Kjennetegn og anvendelser av titankarbid, silisiumkarbid og sementerte karbidmaterialer

I «materialuniverset» innen industriell produksjon er titankarbid (TiC), silisiumkarbid (SiC) og sementert karbid (vanligvis basert på wolframkarbid – kobolt osv.) tre skinnende «stjernematerialer». Med sine unike egenskaper spiller de sentrale roller på ulike felt. I dag skal vi se nærmere på forskjellene i egenskaper mellom disse tre materialene og scenariene der de utmerker seg!

I. En direkte sammenligning av materialegenskaper

Materialtype	Hardhet (referanseverdi)	Tetthet (g/cm³)	Slitasjemotstand	Høy temperaturmotstand	Kjemisk stabilitet	Tøffhet
Titankarbid (TiC)	2800–3200HV	4,9–5,3	Utmerket (dominert av vanskelige faser)	Stabil ved ≈1400 ℃	Bestandig mot syrer og alkalier (unntatt sterke oksiderende syrer)	Relativt lav (sprøhet er mer fremtredende)
Silisiumkarbid (SiC)	2500–3000HV (for SiC-keramikk)	3.1 – 3.2	Enestående (styrket av kovalent bindingsstruktur)	Stabil ved ≈1600 ℃ (i keramisk tilstand)	Ekstremt sterk (motstandsdyktig mot de fleste kjemiske medier)	Moderat (sprø i keramisk tilstand; enkeltkrystaller har seighet)
Sementert karbid (WC – Co som et eksempel)	1200–1800 HV	13–15 (for WC – Co-serien)	Eksepsjonell (WC harde faser + Co-bindemiddel)	≈800–1000 ℃ (avhenger av Co-innhold)	Motstandsdyktig mot syrer, alkalier og slipende slitasje	Relativt god (Co-bindemiddelfase forbedrer seigheten)

Eiendomsfordeling:

• Titankarbid (TiC)Hardheten er nær diamantens, noe som gjør den til et medlem av den superharde materialfamilien. Den høye tettheten muliggjør presis posisjonering i presisjonsverktøy som krever "vekting". Den har imidlertid høy sprøhet og er utsatt for avskalling under støt, så den er mer egnet for statisk skjæring med lav støt/slitasjebestandige scenarier. For eksempel brukes den ofte som et belegg på verktøy. TiC-belegget er superhardt og slitesterkt, som å sette "beskyttende rustning" på hurtigstål og sementert hardmetallverktøy. Ved kutting av rustfritt stål og legeringsstål tåler den høye temperaturer og reduserer slitasje, noe som forlenger verktøyets levetid betydelig. For eksempel, i belegget av finfreser, muliggjør den rask og stabil kutting.
• Silisiumkarbid (SiC)En «toppkarakter innen høytemperaturmotstand»! Den kan opprettholde stabil ytelse over 1600 ℃. I keramisk tilstand er den kjemiske stabiliteten bemerkelsesverdig, og den reagerer knapt med syrer og alkalier (bortsett fra noen få, som flussyre). Sprøhet er imidlertid et vanlig problem for keramiske materialer. Likevel har enkrystall silisiumkarbid (som 4H – SiC) forbedret seighet og gjør comeback i halvledere og høyfrekvente enheter. For eksempel er SiC-baserte keramiske verktøy «toppkarakterer» blant keramiske verktøy. De har høy temperaturmotstand og kjemisk stabilitet. Ved kutting av legeringer med høy hardhet (som nikkelbaserte legeringer) og sprø materialer (som støpejern), er de ikke utsatt for at verktøyet setter seg fast og har langsom slitasje. På grunn av sprøhet er de imidlertid mer egnet for etterbehandling med mindre avbrutt kutting og høy presisjon.
• Sementert karbid (WC – Co)En «toppaktør innen skjærefeltet»! Fra dreiebenker til CNC-freser, fra fresing av stål til borestein, finnes den overalt. Sementert karbid med lavt Co-innhold (som YG3X) er egnet for overflatebehandling, mens den med høyt Co-innhold (som YG8) har god slagfasthet og tåler grov maskinering med letthet. De harde WC-fasene er ansvarlige for å «motstå» slitasje, og Co-bindemidlet fungerer som «lim» for å holde WC-partiklene sammen, og opprettholder både hardhet og seighet. Selv om høytemperaturmotstanden ikke er like god som de to første, gjør den balanserte totalytelsen den egnet for et bredt spekter av scenarier, fra skjæring til slitasjebestandige komponenter.

