Egenskaper och tillämpningar av titankarbid, kiselkarbid och hårdmetallmaterial

I den industriella tillverkningens "materialuniversum" är titankarbid (TiC), kiselkarbid (SiC) och hårdmetall (vanligtvis baserad på volframkarbid – kobolt etc.) tre lysande "stjärnmaterial". Med sina unika egenskaper spelar de centrala roller inom olika områden. Idag ska vi titta närmare på skillnaderna i egenskaper mellan dessa tre material och de scenarier där de utmärker sig!

I. En direkt jämförelse av materialegenskaper

Materialtyp	Hårdhet (referensvärde)	Densitet (g/cm³)	Slitstyrka	Hög temperaturbeständighet	Kemisk stabilitet	Seghet
Titankarbid (TiC)	2800–3200HV	4,9 – 5,3	Utmärkt (domineras av svåra faser)	Stabil vid ≈1400 ℃	Resistent mot syror och alkalier (förutom starkt oxiderande syror)	Relativt låg (sprödheten är mer framträdande)
Kiselkarbid (SiC)	2500–3000HV (för SiC-keramik)	3.1 – 3.2	Enastående (stärkt av kovalent bindningsstruktur)	Stabil vid ≈1600 ℃ (i keramiskt tillstånd)	Extremt stark (resistent mot de flesta kemiska medier)	Måttlig (spröd i keramiskt tillstånd; enkristaller har seghet)
Hårdmetall (WC – Co som exempel)	1200–1800 HV	13–15 (för WC – Co-serien)	Exceptionell (WC-hårda faser + Co-bindemedel)	≈800 – 1000 ℃ (beroende på Co-innehåll)	Resistent mot syror, alkalier och slipande slitage	Relativt bra (Co-bindefas förbättrar segheten)

Fastighetsfördelning:

• Titankarbid (TiC)Dess hårdhet ligger nära diamantens, vilket gör den till en medlem av den superhårda materialfamiljen. Dess höga densitet möjliggör exakt positionering i precisionsverktyg som kräver "viktning". Den har dock hög sprödhet och är benägen att flisas vid stötar, så den är mer lämplig för statiska, slagtåliga/slitagebeständiga scenarier. Till exempel används den ofta som beläggning på verktyg. TiC-beläggningen är superhård och slitstark, som att sätta "skyddande pansar" på snabbstål och hårdmetallverktyg. Vid bearbetning av rostfritt stål och legerat stål tål den höga temperaturer och minskar slitaget, vilket avsevärt förlänger verktygens livslängd. Till exempel, vid beläggning av finfräsar möjliggör den snabb och stabil skärning.
• Kiselkarbid (SiC)En "topppresterande inom högtemperaturbeständighet"! Den kan bibehålla stabil prestanda över 1600 ℃. I keramiskt tillstånd är dess kemiska stabilitet anmärkningsvärd och den reagerar knappast med syror och alkalier (förutom några få som fluorvätesyra). Sprödhet är dock ett vanligt problem för keramiska material. Trots detta har enkristallkiselkarbid (som 4H-SiC) förbättrad seghet och gör comeback i halvledare och högfrekvenskomponenter. Till exempel är SiC-baserade keramiska verktyg "toppstudenter" bland keramiska verktyg. De har hög temperaturbeständighet och kemisk stabilitet. Vid bearbetning av legeringar med hög hårdhet (som nickelbaserade legeringar) och spröda material (som gjutjärn) är de inte benägna att fastna och har långsamt slitage. På grund av sprödheten är de dock mer lämpade för finbearbetning med mindre avbruten skärning och hög precision.
• Hårdmetall (WC – Co)En "toppaktör inom skärande bearbetning"! Från svarvar till CNC-fräsar, från fräsning av stål till borrsten, den finns överallt. Hårdmetall med lågt Co-innehåll (som YG3X) är lämplig för finbearbetning, medan hårdmetall med högt Co-innehåll (som YG8) har god slagtålighet och klarar grovbearbetning med lätthet. WC-hårdmetallfaserna ansvarar för att "motstå" slitage, och Co-bindemedlet fungerar som "lim" för att hålla ihop WC-partiklarna och bibehålla både hårdhet och seghet. Även om dess högtemperaturbeständighet inte är lika bra som de två första, gör dess balanserade övergripande prestanda den lämplig för en mängd olika scenarier, från skärning till slitstarka komponenter.

