ویژگی‌ها و کاربردهای کاربید تیتانیوم، کاربید سیلیکون و مواد کاربید سیمانی

در «جهان مواد» تولید صنعتی، کاربید تیتانیوم (TiC)، کاربید سیلیکون (SiC) و کاربید سیمانی (که معمولاً بر پایه کاربید تنگستن - کبالت و غیره است) سه «ماده ستاره‌ای» درخشان هستند. آنها با خواص منحصر به فرد خود، نقش‌های محوری در زمینه‌های مختلف ایفا می‌کنند. امروز، نگاهی عمیق به تفاوت‌های خواص بین این سه ماده و سناریوهایی که در آنها برتری دارند، خواهیم داشت!

I. مقایسه‌ی سر به سر خواص مواد

نوع ماده	سختی (مقدار مرجع)	چگالی (گرم بر سانتی‌متر مکعب)	مقاومت در برابر سایش	مقاومت در برابر دمای بالا	پایداری شیمیایی	سختی
کاربید تیتانیوم (TiC)	۲۸۰۰ – ۳۲۰۰ اچ وی	۴.۹ – ۵.۳	عالی (با غلبه فازهای سخت)	پایدار در دمای ≈1400 درجه سانتیگراد	مقاوم در برابر اسیدها و قلیاها (به جز اسیدهای اکسید کننده قوی)	نسبتاً کم (شکنندگی برجسته‌تر است)
کاربید سیلیکون (SiC)	۲۵۰۰ تا ۳۰۰۰ ویکرز (برای سرامیک‌های SiC)	۳.۱ – ۳.۲	برجسته (تقویت‌شده توسط ساختار پیوند کووالانسی)	پایدار در دمای ≈1600 درجه سانتیگراد (در حالت سرامیکی)	بسیار قوی (مقاوم در برابر اکثر مواد شیمیایی)	متوسط ​​(در حالت سرامیکی شکننده است؛ تک بلورها دارای چقرمگی هستند)
کاربید سیمانی (به عنوان مثال WC – Co)	۱۲۰۰ تا ۱۸۰۰ اچ وی	۱۳ – ۱۵ (برای سری توالت فرنگی – Co)	استثنایی (فازهای سخت WC + چسب کبالت)	≈800 - 1000 ℃ (بستگی به محتوای کبالت دارد)	مقاوم در برابر اسیدها، قلیاها و سایش‌های شدید	نسبتاً خوب (فاز چسباننده کبالت، چقرمگی را افزایش می‌دهد)

تفکیک املاک:

• کاربید تیتانیوم (TiC)سختی آن نزدیک به الماس است و آن را به عضوی از خانواده مواد فوق سخت تبدیل می‌کند. چگالی بالای آن امکان قرارگیری دقیق در ابزارهای دقیقی را که نیاز به "وزن‌دهی" دارند، فراهم می‌کند. با این حال، شکنندگی بالایی دارد و مستعد لب‌پر شدن در اثر ضربه است، بنابراین برای سناریوهای برش/سایش استاتیک و کم ضربه مناسب‌تر است. به عنوان مثال، اغلب به عنوان پوشش روی ابزارها استفاده می‌شود. پوشش TiC فوق سخت و مقاوم در برابر سایش است، مانند قرار دادن "زره محافظ" روی فولاد پرسرعت و ابزارهای کاربید سیمانی. هنگام برش فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژی، می‌تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند و سایش را کاهش دهد و عمر ابزار را به طور قابل توجهی افزایش دهد. به عنوان مثال، در پوشش تیغه‌های فرزکاری نهایی، برش سریع و پایدار را ممکن می‌سازد.
• کاربید سیلیکون (SiC): "عملکرد برتر در مقاومت در برابر دمای بالا"! می‌تواند عملکرد پایدار خود را بالاتر از 1600 درجه سانتیگراد حفظ کند. در حالت سرامیکی، پایداری شیمیایی آن قابل توجه است و به سختی با اسیدها و قلیاها واکنش می‌دهد (به جز چند مورد مانند اسید هیدروفلوئوریک). با این حال، شکنندگی یک مسئله رایج برای مواد سرامیکی است. با این وجود، کاربید سیلیکون تک کریستالی (مانند 4H - SiC) چقرمگی را بهبود بخشیده و در نیمه هادی‌ها و دستگاه‌های فرکانس بالا دوباره مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، ابزارهای سرامیکی مبتنی بر SiC "دانشجویان برتر" در بین ابزارهای سرامیکی هستند. آنها مقاومت در برابر دمای بالا و پایداری شیمیایی دارند. هنگام برش آلیاژهای با سختی بالا (مانند آلیاژهای پایه نیکل) و مواد شکننده (مانند چدن)، مستعد چسبیدن ابزار نیستند و سایش آهسته‌ای دارند. با این حال، به دلیل شکنندگی، برای پرداخت با برش کمتر منقطع و دقت بالا مناسب‌تر هستند.
• کاربید سیمانی (WC – Co): یک "بازیکن برتر در حوزه برش"! از ابزارهای تراش گرفته تا فرزهای CNC، از فولاد فرزکاری گرفته تا سنگ حفاری، می‌توان آن را در همه جا یافت. کاربید سمانته با محتوای کم کبالت (مانند YG3X) برای پرداخت‌کاری مناسب است، در حالی که کاربید سمانته با محتوای بالای کبالت (مانند YG8) مقاومت خوبی در برابر ضربه دارد و می‌تواند ماشینکاری خشن را به راحتی انجام دهد. فازهای سخت WC مسئول "مقاومت" در برابر سایش هستند و چسب کبالت مانند "چسب" عمل می‌کند تا ذرات WC را در کنار هم نگه دارد و سختی و چقرمگی را حفظ کند. اگرچه مقاومت در برابر دمای بالا به خوبی دو مورد اول نیست، اما عملکرد کلی متعادل آن، آن را برای طیف وسیعی از سناریوها از برش گرفته تا اجزای مقاوم در برابر سایش مناسب می‌کند.

