Свойства и применение карбидов вольфрама

Монокарбид вольфрама. Карбид вольфрама WC (6,12% С) представляет собой серый металлический порошок, медленно взаимодействующий с кислотами. В отличие от карбида W2C монокарбид не растворяется смесью азотной и плавиковой кислот (1:4; устойчив против хлора до 400° и начинает взаимодействовать с ним лишь при 600—800°. Фтор соединяется с WC уже на холоду с вспышкой. При нагревании на воздухе или в кислороде монокарбид вольфрама медленно окисляется до WO3.

Карбид WC кристаллизуется в простой гексагональной решетке особого структурного типа, вероятное строение которой показано на рис. 3. Периоды решетки определены многими исследователями. Наиболее достоверные значения: а = 2,900 А ; с = 2,831 Ac расчетной плотностью 15,77 г/см3. Последняя величина хорошо согласуется с действительной плотностью, величина которой, по данным ряда авторов, равна 15,5—15,7 г/см3.

Твердость WC по шкале Mooca равна 9. Экстраполируя кривую твердости сплавов WC-Co, Энгле дает значение твердости для WC в 94 единицы Роквелла (шкала А). В последнее время неоднократно определялась микротвердость чистого WC. Результаты измерений по причинам, указанным на стр. 381, сильно различаются. Измерения автора дали при нагрузке 50 г микротвердость 2400 кг/мм2; по другим данным, при нагрузке 20 г твердость составляет 2500 кг/мм2.

Измеряя микротвердость по Кнупу, Фостер с сотр. нашли максимальное значение 2105 и среднее (при значительном разбросе) 1307 кг/мм2. Горячепрессованный беспористый карбид WC имеет твердость по Виккерсу 1620 кг/мм2 Бюкле определил зависимость микротвердости кристаллов WC от их величины.

Агте определил предел прочности при растяжении штабиков WC, спеченных при высоких температурах, в 35 кг/мм2. Горячепрессованный, плотный WC имеет предел прочности при изгибе 52—56 кг/мм2.

Модуль упругости и его температурная зависимость определены Кестером и Раушером. При 20° модуль составил 72 200 кг/мм2.

Вследствие разложения WC при плавлении данные различных авторов о температуре плавления этого карбида (см. табл. 38) имеют условный характер.

Термический коэффициент линейного расширения был определен рентгенографически Беккером: по оси а 5,2*10в-6, по оси с 7,3*10в-6.

Термодинамические данные определены в ряде работ.

Магнитная восприимчивость WC определена Клеимом и Шютцом.

Детально изучены электрические характеристики монокарбида вольфрама. Электропроводность при комнатной температуре составляет, по Эндрью, 0,4 электропроводности чистого вольфрама. Удельное электрическое сопротивление по Фридерику и Зиттигу 53 мком*см при 20° и 260 мком*см в расплавленном состоянии. При 2,5° К карбид WC обладает сверхпроводимостью. Данные об электронной эмиссии сообщают Беккер и Баз-Таймац.

Карбид W2C (3,15% С) устойчив на холоду против минеральных кислот; растворяется в азотной кислоте при нагреве; легко растворяется в смеси 1:4 азотной и плавиковой кислот. Реагирует с хлором при 400°, образуя хлорид и графит. Фтор взаимодействует с W2C на холоду. В кислороде карбид WC сгорает при 500°, образуя ангидрид вольфрама.

Сопоставление микроструктур W2C, WC и W при травлении различными реагентами приведено в работах.

Карбид W2C кристаллизуется в гексагональной компактной решетке. Тип структуры однозначно не определен. Периоды решетки: а = 2,98 А; с = 4,71 А. Отсюда расчетная плотность 17,34 г/см3, что хорошо согласуется с практическим определением удельного веса в 17,2 г/см3.

Строение решетки, найденной Беккером, высокотемпературной модификации в-W2C, пока неясно. Точно так же еще не надежны данные о кубической гранецентрированной решетке (а = 4,16 А) карбида W2C, обнаруженной при осаждении карбида вольфрама из газовой фазы.

Карбид W2C царапает корунд, обладая твердостью по Moocy более 9. Микротвердость, определенная на литых образцах (W2C—WC), составляет, по данным автора, около 3000 кг/мм2 при нагрузке 50 г.

Модуль упругости (при 20° — 42800 кг/мм2) и его температурная зависимость определены Кестером и Раушером.

Температура плавления W2C определена многими исследователями; соответствующие данные приведены в табл. 38.

Коэффициент линейного расширения, определенный рентгенографически, составляет по оси а — 1,2*10в-6, по оси с — 11,4*10в-6.

Термодинамические величины даны в работе Келли.

Электропроводность при комнатной температуре составляет 0,07 от электропроводности чистого вольфрама. Беккер исследовал электрическое сопротивление карбида W2C до 2650°: при комнатной температуре оно составило около 80, а при 2000°—125 мком*см. При 2300° на кривой электропроводности наблюдался перегиб, обусловленный а—в-превращением карбида W2C. Электропроводность в-W2C на 4—3% меньше электропроводности а-фазы.

Способность карбида W2C к электронной эмиссии исследовал Барнес.



Монокарбид вольфрама — важнейший компонент современных металлокерамических твердых сплавов. Он применяется в этих сплавах как самостоятельно, так и в виде твердых растворов с карбидами титана и тантала.

Спеченные изделия из твердых сплавов, порошкообразный карбид вольфрама и литой карбид в виде крупки или фасонных буровых пластинок применяют для оснащения бурового инструмента и т. п..

Кроме того, имеется ряд других предложений и возможностей. Недавно сообщалось о производстве тиглей и деталей для высокотемпературных печей из чистого карбида вольфрама (порошка) горячим прессованием.