Característiques i aplicacions dels materials de carbur de titani, carbur de silici i carbur cimentat

En l'"univers material" de la fabricació industrial, el carbur de titani (TiC), el carbur de silici (SiC) i el carbur cimentat (normalment basat en carbur de tungstè - cobalt, etc.) són tres "materials estrella" brillants. Amb les seves propietats úniques, tenen un paper fonamental en diversos camps. Avui, analitzarem en profunditat les diferències de propietats entre aquests tres materials i els escenaris en què destaquen!

I. Una comparació directa de les propietats dels materials

Tipus de material	Duresa (valor de referència)	Densitat (g/cm³)	Resistència al desgast	Resistència a altes temperatures	Estabilitat química	Duresa
Carbur de titani (TiC)	2800 – 3200HV	4,9 – 5,3	Excel·lent (dominat per fases difícils)	Estable a ≈1400 ℃	Resistent a àcids i àlcalis (excepte àcids oxidants forts)	Relativament baix (la fragilitat és més prominent)
Carbur de silici (SiC)	2500 – 3000HV (per a ceràmica de SiC)	3.1 – 3.2	Excel·lent (reforçat per una estructura d'enllaç covalent)	Estable a ≈1600 ℃ (en estat ceràmic)	Extremadament fort (resistent a la majoria de mitjans químics)	Moderat (fràgil en estat ceràmic; els monocristalls tenen tenacitat)
Carbur cimentat (WC-Co com a exemple)	1200 – 1800HV	13 – 15 (per a la sèrie WC – Co)	Excepcional (fases dures de WC + aglutinant de Co)	≈800 – 1000℃ (depèn del contingut de Co)	Resistent a àcids, àlcalis i desgast abrasiu	Relativament bo (la fase aglutinant de Co millora la tenacitat)

Desglossament de la propietat:

• Carbur de titani (TiC)La seva duresa és propera a la del diamant, cosa que el converteix en un membre de la família de materials superdurs. La seva alta densitat permet un posicionament precís en eines de precisió que requereixen "pesatge". Tanmateix, té una alta fragilitat i és propens a esquerdar-se sota impacte, per la qual cosa és més adequat per a escenaris estàtics de tall de baix impacte/resistents al desgast. Per exemple, sovint s'utilitza com a recobriment en eines. El recobriment de TiC és superdur i resistent al desgast, com posar una "armadura protectora" a eines d'acer d'alta velocitat i carbur cimentat. En tallar acer inoxidable i acer d'aliatge, pot suportar altes temperatures i reduir el desgast, allargant significativament la vida útil de l'eina. Per exemple, en el recobriment de freses d'acabat, permet un tall ràpid i estable.
• Carbur de silici (SiC)Un "rendiment superior en resistència a altes temperatures"! Pot mantenir un rendiment estable per sobre dels 1600 ℃. En estat ceràmic, la seva estabilitat química és notable i gairebé no reacciona amb àcids i àlcalis (excepte alguns com l'àcid fluorhídric). Tanmateix, la fragilitat és un problema comú per als materials ceràmics. No obstant això, el carbur de silici monocristall (com ara 4H-SiC) ha millorat la tenacitat i està tornant en els semiconductors i els dispositius d'alta freqüència. Per exemple, les eines ceràmiques basades en SiC són les "millors estudiants" entre les eines ceràmiques. Tenen una alta resistència a la temperatura i estabilitat química. Quan es tallen aliatges d'alta duresa (com ara aliatges a base de níquel) i materials fràgils (com ara la fosa), no són propensos a enganxar-se l'eina i tenen un desgast lent. Tanmateix, a causa de la fragilitat, són més adequats per a l'acabat amb un tall menys interromput i alta precisió.
• Carbur cimentat (WC-Co)Un "jugador de primer nivell en el camp del tall"! Des d'eines de torn fins a freses CNC, des del fresat d'acer fins a la perforació de pedra, es pot trobar a tot arreu. El carbur cimentat amb baix contingut de Co (com ara YG3X) és adequat per a l'acabat, mentre que el que té un alt contingut de Co (com ara YG8) té una bona resistència a l'impacte i pot gestionar el mecanitzat en brut amb facilitat. Les fases dures de WC són responsables de "resistir" el desgast, i l'aglutinant de Co actua com a "cola" per mantenir les partícules de WC unides, mantenint tant la duresa com la tenacitat. Tot i que la seva resistència a altes temperatures no és tan bona com les dues primeres, el seu rendiment general equilibrat el fa adequat per a una àmplia gamma d'escenaris, des del tall fins a components resistents al desgast.

