Czym jest węglik wolframu i jakie ma zastosowanie?

Jest twardszy niż stal, zachowuje właściwości mechaniczne w najwyższych temperaturach i doskonale sprawdza się tam, gdzie inne materiały zawodzą. Mowa oczywiście o węgliku wolframu. Czym się on charakteryzuje i dlaczego jest niezbędny w większości procesów technologicznych?

Węglik wolframu – co to jest?

Węglik wolframu to związek chemiczny zawierający równe części atomów wolframu i węgla. Przyjmuje postać proszku, który doskonale nadaje się do dalszych procesów chemicznych i fizycznych. Otrzymuje się go w wyniku reakcji wolframu metalicznego i węgla w temperaturze dochodzącej do 2000°C. Natomiast w celu produkcji powłok wykonanych z węglika poddaje się go spiekaniu oraz prasowaniu pod wpływem wysokiego ciśnienia.

Aby przygotować węglik wolframu do jego właściwego przeznaczenia, należy go odpowiednio uformować. Jest to możliwe wyłącznie przy użyciu jeszcze bardziej wytrzymałych materiałów, takich jak azotek boru czy proszek diamentowy.

Sam wolfram to pierwiastek wyróżniający się spośród innych najwyższą temperaturą topnienia oraz odpornością cieplną z jednoczesnym zachowaniem wytrzymałości, stąd jest pożądanym materiałem między innymi w stale rozwijającym się przemyśle nuklearnym.

Właściwości węglika wolframu

Cechy charakterystyczne węglika wolframu zależą od metody jego wytwarzania oraz przyjętych w trakcie tego procesu parametrów. Jednak wszystkie produkty końcowe cechują się dużą gęstością i twardością, są też niezwykle odporne na ściskanie i rozciąganie. Wysoka odporność na utlenianie i kwasy sprawia, że powłoki z nich wytworzone gwarantują podwyższoną odporność na korozję.

Właściwości węglika wolframu:

• moduł Younga: 530-700 GPa,

• temperatura topnienia: 2870°C, 

• temperatura wrzenia: 6000°C,

• maksymalna wytrzymałość na rozciąganie: 344 MPa,

• maksymalna wytrzymałość na ściskanie: 2,7 GPa,

• moduł sprężystości objętościowej: 655 GPa,

• moduł ścinania: 274 GPa,

• wysoka przewodność cieplna.

Jednym z najbardziej zaawansowanych zabiegów, jakiemu można poddawać węglik wolframu, jest sferoidyzacja plazmy. Węgliki wolframu wytwarzane standardowymi metodami osiągają średnią twardość na poziomie 2800-3200 HV. Jednak wyższa twardość wpływa automatycznie na zmniejszenie elastyczności materiału. Sferoidyzacja natomiast sprawia, że cząsteczki węglika przyjmują sferyczny kształt, co powoduje powstanie drobnych elementów składowych. Drobnoziarnistość podwyższa udarność materiału, zwiększając tym samym granicę plastyczności. W porównaniu do węglików wolframu wytwarzanych domyślnymi metodami, taki węglik osiąga twardość nawet do 3500 HV, przy zachowaniu stosunkowo wysokiej ciągliwości.

Najważniejsze zastosowania węglika

Węglik wolframu jest stosowany nie tylko w przemyśle ciężkim, ale również w produkcji przedmiotów codziennego użytku. Gdzie go znajdziemy?

Obróbka skrawaniem i górnictwo

Główne zastosowanie węglik wolframu znajduje w produkcji węglika spiekanego, z którego wytwarzana jest niezwykle wytrzymała powłoka narzędzi służących do obróbki skrawaniem. Formowanie wymagających materiałów, takich jak stale nierdzewne, stanowi wyzwanie dla nowoczesnej technologii. Zakłady produkcyjne zużywają rocznie setki ton odpadów w postaci półfabrykatów, takich jak frezy czy wiertła. Sprzedawanie ich na skup węglika spiekanego pozwala firmom zaoszczędzić dziesiątki tysięcy złotych.

Narzędzia z węglikiem są również niezbędne w przemyśle górniczym – skuteczne przebijanie się przez masy skalne jest możliwe wyłącznie dzięki niezwykle wytrzymałym narzędziom.

Narzędzia chirurgiczne i biżuteria

Powszechne staje się zastosowanie węglika w produkcji biżuterii. To prawdziwa gratka dla osób, które preferują styl High-Tech. Wyroby jubilerskie wykonane z tego materiału są odporne na wszelkie uszkodzenia mechaniczne. Niestety, węglików nie poddaje się obróbce plastycznej, więc nie można zmienić rozmiaru gotowego produktu.

Narzędzia z węglikiem wolframu wykazują podobne cechy, co wykonane ze stali nierdzewnej – z tą różnicą, że znacznie dłużej zachowują pożądane właściwości. Dlatego producenci przyrządów medycznych chętnie wytwarzają wszelkiego rodzaju igły, nożyczki czy szczypce pokryte tym materiałem, aby wydłużyć ich żywotność.

Wykorzystanie węglika wolframu w przemyśle jądrowym

Od narzędzi chirurgicznych zależy w danej chwili zdrowie i życie jednej osoby. Gdy mówimy o przemyśle jądrowym, chodzi już o bezpieczeństwo setek tysięcy ludzi. Duża gęstość wolframu sprawia, że jego węgliki są doskonałymi reflektorami neuronów stosowanymi w reaktorach jądrowych. Zapewniają bezpieczeństwo reakcji łańcuchowych zachodzących wewnątrz urządzenia i służą ochronie przed promieniowaniem.

Statystyka jest nieubłagana – stopień recyklingu wolframu wynosi około 40%, a naturalne złoża z każdym rokiem maleją. Tylko świadome zarządzanie odpadami przemysłowymi i zdawanie zbytecznych części na skup wolframu pozwoli jak najdłużej wykorzystać możliwości, jakie ten pierwiastek otwiera przed nowoczesną technologią.