Титан карбиді, кремний карбиді және цементтелген карбид материалдарының сипаттамалары мен қолданылуы

Өнеркәсіптік өндірістің «материалдық әлемінде» титан карбиді (TiC), кремний карбиді (SiC) және цементтелген карбид (әдетте вольфрам карбидіне негізделген – кобальт және т.б.) үш жарқыраған «жұлдыз материалдары» болып табылады. Бірегей қасиеттерімен олар әртүрлі салаларда шешуші рөл атқарады. Бүгін біз осы үш материал арасындағы қасиеттердің айырмашылығын және олар жақсы болатын сценарийлерді тереңірек қарастырамыз!

I. Материалдық қасиеттерді бастықпен салыстыру

Материал түрі	Қаттылық (анықтамалық мән)	Тығыздығы (г/см³)	Тозуға төзімділік	Жоғары – Температураға төзімділік	Химиялық тұрақтылық	Қаттылық
Титан карбиді (TiC)	2800 – 3200HV	4.9 – 5.3	Өте жақсы (қиын кезеңдер басым)	≈1400℃ кезінде тұрақты	Қышқылдар мен сілтілерге төзімді (күшті тотықтырғыш қышқылдардан басқа)	Салыстырмалы түрде төмен (сынғыштық айқынырақ)
Кремний карбиді (SiC)	2500 – 3000HV (SiC керамика үшін)	3.1 – 3.2	Көрнекті (коваленттік байланыс құрылымымен нығайтылған)	≈1600℃ температурада тұрақты (керамикалық күйде)	Өте күшті (көптеген химиялық орталарға төзімді)	Орташа (керамикалық күйде сынғыш; монокристалдардың қаттылығы бар)
Цементтелген карбид (мысалы, WC – Co)	1200 – 1800HV	13 – 15 (WC – Co сериялары үшін)	Ерекше (дәретхананың қатты фазалары + байланыстырғыш)	≈800 – 1000℃ (Co мазмұнына байланысты)	Қышқылдарға, сілтілерге және абразивті тозуға төзімді	Салыстырмалы түрде жақсы (кобайланыстырғыш фаза қаттылықты арттырады)

Мүлікті бөлу:

• Титан карбиді (TiC): Оның қаттылығы гауһарға жақын, бұл оны өте қатты материалдар тобының мүшесі етеді. Оның жоғары тығыздығы «салмақтауды» қажет ететін дәл құралдарда дәл орналастыруға мүмкіндік береді. Дегенмен, оның сынғыштығы жоғары және соққы кезінде сынуға бейім, сондықтан ол статикалық, аз әсерлі кесу/тозуға төзімді сценарийлер үшін қолайлы. Мысалы, ол көбінесе құралдарға жабын ретінде пайдаланылады. TiC жабыны өте қатты және тозуға төзімді, мысалы, жоғары жылдамдықты болат пен цементтелген карбидті құралдарға «қорғаныш сауыттарын» кию сияқты. Тот баспайтын болат пен легирленген болатты кесу кезінде ол жоғары температураға төтеп бере алады және тозуды азайтып, құралдың қызмет ету мерзімін едәуір ұзартады. Мысалы, әрлеу фрезерлерін жабуда ол жылдам және тұрақты кесуге мүмкіндік береді.
• Кремний карбиді (SiC): «Жоғары температураға төзімділік бойынша үздік көрсеткіш»! Ол 1600 ℃ жоғары тұрақты өнімділікті сақтай алады. Керамикалық күйде оның химиялық тұрақтылығы керемет және қышқылдармен және сілтілермен әрең әрекеттеседі (бірнеше фторлы сутек қышқылын қоспағанда). Дегенмен, сынғыштық керамикалық материалдар үшін жалпы мәселе болып табылады. Осыған қарамастан, монокристалды кремний карбиді (мысалы, 4H – SiC) беріктігін жақсартты және жартылай өткізгіштер мен жоғары жиілікті құрылғыларда қайта оралуда. Мысалы, SiC негізіндегі керамикалық құралдар керамикалық құралдардың ішінде «үздік студенттер» болып табылады. Олар жоғары температураға және химиялық тұрақтылыққа ие. Қаттылығы жоғары қорытпаларды (мысалы, никель негізіндегі қорытпалар) және сынғыш материалдарды (шойын сияқты) кесу кезінде олар құралдың жабысуына бейім емес және баяу тозуы мүмкін. Дегенмен, сынғыштығына байланысты олар аз үзіліспен кесу және жоғары дәлдікпен әрлеуге қолайлы.
• Цементтелген карбид (WC – Co): «Кесу саласындағы ең жоғары деңгейдегі ойыншы»! Токарлық аспаптардан CNC фрезерлік кескіштерге дейін, фрезерлік болаттан бұрғылау тастарына дейін оны барлық жерде табуға болады. Құрамында төмен CO бар цементтелген карбид (мысалы, YG3X) әрлеуге жарамды, ал жоғары Co мазмұны бар (мысалы, YG8) жақсы соққыға төзімді және өрескел өңдеуді оңай өңдей алады. Дәретхананың қатты фазалары тозуға «төзеді», ал Co байланыстырғыш қаттылық пен қаттылықты сақтай отырып, WC бөлшектерін бірге ұстап тұру үшін «желім» сияқты әрекет етеді. Оның жоғары температураға төзімділігі алғашқы екеуі сияқты жақсы болмаса да, оның теңдестірілген жалпы өнімділігі оны кесуден тозуға төзімді компоненттерге дейінгі сценарийлердің кең ауқымына қолайлы етеді.

