碳化钨的物理化学特性和应用场合-浩瀚科普

碳化钨是一种化合物，含有等量的钨原子和碳原子，碳化钨的基本形态是一种灰色粉末状物质，但是可以通过烧结压制成各种形状，并且被用于工程机械、切削工具、磨料和珠宝行业中。

碳化钨的物理特性

碳化钨的密度高达15.63克/立方厘米，碳化钨的熔点高达2870°C，在相当于1个标准大气压(101.325千帕)的压力下沸点为6000°C，热导率为110W·m-1·K-1，热膨胀系数为5.5μm·m-1·K-1。

碳化钨非常坚硬，莫氏等级约为9至9.5，维氏数约为2600。它的杨氏模量约为530-700GPa，体积模量为630-655GPa，剪切模量为274GPa。它的极限抗拉强度为344MPa，它的极限抗压强度约为2.7GPa，泊松比为0.31。

通过碳化钨细棒的纵波速度（声速）为6220m/s。

碳化钨的低电阻率约为0.2µΩ·m，可与某些金属（例如钒0.2µΩ·m）相媲美。

碳化钨是的硬度是钢的2倍，杨氏模量约为530-700GPa，是钢密度的两倍——几乎介于铅和金之间。与刚玉（α-Al2○3)的硬度相当，所以只能使用硬度较高的磨料（如立方氮化硼和金刚石粉末、砂轮和化合物）对其进行抛光操作。

碳化钨的化学特性

钨和碳有两种很好表征的化合物，在高温下，碳化钨分解成钨和碳，这可能发生在高温热喷涂过程中，例如在高速氧燃料(HVOF)和高能等离子体(HEP)方法中。

碳化钨的氧化从500–600°C开始。碳化钨的耐酸性比较强，仅受到氢氟酸/硝酸高于室温混合物的侵蚀。在室温下与氟气和400°C以上的氯气发生反应，对干燥的氢气不反应，直到它的熔点。细粉状碳化钨在过氧化氢水溶液中容易氧化。在高温和高压下，它与碳酸钠水溶液反应形成钨酸钠，由于其选择性，该程序用于回收废硬质合金。

碳化钨的制备方法

碳化钨是由金属钨和碳在1400–2000°C下反应制备的。其他方法包括使用钨金属或氧化钨和一氧化碳二氧化碳和氢气的混合物加热到900到1200℃之间。

碳化钨也可以通过将氧化钨和石墨一起加热来生产：直接加热到900°C或在氢气中加热到670°C，然后在氩气中加热到1000°C进行渗碳。

已研究的化学气相沉积方法包括：

六氯化钨与氢气（作为还原剂）和甲烷（作为碳源）在670°C下反应

WCl₆ + H₂ + CH₄ → WC + 6 HCl

六氟化钨与氢气（作为还原剂）和甲醇（作为碳源）在350°C下反应

WF₆ + 2 H₂ + CH₃OH → WC + 6 HF + H₂O

碳化钨的应用场合

1、机加工切削工具

烧结碳化钨钴切削工具非常耐磨，并且还可以承受比标准高速钢(HSS)工具更高的温度。硬质合金切削面通常用于加工碳钢或不锈钢等坚韧材料，以及钢工具磨损快的应用，例如大批量和高精度生产。由于硬质合金刀具比钢刀具更能保持锋利的切削刃，因此它们通常可以在零件上产生更好的光洁度，并且它们的耐温性可以加快加工速度。该材料通常称为硬质合金、整体硬质合金、硬质合金或碳化钨钴。它是一个金属基复合材料，其中碳化钨颗粒为聚集体，金属钴为基体。

2、穿甲弹

碳化钨，以其整体烧结形式，或更常见于烧结碳化钨钴复合材料，通常用于穿甲弹药，特别是在贫铀不可用或在政治上不可接受的情况下。碳化钨弹药现在通常是穿甲弹弹壳类型。

3、采矿和地基钻探

碳化钨广泛用于顶锤凿岩钻头、井下锤、滚刀、长壁犁凿、长壁采煤机镐、天井钻孔铰刀和隧道掘进机的采矿。在这些应用中，它还用于石油和天然气钻井中常见的井筛、子组件、密封环和套管的入口控制中的耐磨和耐腐蚀部件。

4、手术器械和医疗

碳化钨还用于制造用于开放式手术（剪刀、镊子、止血钳、刀片手柄等）和腹腔镜手术（抓握器、剪刀/刀具、持针器、烧灼器等）的手术器械。它们比不锈钢同类产品更昂贵，需要精细处理，但性能更好。

5、首饰

碳化钨，通常以硬质合金（通过金属钎焊在一起的碳化物颗粒）的形式出现，由于其极高的硬度和高抗刮擦性，已成为结婚首饰行业的流行材料。碳化钨的硬度大约是18k金的10倍。除了它的设计和高抛光，它对消费者的吸引力的一部分是它的技术性质。

6、其他

碳化钨广泛用于制造圆珠笔笔尖中的旋转球，在书写过程中分散油墨。碳化钨是制造量块的常用材料，在尺寸计量中用作生产精密长度的系统；
碳化钨作为催化剂的潜在用途，发现它在室温下催化由氢气和氧气生成水，在水存在下用氢气还原三氧化钨，和2,2-二甲基丙烷异构化为2-甲基丁烷。它已被提议作为以肼为动力的卫星推进器中的铱催化剂的替代品；
碳化钨涂层已用于高性能汽车应用的制动盘上，以提高性能、增加维修间隔并减少制动粉尘。