دوم. زمینه‌های کاربردی در حال گسترش

۱. میدان ابزار برش

• کاربید تیتانیوم (TiC): اغلب به عنوان پوشش روی ابزارها عمل می‌کند! پوشش TiC فوق سخت و مقاوم در برابر سایش، "زره محافظ" را روی فولاد پرسرعت و ابزارهای کاربید سیمانی قرار می‌دهد. هنگام برش فولاد ضد زنگ و فولاد آلیاژی، می‌تواند در برابر دماهای بالا مقاومت کند و سایش را کاهش دهد و عمر ابزار را به طور قابل توجهی افزایش دهد. به عنوان مثال، در پوشش تیغه‌های فرزکاری، برش سریع و پایدار را ممکن می‌سازد.
• کاربید سیلیکون (SiC): یک "دانشجوی برتر" در بین ابزارهای سرامیکی! ابزارهای سرامیکی پایه SiC مقاومت دمایی بالا و پایداری شیمیایی دارند. هنگام برش آلیاژهای با سختی بالا (مانند آلیاژهای پایه نیکل) و مواد شکننده (مانند چدن)، مستعد گیر کردن ابزار نیستند و سایش آهسته‌ای دارند. با این حال، به دلیل شکنندگی، برای پرداخت‌کاری با برش کمتر منقطع و دقت بالا مناسب‌تر هستند.
• کاربید سیمانی (WC – Co): یک "بازیکن برتر در زمینه برش"! از ابزارهای تراش گرفته تا فرزهای CNC، از فولاد فرز گرفته تا سنگ حفاری، همه جا می‌توان آن را یافت. کاربید سمانته با محتوای کم کبالت (مانند YG3X) برای پرداخت‌کاری مناسب است، در حالی که کاربید سمانته با محتوای بالای کبالت (مانند YG8) مقاومت خوبی در برابر ضربه دارد و می‌تواند ماشینکاری خشن را به راحتی انجام دهد.

