У «матеріальному всесвіті» промислового виробництва карбід титану (TiC), карбід кремнію (SiC) та твердий сплав (зазвичай на основі карбіду вольфраму – кобальту тощо) є трьома яскравими «зірковими матеріалами». Завдяки своїм унікальним властивостям вони відіграють ключову роль у різних галузях. Сьогодні ми детально розглянемо відмінності у властивостях цих трьох матеріалів та сценарії, в яких вони переважають!
I. Порівняння властивостей матеріалів
| Тип матеріалу | Твердість (довідкове значення) | Густина (г/см³) | Зносостійкість | Стійкість до високих температур | Хімічна стабільність | Міцність |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Карбід титану (TiC) | 2800 – 3200HV | 4.9 – 5.3 | Відмінно (переважають складні фази) | Стабільний при ≈1400℃ | Стійкий до кислот і лугів (крім сильних окислювальних кислот) | Відносно низький (крихкість більш помітна) |
| Карбід кремнію (SiC) | 2500 – 3000HV (для SiC-кераміки) | 3.1 – 3.2 | Видатний (підкріплений структурою ковалентних зв'язків) | Стабільний при ≈1600℃ (у керамічному стані) | Надзвичайно міцний (стійкий до більшості хімічних середовищ) | Помірний (крихкий у керамічному стані; монокристали мають в'язкість) |
| Цементований карбід (наприклад, WC-Co) | 1200 – 1800HV | 13 – 15 (для серії WC – Co) | Винятковий (тверді фази WC + кобальтове сполучне) | ≈800 – 1000℃ (залежно від вмісту Co) | Стійкий до кислот, лугів та абразивного зносу | Відносно добре (фаза кобальтового зв'язуючого матеріалу підвищує в'язкість) |
Розподіл власності:
- Карбід титану (TiC)Його твердість близька до твердості алмазу, що робить його членом родини надтвердих матеріалів. Його висока щільність дозволяє точно позиціонувати матеріал у точних інструментах, які потребують «обважнення». Однак він має високу крихкість і схильний до сколів під час ударів, тому більше підходить для статичних, низькоударних/зносостійких сценаріїв різання. Наприклад, його часто використовують як покриття на інструментах. Покриття TiC є надтвердим і зносостійким, подібно до створення «захисної броні» на інструментах з швидкорізальної сталі та твердосплавних сплавів. Під час різання нержавіючої та легованої сталі воно може витримувати високі температури та зменшувати знос, значно подовжуючи термін служби інструменту. Наприклад, у покритті чистових фрез воно забезпечує швидке та стабільне різання.
- Карбід кремнію (SiC): «Найкращий показник стійкості до високих температур»! Він може підтримувати стабільну продуктивність за температур вище 1600℃. У керамічному стані його хімічна стабільність вражає, і він майже не реагує з кислотами та лугами (за винятком кількох, таких як плавикова кислота). Однак крихкість є поширеною проблемою для керамічних матеріалів. Тим не менш, монокристалічний карбід кремнію (наприклад, 4H-SiC) має покращену в'язкість і повертається в напівпровідники та високочастотні пристрої. Наприклад, керамічні інструменти на основі SiC є «найкращими учнями» серед керамічних інструментів. Вони мають стійкість до високих температур і хімічну стабільність. Під час різання високотвердих сплавів (таких як сплави на основі нікелю) та крихких матеріалів (таких як чавун) вони не схильні до заїдання інструменту та мають повільний знос. Однак через крихкість вони більше підходять для чистової обробки з меншим переривчастим різанням та високою точністю.
- Цементований карбід (WC – Co): «Гравець вищого рівня в галузі різання»! Від токарних інструментів до фрезерних верстатів з ЧПК, від фрезерування сталі до свердлильного каменю – його можна знайти скрізь. Твердий сплав з низьким вмістом Co (наприклад, YG3X) підходить для чистової обробки, тоді як твердий сплав з високим вмістом Co (наприклад, YG8) має добру ударну стійкість і може легко обробляти грубу обробку. Тверді фази WC відповідають за «стійкість» до зносу, а сполучна речовина Co діє як «клей», щоб утримувати частинки WC разом, зберігаючи як твердість, так і в'язкість. Хоча його стійкість до високих температур не така хороша, як у перших двох, його збалансована загальна продуктивність робить його придатним для широкого спектру сценаріїв, від різання до зносостійких компонентів.
II. Галузі застосування у розпалі
1. Поле різального інструменту
- Карбід титану (TiC)Часто служить покриттям на інструментах! Надтверде та зносостійке покриття TiC створює «захисну броню» на інструментах з швидкорізальної сталі та твердосплавного сплаву. Під час різання нержавіючої та легованої сталі воно може витримувати високі температури та зменшувати знос, значно подовжуючи термін служби інструменту. Наприклад, у покритті чистових фрез воно забезпечує швидке та стабільне різання.
