Wolframcarbid

Hohe Härte
Wolframkarbid ist ein extrem hartes Material, das nur noch von Diamant übertroffen wird. Aufgrund seiner Härte ist Wolframkarbid ein ideales Material für Schneid- und Bearbeitungswerkzeuge. Die Härte ist eine wichtige Eigenschaft von Wolframkarbid und wird mit dem Rockwell-Härteprüfgerät getestet. Ein spitzer Diamantstempel wird in das Wolframkarbid gedrückt und die Tiefe des Lochs ist ein Maß für die Härte. Bei der Herstellung von Wolframkarbid beeinflussen viele Faktoren die Härte, wie beispielsweise die Menge an Kobalt, die Korngröße, die Menge an Kohlenstoff und auch das Herstellungsverfahren.

Hoher Schmelzpunkt
Wolframkarbid hat einen Schmelzpunkt von etwa 5.700 Grad, was deutlich höher ist als der Schmelzpunkt der meisten anderen Metalle. Dieser hohe Schmelzpunkt macht Wolframkarbid ideal für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen. Aufgrund des hohen Schmelzpunkts kann Wolframkarbid nicht mit normaler Schmiedetechnologie hergestellt werden. Wolframkarbidprodukte werden pulvermetallurgisch durch Mischen, Mahlen, Verdichten, Sintern und Prüfen hergestellt.

Chemisch stabil
Wolframkarbid besteht aus Wolfram- und Kohlenstoffatomen, die beide gegenüber Sauerstoff und anderen Elementen stabil sind. Wolframkarbid ist äußerst beständig gegen chemische Angriffe und korrodiert in den meisten Umgebungen nicht. Diese chemische Inertheit macht Wolframkarbid zu einem idealen Material für den Einsatz in chemischen Verarbeitungsanlagen und Bereichen, in denen Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.

Niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
Der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient gibt an, wie stark sich das Wolframkarbid bei Erhitzung ausdehnt. Die Ausdehnung des Wolframkarbids folgt der Temperaturausdehnung. Je mehr Bindepulver im Wolframkarbid enthalten ist, desto höher ist die Wärmeausdehnung des Wolframkarbids. Wolframkarbid hat einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was bedeutet, dass es sich bei Erhitzung nur sehr wenig ausdehnt. Diese Eigenschaft macht Wolframkarbid ideal für Präzisionsinstrumente und Anwendungen, bei denen Dimensionsstabilität erforderlich ist.

Elektrisch leitfähig
Obwohl Wolframkarbid ein feuerfestes Metall ist, ist es aufgrund des in seiner Kristallstruktur vorhandenen Kohlenstoffs elektrisch leitfähig. Diese elektrische Leitfähigkeit macht Wolframkarbid ideal für elektrische Anwendungen wie Elektroden und Kontakte.

Die Eigenschaften von Wolframkarbid und Wolfram sind Elastizitätsmodul, Schermodul, Zugfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Härte (Rockwell A). Im Folgenden vergleichen wir die Eigenschaften der einzelnen Werkstoffe.

Tabelle 1: Vergleich der Materialeigenschaften zwischen Wolfram und Wolframkarbid

Ist Wolframkarbid stärker als Wolfram
Ja, Wolframkarbid ist im Allgemeinen stärker als reines Wolfram. Wolframkarbid ist eine Verbindung, die durch die Kombination von Wolfram und Kohlenstoff zu einem sehr harten und haltbaren Material hergestellt wird. Diese Verbindung weist außergewöhnliche Härte, Verschleißfestigkeit und Festigkeit auf und eignet sich daher für verschiedene industrielle Anwendungen, darunter Schneidwerkzeuge, Schleifmittel und Schmuck.

Wolfram hat bereits einen hohen Elastizitätsmodul, der höher ist als bei den meisten Stählen; Wolframkarbid hat einen noch höheren Elastizitätsmodul, was seine beeindruckende Steifigkeit zeigt. Die Steifigkeit von Materialien korreliert mit einem hohen Elastizitätsmodul, und die in Tabelle 1 gezeigten Werte beweisen, warum Wolframkarbid in Bezug auf die elastische Elastizität nur Diamanten nachsteht. Sein Elastizitätsmodul beträgt fast 700 GPa und liegt damit dicht hinter Diamant (Elastizitätsmodul von 1000 GPa), was sowohl seine Widerstandsfähigkeit gegen Verformung als auch seine Tendenz zum Zersplittern bei der Bearbeitung zeigt.

Der Schermodul ist das Verhältnis von Scherspannung zu Scherdehnung innerhalb einer Testprobe und wird oft als Schubmodul bezeichnet. Er ist untrennbar mit dem Elastizitätsmodul verbunden, da sie aus denselben Gleichungen abgeleitet werden und beide ein Maß für die Schubfestigkeit sind (eines ist eine Reaktion auf elastische oder lineare Spannungen gegenüber Scher- oder Querschnittsspannungen). Die Werte in Tabelle 1 sind ein weiterer Beweis für die beeindruckende Widerstandsfähigkeit von Wolfram. Zum Vergleich: Die meisten Stähle haben einen Schermodul von etwa 80 GPa, was nur halb so viel ist wie der von Wolfram und ein Drittel des Schermoduls von Wolframkarbid.

Die meisten Designer wählen Materialien natürlich aufgrund ihrer Festigkeit aus. Sowohl Wolfram als auch Wolframkarbid sind als robuste, extrem zähe Metalle bekannt – warum ist ihre Zugfestigkeit also so gering? Die Antwort liegt darin, dass diese Materialien von Natur aus spröde sind und ein interessantes Phänomen der Materialwissenschaft aufweisen. Aufgrund ihrer molekularen Steifheit sind spröde Materialien bei Druck viel, viel stärker als bei Zug (denken Sie an Ziegelwände: Sie können Tausende von Pfund Druck aushalten, aber haben Sie schon einmal ein Ziegelfachwerk gesehen?). Dieses Prinzip wird deutlich, wenn man die Druckfestigkeit dieser Materialien untersucht, insbesondere des weniger metallischen Wolframkarbids: Es hat eine Druckfestigkeit von 2683 MPa bei Raumtemperatur und behält seine Festigkeit auch bei extremen Temperaturschwankungen. Diese Eigenschaft kann man von Stahl nicht behaupten, dessen Druckfestigkeit erstens viel geringer ist und zweitens je nach Temperatur schwankt. Wenn man diese Tatsache kennt, ist es völlig klar, dass Wolfram niemals in Zuganwendungen verwendet werden sollte, aber in Druckanwendungen ein Top-Kandidat ist.