II. Bruksområder i full gang

1. Skjæreverktøyfelt

• Titankarbid (TiC)Fungerer ofte som et belegg på verktøy! Det superharde og slitesterke TiC-belegget gir et «beskyttende lag» på verktøy i hurtigstål og sementert hardmetall. Ved kutting av rustfritt stål og legeringsstål tåler det høye temperaturer og reduserer slitasje, noe som forlenger verktøyets levetid betydelig. For eksempel muliggjør det rask og stabil kutting i belegg på finfreser.
• Silisiumkarbid (SiC)En «toppstudent» blant keramiske verktøy! SiC-baserte keramiske verktøy har høy temperaturbestandighet og kjemisk stabilitet. Ved skjæring av legeringer med høy hardhet (som nikkelbaserte legeringer) og sprø materialer (som støpejern), er de ikke utsatt for at verktøyet setter seg fast og slites sakte. På grunn av sprøheten er de imidlertid mer egnet for finpussing med mindre avbrutt skjæring og høy presisjon.
• Sementert karbid (WC – Co)En «toppspiller innen skjærefeltet»! Fra dreiebenker til CNC-freser, fra fresing av stål til borestein, finnes den overalt. Hardmetall med lavt Co-innhold (som YG3X) er egnet for overflatebehandling, mens hardmetall med høyt Co-innhold (som YG8) har god slagfasthet og tåler grov maskinering med letthet.

2. Slitasjebestandig komponentfelt

• Titankarbid (TiC)Fungerer som en «slitasjebestandig mester» i presisjonsformer! For eksempel, i pulvermetallurgiske former, er TiC-innsatser slitesterke og har høy presisjon når de presses metallpulver, noe som sikrer at de pressede delene har nøyaktige dimensjoner og gode overflater, og ikke er utsatt for «feil» under masseproduksjon.
• Silisiumkarbid (SiC)Utstyrt med «dobbel polering» av slitestyrke og høytemperaturmotstand! Ruller og lagre i høytemperaturovner laget av SiC-keramikk verken mykner eller slites selv over 1000 ℃. Dyser i sandblåsingsutstyr laget av SiC tåler også støtet fra sandpartikler, og levetiden deres er flere ganger lengre enn for vanlige ståldyser.
• Sementert karbid (WC – Co)En «allsidig ekspert på slitasje»! Karbidtenner i gruveborkroner kan knuse stein uten å bli skadet; karbidkuttere på skjoldmaskiner tåler jord og sandstein, og kan «beholde fatningen» selv etter tusenvis av meter tunnelering. Selv de eksentriske hjulene i vibrasjonsmotorer for mobiltelefoner er avhengige av karbid for slitasjemotstand og for å sikre stabil vibrasjon.

3. Elektronikk-/halvlederfeltet

• Titankarbid (TiC)Forekommer i noen elektroniske komponenter som krever høy temperatur og høy slitestyrke! For eksempel, i elektrodene i høyeffektselektronrør, har TiC høy temperaturmotstand, god elektrisk ledningsevne og slitestyrke, noe som muliggjør stabil drift i miljøer med høy temperatur og sikrer elektronisk signaloverføring.
• Silisiumkarbid (SiC)En «ny favoritt innen halvledere»! SiC-halvlederenheter (som SiC-kraftmoduler) har utmerket ytelse ved høy frekvens, høy spenning og høy temperatur. Når de brukes i elektriske kjøretøy og solcelledrevne omformere, kan de forbedre effektiviteten betydelig og redusere volumet. SiC-wafere er også «grunnlaget» for produksjon av høyfrekvente og høytemperaturbrikker, og er svært etterlengtet i 5G-basestasjoner og flyelektronikk.
• Sementert karbid (WC – Co)Et «presisjonsverktøy» innen elektronisk prosessering! Hardmetallbor for PCB-boring kan ha en diameter så liten som 0,1 mm og kan bore presist uten å brekke lett. Hardmetallinnsatser i brikkepakkeformer har høy presisjon og slitestyrke, noe som sikrer nøyaktig og stabil pakking av brikkepinner.

III. Hvordan velge?

• For ekstrem hardhet og presis slitestyrke→ Velg titankarbid (TiC)! For eksempel, i presisjonsformbelegg og superharde verktøybelegg, kan det «tåle» slitasje og opprettholde presisjon.
• For høytemperaturmotstand, kjemisk stabilitet eller arbeid på halvledere/høyfrekvente enheter→ Velg silisiumkarbid (SiC)! Det er uunnværlig for høytemperaturovnskomponenter og SiC-kraftbrikker.
• For balansert totalytelse, som dekker alt fra skjæring til slitesterke applikasjoner→ Velg sementert karbid (WC – Co)! Det er en «allsidig aktør» som dekker verktøy, bor og slitesterke deler.