II. Camps d'aplicació en ple apogeu

1. Camp d'eines de tall

• Carbur de titani (TiC)Sovint serveix com a recobriment a les eines! El recobriment de TiC súper dur i resistent al desgast posa una "armadura protectora" a les eines d'acer d'alta velocitat i carbur cimentat. En tallar acer inoxidable i acer d'aliatge, pot suportar altes temperatures i reduir el desgast, allargant significativament la vida útil de l'eina. Per exemple, en el recobriment de freses d'acabat, permet un tall ràpid i estable.
• Carbur de silici (SiC)Una "estudiant destacada" entre les eines ceràmiques! Les eines ceràmiques basades en SiC tenen una alta resistència a la temperatura i estabilitat química. Quan es tallen aliatges d'alta duresa (com ara aliatges a base de níquel) i materials fràgils (com ara la fosa), no són propenses a enganxar-se l'eina i tenen un desgast lent. Tanmateix, a causa de la fragilitat, són més adequades per a l'acabat amb talls menys interromputs i alta precisió.
• Carbur cimentat (WC-Co)Un "jugador de primer nivell en el camp del tall"! Des d'eines de torn fins a freses CNC, des del fresat d'acer fins a la perforació de pedra, es pot trobar a tot arreu. El carbur cimentat amb baix contingut de Co (com ara YG3X) és adequat per a l'acabat, mentre que el que té un alt contingut de Co (com ara YG8) té una bona resistència a l'impacte i pot gestionar el mecanitzat en brut amb facilitat.

2. Camp de components resistents al desgast

• Carbur de titani (TiC)Actua com a "campió resistent al desgast" en motlles de precisió! Per exemple, en motlles de metal·lúrgia en pols, en premsar pols metàl·lica, els inserts de TiC són resistents al desgast i tenen una alta precisió, cosa que garanteix que les peces premsades tinguin dimensions precises i bones superfícies, i no siguin propenses a "mal funcionament" durant la producció en massa.
• Carbur de silici (SiC)Dotats de "dobles reforços" de resistència al desgast i a altes temperatures! Els rodets i els coixinets dels forns d'alta temperatura fets de ceràmica de SiC no s'estoven ni es desgasten ni tan sols per sobre dels 1000 ℃. A més, els broquets dels equips de sorrejat fets de SiC poden suportar l'impacte de les partícules de sorra i la seva vida útil és diverses vegades superior a la dels broquets d'acer ordinaris.
• Carbur cimentat (WC-Co)Un "expert versàtil en resistència al desgast"! Les dents de carbur cimentat de les broques de mina poden triturar roques sense danys; les freses de carbur cimentat de les màquines-eina amb escut poden suportar la terra i el gres, i poden "mantenir la compostura" fins i tot després d'excavar túnels de milers de metres. Fins i tot les rodes excèntriques dels motors de vibració dels telèfons mòbils depenen del carbur cimentat per a la resistència al desgast i garantir una vibració estable.

3. Camp de l'electrònica/semiconductors

• Carbur de titani (TiC)Apareix en alguns components electrònics que requereixen altes temperatures i alta resistència al desgast! Per exemple, en els elèctrodes de tubs electrònics d'alta potència, el TiC té una alta resistència a la temperatura, bona conductivitat elèctrica i resistència al desgast, cosa que permet un funcionament estable en entorns d'alta temperatura i garanteix la transmissió del senyal electrònic.
• Carbur de silici (SiC)Un "nou favorit en semiconductors"! Els dispositius semiconductors de SiC (com ara els mòduls de potència de SiC) tenen un excel·lent rendiment d'alta freqüència, alta tensió i alta temperatura. Quan s'utilitzen en vehicles elèctrics i inversors fotovoltaics, poden millorar significativament l'eficiència i reduir el volum. A més, les oblies de SiC són la "base" per a la fabricació de xips d'alta freqüència i alta temperatura, i són molt esperades en estacions base 5G i aviònica.
• Carbur cimentat (WC-Co)Una "eina de precisió" en el processament electrònic! Les broques de carbur cimentat per a la perforació de PCB poden tenir un diàmetre tan petit com 0,1 mm i poden perforar amb precisió sense trencar-se fàcilment. Les insercions de carbur cimentat en motlles d'envasament de xips tenen una alta precisió i resistència al desgast, cosa que garanteix un envasament precís i estable dels pins dels xips.

III. Com triar?

• Per a una duresa extrema i una resistència al desgast precisa→ Trieu carbur de titani (TiC)! Per exemple, en recobriments de motlles de precisió i recobriments d'eines superdures, pot "suportar" el desgast i mantenir la precisió.
• Per a resistència a altes temperatures, estabilitat química o treball amb semiconductors/dispositius d'alta freqüència→ Trieu carbur de silici (SiC)! És indispensable per a components de forns d'alta temperatura i xips de potència de SiC.
• Per a un rendiment general equilibrat, que cobreix tot, des del tall fins a les aplicacions resistents al desgast→ Trieu carbur cimentat (WC-Co)! És un "productor versàtil" que cobreix eines, trepants i peces resistents al desgast.