrukcija: Izbušite komadiće, zubi za planiranje cesta i nošenje tanjura za iskopavanje i razbijanje čvrstih materijala poput stijene, betona i asfalta.
-
Alati za formiranje: Umire i udaraju za crtanje žice, pritiskanje pudera i oblikovanje metala, imaju koristi od njihove visoke tlačne čvrstoće i otpornosti na habanje.
2. Abrazivi i poliranje
Ekstremna tvrdoća karbidnih prahova čini ih izvrsnim abrazivnim materijalima:
-
Kotači za mljevenje: Silikonski karbid i boron karbid koriste se u kotačima za mljevenje za oštrenje alata i preradu tvrdih materijala.
-
Lapping i poliranje: Plod s finim karbidima koriste se u kalupima za precizno pucanje i poliranje optike, poluvodiča i metalurških uzoraka.
3. Prijave s visokim temperaturama
Visoke točke taljenja i toplinska stabilnost karbida čine ih pogodnim za ekstremna toplinska okruženja:
-
Lopovi: Silicijski karbid koristi se u vatrostalnim oblogama za peći i peći zbog visokog otpora toplinskog udara i čvrstoće na povišenim temperaturama.
-
Komponente peći: Elementi grijanja i strukturne komponente u peći s visokim temperaturama koriste silicij karbid i druge karbide.
-
Termalni prevlaci za sprej: Karbidni prahovi, posebno volfram karbid i kromov karbid, koriste se za stvaranje prevlaka otpornih na habanje i korozije na turbinskim lopaticama, komponentama motora i industrijskim strojevima kroz procese toplinskog raspršivanja poput HVOF-a (gorivo za kisik visoke boje).
4. oklop i balistika
Iznimni omjer tvrdoće i visoke snage i težine određenih karbida doprinose njihovoj upotrebi u zaštitnim primjenama:
-
Tijelo oklop: Boron karbid i silicijski karbid koriste se u laganim keramičkim oklopnim pločama za osobnu zaštitu i oklop za vozila zbog njihove sposobnosti da pobijedi projektile velike brzine.
-
Protemni prsluci: Keramički umetci izrađeni od karbidnih prahova pružaju kritičnu zaštitu u balističkim prslucima.
5. nuklearne primjene
Neki karbidi posjeduju jedinstvena svojstva relevantna za nuklearnu industriju:
-
Neutronski apsorberi: Presjek visoke apsorpcije neutrona Boron Carbide čini ga vrijednim u kontrolnim šipkama za nuklearne reaktore, gdje pomaže u regulaciji procesa fisije.
-
Nuklearno gorivo: Uranij karbid i plutonijev karbid istražuju se kao potencijalna nuklearna goriva zbog velike toplinske vodljivosti i gustoće.
6. Napredna keramika i kompoziti
Karbidni puderi su temeljni u proizvodnji naprednih keramičkih komponenti i kompozita metalne matrice:
-
Strukturna keramika: Silicijski karbid je ključni materijal za strukturnu keramiku visokih performansi koja se koristi u zrakoplovnim, automobilskim i industrijskim primjenama koji zahtijevaju visoku čvrstoću, krutost i temperaturnu otpornost.
-
Metalna matrica kompoziti (MMCS): Čestice karbida ugrađene su u metalne matrice kako bi se poboljšala tvrdoća, otpornost na habanje i čvrstoća visoke temperature.
Budućnost tehnologije karbide praha
Istraživanje i razvoj tehnologije karbidnog praha i dalje gura granice. Inovacije su usredotočene na razvoj novih ruta sinteze za proizvodnju finih, ujednačenih praha, istraživanje novih sastava karbida s poboljšanim svojstvima i optimizacije tehnika obrade poput aditivne proizvodnje (3D ispis) za složene komponente karbida. Ovi napredak obećava čak i šire primjene za ove izvanredne materijale u industrijama u rasponu od zrakoplovne i energije do biomedicinske i elektronike.
