Značilnosti in uporaba titanovega karbida, silicijevega karbida in cementiranih karbidnih materialov

V »materialnem vesolju« industrijske proizvodnje so titanov karbid (TiC), silicijev karbid (SiC) in cementirani karbid (običajno na osnovi volframovega karbida – kobalta itd.) trije sijoči »zvezdniški materiali«. S svojimi edinstvenimi lastnostmi igrajo ključno vlogo na različnih področjih. Danes si bomo podrobneje ogledali razlike v lastnostih med temi tremi materiali in scenarije, v katerih blestijo!

I. Neposredna primerjava lastnosti materialov

Vrsta materiala	Trdota (referenčna vrednost)	Gostota (g/cm³)	Odpornost proti obrabi	Odpornost na visoke temperature	Kemijska stabilnost	Trdoživost
Titanov karbid (TiC)	2800 – 3200 HV	4,9 – 5,3	Odlično (prevladujejo težke faze)	Stabilno pri ≈1400 ℃	Odporno na kisline in alkalije (razen močnih oksidativnih kislin)	Relativno nizka (krhkost je bolj izrazita)
Silicijev karbid (SiC)	2500 – 3000HV (za SiC keramiko)	3.1 – 3.2	Izjemno (podkrepljeno s strukturo kovalentnih vezi)	Stabilno pri ≈1600℃ (v keramičnem stanju)	Izjemno močna (odporna na večino kemičnih medijev)	Zmerna (krhka v keramičnem stanju; monokristali imajo žilavost)
Cementirani karbid (na primer WC-Co)	1200 – 1800 HV	13 – 15 (za serijo WC – Co)	Izjemno (trde faze WC + kobaltovo vezivo)	≈800 – 1000 ℃ (odvisno od vsebnosti Co)	Odporno na kisline, alkalije in abrazivno obrabo	Relativno dobro (faza kobaltnega veziva poveča žilavost)

Razčlenitev nepremičnine:

• Titanov karbid (TiC)Njegova trdota je blizu trdoti diamanta, zaradi česar spada v družino super trdih materialov. Visoka gostota omogoča natančno pozicioniranje v preciznih orodjih, ki zahtevajo "utežitev". Vendar pa je zelo krhek in nagnjen k odkruškom pri udarcih, zato je bolj primeren za statične scenarije rezanja z nizkim udarcem/odpornosti proti obrabi. Pogosto se na primer uporablja kot premaz na orodjih. Premaz TiC je super trd in odporen proti obrabi, podobno kot "zaščitni oklep" na hitroreznih jeklih in orodjih iz cementiranega karbida. Pri rezanju nerjavečega in legiranega jekla lahko prenese visoke temperature in zmanjša obrabo, kar znatno podaljša življenjsko dobo orodja. Na primer, pri premazu finih rezkarjev omogoča hitro in stabilno rezanje.
• Silicijev karbid (SiC): »Vrhunski izvajalec pri odpornosti na visoke temperature«! Lahko vzdržuje stabilno delovanje nad 1600 ℃. V keramičnem stanju je njegova kemijska stabilnost izjemna in komaj reagira s kislinami in alkalijami (razen nekaj, kot je fluorovodikova kislina). Vendar pa je krhkost pogosta težava pri keramičnih materialih. Kljub temu ima monokristalni silicijev karbid (kot je 4H-SiC) izboljšano žilavost in se vrača v polprevodnike in visokofrekvenčne naprave. Na primer, keramična orodja na osnovi SiC so »najboljši učenci« med keramičnimi orodji. Imajo visoko temperaturno odpornost in kemično stabilnost. Pri rezanju zlitin visoke trdote (kot so zlitine na osnovi niklja) in krhkih materialov (kot je lito železo) niso nagnjena k zatikanju orodja in se počasneje obrabljajo. Zaradi krhkosti pa so bolj primerna za končno obdelavo z manj prekinjenim rezanjem in visoko natančnostjo.
• Cementirani karbid (WC – Co): »Vrhunski igralec na področju rezanja«! Od stružnic do CNC rezkarjev, od rezkanja jekla do vrtanja kamna, ga najdemo povsod. Cementirana karbidna trdina z nizko vsebnostjo Co (kot je YG3X) je primerna za fino obdelavo, medtem ko ima tista z visoko vsebnostjo Co (kot je YG8) dobro odpornost na udarce in z lahkoto obvladuje grobo obdelavo. Trde faze WC so odgovorne za »prenehanje« obrabe, vezivo Co pa deluje kot »lepilo«, ki drži delce WC skupaj in ohranja tako trdoto kot žilavost. Čeprav njegova odpornost na visoke temperature ni tako dobra kot pri prvih dveh, ga njegova uravnotežena splošna zmogljivost naredi primernega za širok spekter scenarijev, od rezanja do komponent, odpornih proti obrabi.