II. Användningsområden i full gång

1. Skärverktygsfält

• Titankarbid (TiC)Fungerar ofta som beläggning på verktyg! Den superhårda och slitstarka TiC-beläggningen ger ett "skyddande pansar" på verktyg i snabbstål och hårdmetall. Vid skärning av rostfritt stål och legerat stål tål den höga temperaturer och minskar slitage, vilket avsevärt förlänger verktygens livslängd. Till exempel möjliggör den snabb och stabil skärning vid beläggning av finfräsar.
• Kiselkarbid (SiC)En "toppstudent" bland keramiska verktyg! SiC-baserade keramiska verktyg har hög temperaturbeständighet och kemisk stabilitet. Vid bearbetning av höghårda legeringar (som nickelbaserade legeringar) och spröda material (som gjutjärn) är de inte benägna att fastna och slits långsamt. På grund av sprödheten är de dock mer lämpade för finbearbetning med mindre avbruten skärning och hög precision.
• Hårdmetall (WC – Co)En "toppaktör inom skärande bearbetning"! Från svarvar till CNC-fräsar, från fräsning av stål till borrsten, den finns överallt. Hårdmetall med lågt Co-innehåll (som YG3X) är lämplig för finbearbetning, medan hårdmetall med högt Co-innehåll (som YG8) har god slagtålighet och klarar grovbearbetning med lätthet.

2. Slitstarka komponenter

• Titankarbid (TiC)Fungerar som en "slitagebeständig mästare" i precisionsformar! Till exempel, i pulvermetallurgiska formar, är TiC-insatser slitstarka och har hög precision vid pressning av metallpulver, vilket säkerställer att de pressade delarna har exakta dimensioner och bra ytor, och inte är benägna att "funktionsfel" under massproduktion.
• Kiselkarbid (SiC)Utrustad med "dubbla poleringar" av slitstyrka och högtemperaturbeständighet! Rullar och lager i högtemperaturugnar tillverkade av SiC-keramik mjuknar eller slits inte ens över 1000 ℃. Dessutom kan munstycken i sandblästringsutrustning tillverkad av SiC motstå påverkan av sandpartiklar, och deras livslängd är flera gånger längre än för vanliga stålmunstycken.
• Hårdmetall (WC – Co)En "mångsidig expert på slitstyrka"! Hårdmetalltänder i gruvborrkronor kan krossa stenar utan att skadas; hårdmetallskär på skärmmaskiner tål jord och sandsten och kan "behålla lugnet" även efter tusentals meter tunnelborrning. Även de excentriska hjulen i vibrationsmotorer för mobiltelefoner är beroende av hårdmetall för slitstyrka och säkerställer stabil vibration.

3. Elektronik-/halvledarområdet

• Titankarbid (TiC)Förekommer i vissa elektroniska komponenter som kräver hög temperatur och hög slitstyrka! Till exempel, i elektroderna i högeffektselektronrör har TiC hög temperaturbeständighet, god elektrisk ledningsförmåga och slitstyrka, vilket möjliggör stabil drift i högtemperaturmiljöer och säkerställer elektronisk signalöverföring.
• Kiselkarbid (SiC)En "ny favorit inom halvledare"! SiC-halvledarkomponenter (som SiC-kraftmoduler) har utmärkt prestanda vid höga frekvenser, höga spänningar och höga temperaturer. När de används i elfordon och solcellsväxelriktare kan de avsevärt förbättra effektiviteten och minska volymen. SiC-wafers är också "grunden" för tillverkning av högfrekventa och högtemperaturchips, och är mycket efterlängtade i 5G-basstationer och flygelektronik.
• Hårdmetall (WC – Co)Ett "precisionsverktyg" inom elektronisk bearbetning! Hårdmetallborrar för kretskortsborrning kan ha en diameter så liten som 0,1 mm och kan borra exakt utan att gå sönder lätt. Hårdmetallinsatser i chipförpackningsgjutningar har hög precision och slitstyrka, vilket säkerställer noggrann och stabil förpackning av chipstift.

III. Hur man väljer?

• För extrem hårdhet och exakt slitstyrka→ Välj titankarbid (TiC)! Till exempel, i precisionsformbeläggningar och superhårda verktygsbeläggningar, kan den "motstå" slitage och bibehålla precisionen.
• För högtemperaturbeständighet, kemisk stabilitet eller arbete med halvledare/högfrekventa komponenter→ Välj kiselkarbid (SiC)! Det är oumbärligt för högtemperaturugnskomponenter och SiC-kraftchips.
• För balanserad övergripande prestanda, som täcker allt från skärning till slitstarka applikationer→ Välj hårdmetall (WC – Co)! Det är en "mångsidig aktör" som täcker verktyg, borrar och slitstarka delar.