Czym jest węglik wolframu i jakie ma zastosowanie?

Jest twardszy niż stal i zachowuje swoje właściwości mechaniczne w wysokich temperaturach. Doskonale sprawdza się tam, gdzie inne materiały zawodzą. Mowa oczywiście o węgliku wolframu.

Czym się charakteryzuje i dlaczego jest tak ważny w większości procesów technologicznych? Odpowiedzi na te pytania oraz wiele innych informacji znajdziesz w poniższym artykule.

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.

Chcąc przygotować węglik wolframu do jego właściwego przeznaczenia, należy go odpowiednio uformować. Można to osiągnąć tylko 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.

Charakterystyka węglika wolframu

Cechy węglika wolframu są determinowane przez zastosowaną metodę produkcji. Wybór technologii i parametry obróbcze mają wpływ na poziom jego twardości i odporność na ścieranie.

Wysoka odporność na utlenianie i działanie kwasów sprawia, że powłoki wykonane z węglika wolframu zapewniają zwiększoną 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 najczęściej możemy go znaleźć?

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.

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 wykorzystują węglik wolframu do produkcji igieł, nożyczek czy szczypców.

Wykorzystanie węglika wolframu w przemyśle jądrowym

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 oraz oddawanie zbędnych części na skup wolframu pozwoli na optymalne wykorzystanie tego cennego surowca. Takie działania pomagają maksymalnie wydłużyć jego przydatność w nowoczesnej technologii.