Cacbua Vonfram

Độ cứng cao
Cacbua vonfram là vật liệu cực kỳ cứng, chỉ sau kim cương. Độ cứng của cacbua vonfram khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho các công cụ cắt và gia công. Độ cứng là một tính chất quan trọng của cacbua vonfram, được kiểm tra bằng Máy kiểm tra độ cứng Rockwell. Một mũi kim cương nhọn được ép vào cacbua vonfram và độ sâu của lỗ là thước đo độ cứng. Trong quá trình sản xuất cacbua vonfram, nhiều yếu tố sẽ ảnh hưởng đến độ cứng, chẳng hạn như lượng coban, kích thước hạt, lượng cacbon và cả quy trình sản xuất.

Điểm nóng chảy cao
Cacbua vonfram có điểm nóng chảy khoảng 5.700 độ, cao hơn đáng kể so với điểm nóng chảy của hầu hết các kim loại khác. Điểm nóng chảy cao này làm cho cacbua vonfram lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng nhiệt độ cao. Điểm nóng chảy cao làm cho cacbua vonfram không thể được sản xuất bằng công nghệ rèn thông thường. Các sản phẩm cacbua vonfram được sản xuất bằng luyện kim bột, thông qua trộn, nghiền, nén, thiêu kết và kiểm tra.

Ổn định về mặt hóa học
Cacbua vonfram được tạo thành từ các nguyên tử vonfram và cacbon, cả hai đều ổn định với oxy và các nguyên tố khác. Cacbua vonfram có khả năng chống chịu hóa chất cao và không bị ăn mòn trong hầu hết các môi trường. Tính trơ về mặt hóa học này khiến cacbua vonfram trở thành vật liệu lý tưởng để sử dụng trong thiết bị xử lý hóa chất và các khu vực cần khả năng chống ăn mòn.

Hệ số giãn nở nhiệt thấp
Hệ số giãn nở nhiệt trung bình biểu thị lượng giãn nở khi cacbua vonfram được nung nóng. Sự giãn nở của cacbua vonfram tuân theo sự giãn nở của nhiệt độ. Càng nhiều bột chất kết dính trong cacbua vonfram, thì sự giãn nở nhiệt của cacbua vonfram sẽ càng cao. Cacbua vonfram có hệ số giãn nở nhiệt rất thấp, nghĩa là nó giãn nở rất ít khi được nung nóng. Tính chất này làm cho cacbua vonfram trở nên lý tưởng cho các dụng cụ và ứng dụng chính xác đòi hỏi sự ổn định về kích thước.

Dẫn điện
Mặc dù là kim loại chịu lửa, cacbua vonfram có tính dẫn điện do có cacbon trong cấu trúc tinh thể của nó. Tính dẫn điện này làm cho cacbua vonfram lý tưởng cho các ứng dụng điện như điện cực và tiếp điểm.

Các tính chất của cacbua vonfram và vonfram là mô đun đàn hồi, mô đun cắt, độ bền kéo, độ dẫn nhiệt và độ cứng (Rockwell A). Dưới đây, chúng tôi so sánh các tính chất của từng loại.

Bảng 1: So sánh tính chất vật liệu giữa Vonfram và Cacbua Vonfram

Cacbua Vonfram có mạnh hơn Vonfram không
Có, cacbua vonfram thường mạnh hơn vonfram nguyên chất. Cacbua vonfram là hợp chất được tạo ra bằng cách kết hợp vonfram với cacbon để tạo thành vật liệu rất cứng và bền. Hợp chất này có độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ bền đặc biệt, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau, bao gồm dụng cụ cắt, vật liệu mài mòn và đồ trang sức.

Vonfram đã có mô đun đàn hồi lớn, lớn hơn hầu hết các loại thép; cacbua vonfram có mô đun đàn hồi thậm chí còn lớn hơn, cho thấy độ cứng ấn tượng của nó. Độ cứng của vật liệu tương quan với mô đun đàn hồi lớn và các giá trị thể hiện trong Bảng 1 chứng minh tại sao cacbua vonfram chỉ đứng sau kim cương về khả năng phục hồi đàn hồi. Mô đun đàn hồi của nó gần 700 GPa, chỉ sau kim cương (mô đun đàn hồi 1000 GPa), cho thấy cả khả năng chống biến dạng cũng như xu hướng vỡ vụn khi gia công.

Mô đun cắt là tỷ số giữa ứng suất cắt và biến dạng cắt trong mẫu thử và thường được gọi là mô đun độ cứng. Nó có liên quan mật thiết đến mô đun đàn hồi vì chúng được suy ra từ cùng một phương trình và đều là phép đo độ cứng (một là phản ứng với ứng suất đàn hồi hoặc ứng suất tuyến tính so với ứng suất cắt hoặc ứng suất cắt ngang). Các giá trị trong Bảng 1 là thêm bằng chứng cho thấy khả năng chống chịu ấn tượng mà vonfram cung cấp. Để tham khảo, hầu hết các loại thép đều có mô đun cắt khoảng 80 GPa, chỉ bằng một nửa của vonfram và bằng một phần ba của mô đun cắt của cacbua vonfram.

Hầu hết các nhà thiết kế đều lựa chọn vật liệu dựa trên độ bền của chúng. Cả vonfram và cacbua vonfram đều được biết đến là những kim loại cứng cáp, cực kỳ bền – vậy tại sao độ bền kéo của chúng lại thấp như vậy? Câu trả lời là do bản chất của những vật liệu này giòn và cho thấy một hiện tượng khoa học vật liệu thú vị. Do độ cứng phân tử của chúng, các vật liệu giòn mạnh hơn nhiều khi nén so với khi kéo (hãy nghĩ đến những bức tường gạch: chúng có thể chịu được hàng nghìn pound khi nén nhưng bạn đã từng nhìn thấy một giàn gạch chưa?). Nguyên lý này trở nên rõ ràng khi kiểm tra độ bền nén của những vật liệu này, đặc biệt là cacbua vonfram ít kim loại hơn: Nó có độ bền nén là 2683 MPa ở nhiệt độ phòng và giữ nguyên độ bền qua những thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt. Không thể nói cùng một đặc điểm này đối với thép, vì độ bền nén của nó trước hết thấp hơn nhiều và thứ hai, dao động dựa trên nhiệt độ. Biết được sự thật này, thì rất rõ ràng rằng vonfram không bao giờ nên được sử dụng trong các ứng dụng kéo nhưng là ứng cử viên hàng đầu trong các ứng dụng nén.