۲. میدان قطعه مقاوم در برابر سایش

• کاربید تیتانیوم (TiC): به عنوان یک "قهرمان مقاوم در برابر سایش" در قالب‌های دقیق عمل می‌کند! به عنوان مثال، در قالب‌های متالورژی پودر، هنگام پرس پودر فلز، اینسرت‌های TiC مقاوم در برابر سایش هستند و دقت بالایی دارند و تضمین می‌کنند که قطعات پرس شده ابعاد دقیق و سطوح خوبی دارند و در طول تولید انبوه مستعد "نقص" نیستند.
• کاربید سیلیکون (SiC): دارای "دو برابر مقاومت در برابر سایش" و مقاومت در برابر دمای بالا! غلتک‌ها و یاتاقان‌های ساخته شده از سرامیک SiC در کوره‌های دمای بالا حتی در دمای بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد نرم یا ساییده نمی‌شوند. همچنین، نازل‌های تجهیزات سندبلاست ساخته شده از SiC می‌توانند در برابر ضربه ذرات شن مقاومت کنند و عمر مفید آنها چندین برابر بیشتر از نازل‌های فولادی معمولی است.
• کاربید سیمانی (WC – Co): یک «متخصص همه‌کاره مقاوم در برابر سایش»! دندانه‌های کاربید سیمانی در مته‌های معدن می‌توانند سنگ‌ها را بدون آسیب خرد کنند؛ تیغه‌های کاربید سیمانی در ماشین‌های ابزار سپر می‌توانند در برابر خاک و ماسه‌سنگ مقاومت کنند و حتی پس از حفر هزاران متر تونل می‌توانند «آرامش خود را حفظ کنند». حتی چرخ‌های خارج از مرکز در موتورهای ویبره تلفن همراه برای مقاومت در برابر سایش به کاربید سیمانی متکی هستند تا ارتعاش پایدار را تضمین کنند.

۳. رشته الکترونیک/نیمه هادی

• کاربید تیتانیوم (TiC)در برخی از قطعات الکترونیکی که نیاز به مقاومت در برابر دمای بالا و سایش بالا دارند، ظاهر می‌شود! به عنوان مثال، در الکترودهای لامپ‌های الکترونی پرقدرت، TiC دارای مقاومت در برابر دمای بالا، رسانایی الکتریکی خوب و مقاومت در برابر سایش است که امکان عملکرد پایدار در محیط‌های با دمای بالا را فراهم می‌کند و انتقال سیگنال الکترونیکی را تضمین می‌کند.
• کاربید سیلیکون (SiC): یک "مورد علاقه جدید در نیمه هادی ها"! دستگاه های نیمه هادی SiC (مانند ماژول های قدرت SiC) عملکرد عالی در فرکانس بالا، ولتاژ بالا و دمای بالا دارند. هنگامی که در وسایل نقلیه الکتریکی و اینورترهای فتوولتائیک استفاده می شوند، می توانند به طور قابل توجهی راندمان را بهبود بخشیده و حجم را کاهش دهند. همچنین، ویفرهای SiC "اساس" ساخت تراشه های فرکانس بالا و دمای بالا هستند و در ایستگاه های پایه 5G و اویونیک بسیار مورد انتظار هستند.
• کاربید سیمانی (WC – Co): یک "ابزار دقیق" در پردازش الکترونیکی! مته‌های کاربید سیمانی برای سوراخکاری PCB می‌توانند قطری به کوچکی 0.1 میلی‌متر داشته باشند و می‌توانند دقیقاً بدون شکستن سوراخکاری کنند. اینسرت‌های کاربید سیمانی در قالب‌های بسته‌بندی تراشه از دقت و مقاومت بالایی در برابر سایش برخوردارند و بسته‌بندی دقیق و پایدار پین‌های تراشه را تضمین می‌کنند.

III. چگونه انتخاب کنیم؟

• برای سختی شدید و مقاومت دقیق در برابر سایش→ کاربید تیتانیوم (TiC) را انتخاب کنید! به عنوان مثال، در پوشش‌های قالب دقیق و پوشش‌های ابزار فوق سخت، می‌تواند در برابر سایش "مقاومت" کند و دقت را حفظ کند.
• برای مقاومت در برابر دمای بالا، پایداری شیمیایی یا کار بر روی نیمه هادی ها/دستگاه های فرکانس بالا→ کاربید سیلیکون (SiC) را انتخاب کنید! این ماده برای اجزای کوره‌های دما بالا و تراشه‌های قدرت SiC ضروری است.
• برای عملکرد کلی متعادل، پوشش همه چیز از برش گرفته تا کاربردهای مقاوم در برابر سایش→ کاربید سیمانی (WC – Co) را انتخاب کنید! این یک "بازیکن همه کاره" است که ابزارها، مته‌ها و قطعات مقاوم در برابر سایش را پوشش می‌دهد.