II. Қолданба өрістері толық қарқынмен

1. Кесу құралының өрісі

• Титан карбиді (TiC): Көбінесе құралдарға жабын ретінде қызмет етеді! Өте қатты және тозуға төзімді TiC жабыны жоғары жылдамдықты болат пен цементтелген карбидті құралдарға «қорғаныш құрыштарын» қояды. Тот баспайтын болат пен легирленген болатты кесу кезінде ол жоғары температураға төтеп бере алады және тозуды азайтып, құралдың қызмет ету мерзімін едәуір ұзартады. Мысалы, әрлеу фрезерлерін жабуда ол жылдам және тұрақты кесуге мүмкіндік береді.
• Кремний карбиді (SiC): Керамикалық құралдар арасында «үздік студент»! SiC негізіндегі керамикалық құралдар жоғары температураға және химиялық тұрақтылыққа ие. Қаттылығы жоғары қорытпаларды (мысалы, никель негізіндегі қорытпалар) және сынғыш материалдарды (шойын сияқты) кесу кезінде олар құралдың жабысуына бейім емес және баяу тозуы мүмкін. Дегенмен, сынғыштығына байланысты олар аз үзіліспен кесу және жоғары дәлдікпен әрлеуге қолайлы.
• Цементтелген карбид (WC – Co): «Кесу саласындағы ең жоғары деңгейдегі ойыншы»! Токарлық аспаптардан CNC фрезерлік кескіштерге дейін, фрезерлік болаттан бұрғылау тастарына дейін оны барлық жерде табуға болады. Құрамында төмен CO бар цементтелген карбид (мысалы, YG3X) әрлеуге жарамды, ал жоғары Co мазмұны бар (мысалы, YG8) жақсы соққыға төзімді және өрескел өңдеуді оңай өңдей алады.

