Titaankarbiidi, ränikarbiidi ja tsementeeritud karbiidmaterjalide omadused ja rakendused

Tööstusliku tootmise „materjalide universumis“ on titaankarbiid (TiC), ränikarbiid (SiC) ja tsementeeritud karbiid (tavaliselt volframkarbiidil – koobaltil jne põhinev) kolm säravat „tähtmaterjali“. Oma ainulaadsete omadustega mängivad nad võtmerolli erinevates valdkondades. Täna vaatleme põhjalikult nende kolme materjali omaduste erinevusi ja olukordi, kus nad silma paistavad!

I. Materjalide omaduste otsene võrdlus

Materjali tüüp	Kõvadus (kontrollväärtus)	Tihedus (g/cm³)	Kulumiskindlus	Kõrge temperatuuritaluvus	Keemiline stabiilsus	Vastupidavus
Titaankarbiid (TiC)	2800–3200HV	4,9–5,3	Suurepärane (domineerivad rasked faasid)	Stabiilne temperatuuril ≈1400 ℃	Vastupidav hapetele ja leelistele (välja arvatud tugevad oksüdeerivad happed)	Suhteliselt madal (rabedus on silmatorkavam)
Ränikarbiid (SiC)	2500–3000 HV (SiC-keraamika jaoks)	3.1–3.2	Silmapaistev (tugevdatud kovalentse sideme struktuuriga)	Stabiilne temperatuuril ≈1600 ℃ (keraamilises olekus)	Äärmiselt tugev (vastupidav enamikule keemilistele ainetele)	Mõõdukas (keraamilises olekus habras; monokristallidel on sitkus)
Tsementeeritud karbiid (näiteks WC – Co)	1200–1800 HV	13–15 (WC – Co seeria jaoks)	Erakordne (WC kõvad faasid + Co-sideaine)	≈800–1000 ℃ (sõltub Co sisaldusest)	Vastupidav hapetele, leelistele ja abrasiivsele kulumisele	Suhteliselt hea (Co-sideaine faas suurendab sitkust)

Kinnisvara jaotus:

• Titaankarbiid (TiC)Selle kõvadus on lähedane teemandi omale, mistõttu kuulub see ülikõvade materjalide hulka. Suur tihedus võimaldab täpset positsioneerimist täppistööriistades, mis vajavad "kaalumist". Siiski on see väga habras ja altid löögi all purunema, seega sobib see paremini staatiliseks, väikese löögiga lõikamiseks/kulumiskindlaks kasutamiseks. Näiteks kasutatakse seda sageli tööriistade kattekihina. TiC-kate on ülikõva ja kulumiskindel, justkui paneks kiirlõiketerasele ja kõvasulamtööriistadele "kaitsesoomuse". Roostevaba terase ja legeerterase lõikamisel talub see kõrgeid temperatuure ja vähendab kulumist, pikendades oluliselt tööriista eluiga. Näiteks viimistlusfreeside katmisel võimaldab see kiiret ja stabiilset lõikamist.
• Ränikarbiid (SiC): „Tipptegija kõrgtemperatuurikindluses“! See suudab säilitada stabiilse jõudluse temperatuuril üle 1600 ℃. Keraamilises olekus on selle keemiline stabiilsus märkimisväärne ja see reageerib hapete ja leelistega harva (välja arvatud mõned, näiteks vesinikfluoriidhape). Siiski on haprus keraamiliste materjalide puhul tavaline probleem. Sellest hoolimata on monokristalliline ränikarbiid (näiteks 4H-SiC) parandanud vastupidavust ja teeb tagasituleku pooljuhtides ja kõrgsageduslikes seadmetes. Näiteks SiC-põhised keraamilised tööriistad on keraamiliste tööriistade seas „tipptasemel õpilased“. Neil on kõrge temperatuurikindlus ja keemiline stabiilsus. Suure kõvadusega sulamite (näiteks niklil põhinevate sulamite) ja habraste materjalide (näiteks malmi) lõikamisel ei ole need altid tööriistade kinnikiilumisele ja kuluvad aeglaselt. Hapruse tõttu sobivad need aga paremini viimistlemiseks, pakkudes vähem katkestusi ja suurt täpsust.
• Tsementeeritud karbiid (WC-Co): „Tipptasemel tegija lõiketööstuses“! Treipingist CNC-freespinkideni, terase freesimisest puurkivideni – seda leidub kõikjal. Madala Co-sisaldusega tsementeeritud karbiid (näiteks YG3X) sobib viimistluseks, samas kui kõrge Co-sisaldusega tsementeeritud karbiid (näiteks YG8) on hea löögikindlusega ja saab hõlpsalt hakkama töötlemata töötlemisega. WC kõvad faasid vastutavad kulumisele vastu pidamise eest ja Co-sideaine toimib nagu „liim“, mis hoiab WC osakesi koos, säilitades nii kõvaduse kui ka sitkuse. Kuigi selle kõrge temperatuuritaluvus ei ole nii hea kui kahel esimesel, muudab selle tasakaalustatud üldine jõudlus sobivaks laiaks valikuks stsenaariumidest alates lõikamisest kuni kulumiskindlate komponentideni.