- Карбід кремнію (SiC)«Найкращий учень» серед керамічних інструментів! Керамічні інструменти на основі карбіду кремнію мають високу термостійкість та хімічну стабільність. Під час різання високотвердих сплавів (таких як сплави на основі нікелю) та крихких матеріалів (таких як чавун) вони не схильні до заїдання інструменту та повільно зношуються. Однак, через крихкість, вони більше підходять для чистової обробки з меншим переривчастим різанням та високою точністю.
- Цементований карбід (WC – Co)«Гравець вищого рівня в галузі різання»! Від токарних інструментів до фрезерних верстатів з ЧПК, від фрезерування сталі до свердління каменю – його можна знайти всюди. Твердосплавний сплав з низьким вмістом Co (наприклад, YG3X) підходить для чистової обробки, тоді як твердосплавний сплав з високим вмістом Co (наприклад, YG8) має хорошу ударну стійкість і легко витримує грубу обробку.
2. Галузь зносостійких компонентів
- Карбід титану (TiC)Виступає «чемпіоном зі зносостійкості» у точних формах! Наприклад, у формах порошкової металургії, під час пресування металевого порошку, вставки TiC є зносостійкими та мають високу точність, що гарантує, що пресовані деталі мають точні розміри та якісні поверхні, а також не схильні до «несправностей» під час масового виробництва.
- Карбід кремнію (SiC)Наділені «подвійним бафуванням» зносостійкості та стійкості до високих температур! Ролики та підшипники у високотемпературних печах, виготовлені з SiC кераміки, не розм'якшуються та не зношуються навіть за температур вище 1000℃. Крім того, сопла в піскоструминному обладнанні, виготовлені з SiC, можуть витримувати вплив частинок піску, а термін їх служби в кілька разів довший, ніж у звичайних сталевих сопел.
- Цементований карбід (WC – Co): «Універсальний експерт зі зносостійкості»! Зуби з твердосплавного сплаву в шахтних бурах можуть дробити гірські породи без пошкоджень; різці з твердосплавного сплаву на щитових верстатах можуть витримувати вплив ґрунту та пісковика, і можуть «зберігати спокій» навіть після проходки тунелів на тисячі метрів. Навіть ексцентрикові колеса у вібраційних двигунах мобільних телефонів залежать від твердосплавного сплаву для зносостійкості, що забезпечує стабільну вібрацію.
3. Галузь електроніки/напівпровідників
- Карбід титану (TiC)З'являється в деяких електронних компонентах, які потребують високої температурної стійкості та високої зносостійкості! Наприклад, в електродах потужних електронних ламп TiC має високу температурну стійкість, добру електропровідність та зносостійкість, що забезпечує стабільну роботу в умовах високих температур та передачу електронних сигналів.
- Карбід кремнію (SiC): «Новий фаворит у напівпровідниках»! Напівпровідникові прилади з карбіду кремнію (такі як силові модулі SiC) мають чудові характеристики за високих частот, високої напруги та високих температур. При використанні в електромобілях та фотоелектричних інверторах вони можуть значно підвищити ефективність та зменшити обсяг. Крім того, пластини SiC є «основою» для виробництва високочастотних та високотемпературних чіпів і є дуже очікуваними в базових станціях 5G та авіоніці.
- Цементований карбід (WC – Co): «Прецизійний інструмент» в електронній обробці! Свердла з твердосплавного сплаву для свердління друкованих плат можуть мати діаметр від 0,1 мм і свердлити точно, не ламаючись. Вставки з твердосплавного сплаву у формах для пакування мікросхем мають високу точність і зносостійкість, забезпечуючи точне та стабільне пакування контактів мікросхем.
III. Як вибрати?
- Для надзвичайної твердості та точної зносостійкості→ Оберіть карбід титану (TiC)! Наприклад, у покриттях прецизійних форм та надтвердих інструментальних покриттях він може «витримувати» знос та підтримувати точність.
- Для стійкості до високих температур, хімічної стабільності або роботи з напівпровідниками/високочастотними пристроями→ Оберіть карбід кремнію (SiC)! Він незамінний для високотемпературних компонентів печей та силових мікросхем SiC.
- Для збалансованої загальної продуктивності, що охоплює всі аспекти застосування: від різання до зносостійких матеріалів→ Оберіть твердосплавний сплав (WC-Co)! Це «універсальний гравець», що охоплює інструменти, свердла та зносостійкі деталі.
Час публікації: 09 червня 2025 р.