2. Тозу – Төзімді құрамдас өріс

• Титан карбиді (TiC): Дәлдік қалыптардағы «тозуға төзімді чемпион» ретінде әрекет етеді! Мысалы, ұнтақ металлургиялық қалыптарда металл ұнтағын престеу кезінде TiC кірістірулері тозуға төзімді және жоғары дәлдікке ие, престелген бөлшектердің дәл өлшемдері мен жақсы беттері болуын қамтамасыз етеді және жаппай өндіру кезінде «ақаулыққа» бейім емес.
• Кремний карбиді (SiC): Тозуға төзімділік пен жоғары температураға төзімділіктің «қос жарқырауымен» қамтамасыз етілген! SiC керамикасынан жасалған жоғары температуралы пештердегі роликтер мен мойынтіректер тіпті 1000℃ жоғары температурада жұмсармайды немесе тозбайды. Сондай-ақ, SiC-тен жасалған құм үрлеу жабдықтарындағы саптамалар құм бөлшектерінің әсеріне төтеп бере алады және олардың қызмет ету мерзімі қарапайым болат саптамаларға қарағанда бірнеше есе көп.
• Цементтелген карбид (WC – Co): «Әмбебап тозуға төзімді маман»! Шахталық бұрғылау қашауларындағы цементтелген карбидті тістер тастарды зақымдамай ұса алады; Қалқанды станоктардағы цементтелген карбидті кескіштер топырақ пен құмтасқа төтеп бере алады және мыңдаған метр туннельден кейін де «сабырлылығын сақтай алады». Тіпті ұялы телефон діріл қозғалтқыштарындағы эксцентрлік дөңгелектер тұрақты дірілді қамтамасыз ету үшін тозуға төзімділік үшін цементтелген карбидке сүйенеді.

3. Электроника/жартылай өткізгіш өрісі

• Титан карбиді (TiC): Жоғары температура мен жоғары тозуға төзімділікті қажет ететін кейбір электрондық компоненттерде пайда болады! Мысалы, жоғары қуатты электронды түтіктердің электродтарында TiC жоғары температураға төзімділікке, жақсы электр өткізгіштікке және тозуға төзімділікке ие, бұл жоғары температуралы орталарда тұрақты жұмысты қамтамасыз етеді және электронды сигнал беруді қамтамасыз етеді.
• Кремний карбиді (SiC): «Жартылай өткізгіштердегі жаңа таңдаулы»! SiC жартылай өткізгіш құрылғылары (мысалы, SiC қуат модульдері) жоғары жиілікті, жоғары кернеуді және жоғары температуралық өнімділікке ие. Электрлік көліктерде және фотоэлектрлік инверторларда қолданғанда, олар тиімділікті айтарлықтай жақсартады және көлемді азайтады. Сондай-ақ, SiC пластиналары жоғары жиілікті және жоғары температуралы чиптерді өндіруге арналған «іргетас» болып табылады және 5G базалық станцияларында және авионикада жоғары күтіледі.
• Цементтелген карбид (WC – Co): Электрондық өңдеудегі «дәл құрал»! ПХД бұрғылауға арналған цементтелген карбидті бұрғылардың диаметрі 0,1 мм-ге дейін аз болуы мүмкін және оңай бұзылмай дәл бұрғылай алады. Чипті қаптама қалыптарында цементтелген карбидті кірістірулер жоғары дәлдікке және тозуға төзімділікке ие, бұл чип түйреуіштердің дәл және тұрақты орауын қамтамасыз етеді.

III. Қалай таңдау керек?

• Өте қаттылық пен дәл тозуға төзімділік үшін→ Титан карбидін (TiC) таңдаңыз! Мысалы, прецизионды қалып жабындарында және аса қатты құрал жабындарында ол тозуға «төзеді» және дәлдікті сақтай алады.
• Жоғары температураға төзімділік, химиялық тұрақтылық немесе жартылай өткізгіштерде/жоғары жиілікті құрылғыларда жұмыс істеу үшін→ Кремний карбидін (SiC) таңдаңыз! Ол жоғары температуралы пештің құрамдас бөліктері мен SiC қуат чиптері үшін қажет.
• Кесуден тозуға төзімді қолданбалардың барлығын қамтитын теңдестірілген жалпы өнімділік үшін→ Цементтелген карбидті (WC – Co) таңдаңыз! Бұл құралдарды, бұрғыларды және тозуға төзімді бөлшектерді жабатын «әмбебап ойыншы».