II. Rakendusvaldkonnad täies hoos

1. Lõikeriistade väli

• Titaankarbiid (TiC)Kasutatakse sageli tööriistade kattekihina! Ülikõva ja kulumiskindel TiC-kate annab kiirlõiketerasest ja kõvasulamtööriistadele „kaitsesoomuse“. Roostevaba terase ja legeerterase lõikamisel talub see kõrgeid temperatuure ja vähendab kulumist, pikendades oluliselt tööriista eluiga. Näiteks viimistlusfreeside kattekihis võimaldab see kiiret ja stabiilset lõikamist.
• Ränikarbiid (SiC)Keraamiliste tööriistade seas „tippüliõpilane“! SiC-põhistel keraamilistel tööriistadel on kõrge temperatuuritaluvus ja keemiline stabiilsus. Suure kõvadusega sulamite (näiteks niklil põhinevate sulamite) ja haprate materjalide (näiteks malmi) lõikamisel ei ole need altid tööriistade kinnikiilumisele ja kuluvad aeglaselt. Hapruse tõttu sobivad need aga paremini viimistlemiseks, pakkudes vähem katkestusi ja suurt täpsust.
• Tsementeeritud karbiid (WC-Co)„Tipptasemel tegija lõiketööstuses“! Treipingist CNC-freespinkideni, terase freesimisest puurkivideni – seda leidub kõikjal. Madala Co-sisaldusega kõvasulam (näiteks YG3X) sobib viimistlemiseks, samas kui kõrge Co-sisaldusega (näiteks YG8) on hea löögikindlusega ja saab hõlpsalt hakkama töötlemata töötlemisega.

2. Kulumiskindlate komponentide väli

• Titaankarbiid (TiC): Toimib täppisvormides „kulumiskindluse meistrina“! Näiteks pulbermetallurgiavormides on metallipulbri pressimisel TiC-vahetükid kulumiskindlad ja suure täpsusega, tagades pressitud detailide täpsed mõõtmed ja hea pinnakvaliteedi ning vältides masstootmise ajal „rikkeid“.
• Ränikarbiid (SiC)Varustatud kulumiskindluse ja kõrge temperatuurikindluse „topeltkihiga“! SiC-keraamikast valmistatud kõrgtemperatuuriliste ahjude rullid ja laagrid ei pehmene ega kulu isegi üle 1000 ℃. Samuti taluvad SiC-st liivapritsimisseadmete düüsid liivaosakeste lööke ning nende kasutusiga on mitu korda pikem kui tavalistel terasest düüsidel.
• Tsementeeritud karbiid (WC-Co)„Mitmekülgne kulumiskindluse ekspert“! Kaevanduspuuriterade tsementeeritud karbiidist hambad suudavad purustada kive kahjustusteta; kilbipinkide tsementeeritud karbiidist lõikurid taluvad pinnast ja liivakivi ning suudavad „säilitada oma rahu“ isegi pärast tuhandete meetrite tunneli kaevamist. Isegi mobiiltelefonide vibratsioonimootorite ekstsentrilised rattad tuginevad kulumiskindluse tagamiseks tsementeeritud karbiidile, et tagada stabiilne vibratsioon.

3. Elektroonika/pooljuhtide valdkond

• Titaankarbiid (TiC)Esineb mõnedes elektroonikakomponentides, mis vajavad kõrget temperatuuri ja kulumiskindlust! Näiteks suure võimsusega elektronlampide elektroodides on TiC-l kõrge temperatuuritaluvus, hea elektrijuhtivus ja kulumiskindlus, mis võimaldab stabiilset tööd kõrgel temperatuuril ja tagab elektroonilise signaali edastamise.
• Ränikarbiid (SiC)„Uus lemmik pooljuhtide seas“! SiC pooljuhtseadistel (näiteks SiC toitemoodulitel) on suurepärane jõudlus kõrgsagedusel, kõrgepingel ja kõrgel temperatuuril. Elektriautodes ja fotogalvaanilistes inverterites kasutamisel võivad need oluliselt parandada efektiivsust ja vähendada mahtu. Samuti on SiC vahvlid kõrgsageduslike ja kõrge temperatuuriga kiipide tootmise „alus“ ning neid oodatakse väga 5G tugijaamades ja avioonikas.
• Tsementeeritud karbiid (WC-Co)Elektroonikatööstuses täppisriist! Trükkplaatide puurimiseks mõeldud kõvasulampuurid võivad olla läbimõõduga kuni 0,1 mm ja puurida täpselt ilma kergesti purunemata. Kiibi pakkimisvormide kõvasulamdetailid on suure täpsuse ja kulumiskindlusega, tagades kiibitinkide täpse ja stabiilse pakkimise.

III. Kuidas valida?

• Äärmise kõvaduse ja täpse kulumiskindluse tagamiseks→ Valige titaankarbiid (TiC)! Näiteks täppisvormide katetes ja ülikõvades tööriistakatetes talub see kulumist ja säilitab täpsuse.
• Kõrge temperatuurikindluse, keemilise stabiilsuse või pooljuhtide/kõrgsageduslike seadmetega töötamise jaoks→ Valige ränikarbiid (SiC)! See on asendamatu kõrgtemperatuuriliste ahjukomponentide ja SiC-toitekiipide jaoks.
• Tasakaalustatud üldise jõudluse tagamiseks, hõlmates kõike alates lõikamisest kuni kulumiskindlate rakendusteni→ Valige kõvasulam (WC – Co)! See on mitmekülgne valik, hõlmates tööriistu, puure ja kulumiskindlaid detaile.