II. Področja uporabe v polnem teku

1. Polje rezalnega orodja

• Titanov karbid (TiC)Pogosto služi kot premaz na orodjih! Super trda in proti obrabi odporna prevleka TiC zagotavlja "zaščitni oklep" na orodjih iz hitroreznega jekla in cementiranega karbida. Pri rezanju nerjavečega in legiranega jekla lahko prenese visoke temperature in zmanjša obrabo, kar znatno podaljša življenjsko dobo orodja. Na primer, pri prevleki finih rezkarjev omogoča hitro in stabilno rezanje.
• Silicijev karbid (SiC): »Najboljši študent« med keramičnimi orodji! Keramična orodja na osnovi SiC imajo visoko temperaturno odpornost in kemično stabilnost. Pri rezanju visokotrdnih zlitin (kot so zlitine na osnovi niklja) in krhkih materialov (kot je lito železo) niso nagnjena k zatikanju orodja in se počasneje obrabljajo. Zaradi krhkosti pa so bolj primerna za končno obdelavo z manj prekinjenim rezanjem in visoko natančnostjo.
• Cementirani karbid (WC – Co): »Vrhunski igralec na področju rezanja«! Od stružnic do CNC rezkarjev, od rezkanja jekla do vrtanja kamna, ga najdemo povsod. Cementirana karbidna trdina z nizko vsebnostjo Co (kot je YG3X) je primerna za fino obdelavo, medtem ko ima tista z visoko vsebnostjo Co (kot je YG8) dobro udarno odpornost in z lahkoto obvladuje grobo obdelavo.

2. Polje komponent, odpornih proti obrabi

• Titanov karbid (TiC)Deluje kot »prvak v odpornosti proti obrabi« v preciznih kalupih! Na primer, v kalupih za prašno metalurgijo so pri stiskanju kovinskega prahu TiC vložki odporni proti obrabi in imajo visoko natančnost, kar zagotavlja, da imajo stisnjeni deli natančne dimenzije in dobre površine ter niso nagnjeni k »okvaram« med množično proizvodnjo.
• Silicijev karbid (SiC)Obdarjeni z "dvojno zaščito" odpornosti proti obrabi in visokim temperaturam! Valjčki in ležaji v visokotemperaturnih pečeh iz SiC keramike se ne zmehčajo ali obrabijo niti nad 1000 ℃. Tudi šobe v opremi za peskanje iz SiC lahko prenesejo udarce peščenih delcev, njihova življenjska doba pa je nekajkrat daljša od življenjske dobe navadnih jeklenih šob.
• Cementirani karbid (WC – Co): »Vsestranski strokovnjak za odpornost proti obrabi«! Zobje iz cementiranega karbida v rudniških svedrih lahko zdrobijo kamnine brez poškodb; rezila iz cementiranega karbida na ščitnih obdelovalnih strojih so odporna na tla in peščenjak ter lahko »ohranijo mirnost« tudi po več tisoč metrih predora. Celo ekscentrična kolesa v vibracijskih motorjih mobilnih telefonov se za odpornost proti obrabi zanašajo na cementirani karbid, ki zagotavlja stabilne vibracije.

3. Področje elektronike/polprevodnikov

• Titanov karbid (TiC)Pojavlja se v nekaterih elektronskih komponentah, ki zahtevajo visoko temperaturno odpornost in visoko odpornost proti obrabi! Na primer, v elektrodah visokonapetostnih elektronskih cevi ima TiC visoko temperaturno odpornost, dobro električno prevodnost in odpornost proti obrabi, kar omogoča stabilno delovanje v visokotemperaturnih okoljih in zagotavlja prenos elektronskih signalov.
• Silicijev karbid (SiC): »Novi favorit med polprevodniki«! Polprevodniške naprave SiC (kot so napajalni moduli SiC) imajo odlično visokofrekvenčno, visokonapetostno in visokotemperaturno delovanje. Pri uporabi v električnih vozilih in fotonapetostnih razsmernikih lahko znatno izboljšajo učinkovitost in zmanjšajo količino. SiC rezine so tudi »temelj« za izdelavo visokofrekvenčnih in visokotemperaturnih čipov ter so zelo pričakovane v baznih postajah 5G in avioniki.
• Cementirani karbid (WC – Co): »Natančno orodje« v elektronski obdelavi! Svedri iz cementiranega karbida za vrtanje tiskanih vezij imajo lahko premer le 0,1 mm in lahko vrtajo natančno, ne da bi se zlahka zlomili. Vložki iz cementiranega karbida v kalupih za pakiranje čipov imajo visoko natančnost in odpornost proti obrabi, kar zagotavlja natančno in stabilno pakiranje nožic čipov.

III. Kako izbrati?

• Za izjemno trdoto in natančno odpornost proti obrabi→ Izberite titanov karbid (TiC)! Na primer, pri premazih za precizne kalupe in supertrdih premazih za orodja lahko "prenese" obrabo in ohrani natančnost.
• Za odpornost na visoke temperature, kemijsko stabilnost ali delo na polprevodnikih/visokofrekvenčnih napravah→ Izberite silicijev karbid (SiC)! Nepogrešljiv je za visokotemperaturne komponente peči in SiC čipe.
• Za uravnoteženo splošno zmogljivost, ki pokriva vse od rezanja do aplikacij, odpornih proti obrabi→ Izberite cementirano karbidno trdino (WC-Co)! Je »vsestranski igralec«, ki zajema orodja, svedre in dele, odporne proti obrabi.