Nell'"universo materiale" della produzione industriale, il carburo di titanio (TiC), il carburo di silicio (SiC) e il carburo cementato (tipicamente a base di carburo di tungsteno – cobalto, ecc.) sono tre "materiali stellari" brillanti. Con le loro proprietà uniche, svolgono ruoli fondamentali in vari campi. Oggi, daremo un'occhiata approfondita alle differenze di proprietà tra questi tre materiali e agli scenari in cui eccellono!
I. Un confronto diretto delle proprietà dei materiali
| Tipo di materiale | Durezza (valore di riferimento) | Densità (g/cm³) | Resistenza all'usura | Resistenza alle alte temperature | Stabilità chimica | Tenacità |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Carburo di titanio (TiC) | 2800 – 3200HV | 4.9 – 5.3 | Eccellente (dominato da fasi dure) | Stabile a ≈1400℃ | Resistente ad acidi e alcali (eccetto acidi ossidanti forti) | Relativamente bassa (la fragilità è più prominente) |
| Carburo di silicio (SiC) | 2500 – 3000HV (per ceramiche SiC) | 3.1 – 3.2 | Eccezionale (sostenuto dalla struttura del legame covalente) | Stabile a ≈1600℃ (in stato ceramico) | Estremamente forte (resistente alla maggior parte dei mezzi chimici) | Moderata (fragile in stato ceramico; i monocristalli hanno tenacità) |
| Carburo cementato (WC – Co come esempio) | 1200 – 1800HV | 13 – 15 (per la serie WC – Co) | Eccezionale (fasi dure WC + legante Co) | ≈800 – 1000℃ (dipende dal contenuto di Co) | Resistente ad acidi, alcali e usura abrasiva | Relativamente buona (la fase legante Co aumenta la tenacità) |
Ripartizione delle proprietà:
- Carburo di titanio (TiC): La sua durezza è simile a quella del diamante, il che lo rende un membro della famiglia dei materiali super duri. La sua alta densità consente un posizionamento preciso negli utensili di precisione che richiedono "pesatura". Tuttavia, ha un'elevata fragilità ed è soggetto a scheggiature in caso di impatto, quindi è più adatto a scenari statici, a basso impatto, di taglio/resistenza all'usura. Ad esempio, viene spesso utilizzato come rivestimento sugli utensili. Il rivestimento in TiC è super duro e resistente all'usura, come mettere un'"armatura protettiva" sugli utensili in acciaio super rapido e carburo cementato. Quando si taglia acciaio inossidabile e acciaio legato, può resistere alle alte temperature e ridurre l'usura, prolungando significativamente la durata dell'utensile. Ad esempio, nel rivestimento delle frese di finitura, consente un taglio rapido e stabile.
- Carburo di silicio (SiC): Un "top performer nella resistenza alle alte temperature"! Può mantenere prestazioni stabili sopra i 1600℃. Nello stato ceramico, la sua stabilità chimica è notevole e reagisce a malapena con acidi e alcali (ad eccezione di alcuni come l'acido fluoridrico). Tuttavia, la fragilità è un problema comune per i materiali ceramici. Tuttavia, il carburo di silicio monocristallino (come 4H – SiC) ha una maggiore tenacità e sta tornando in auge nei semiconduttori e nei dispositivi ad alta frequenza. Ad esempio, gli utensili ceramici a base di SiC sono "studenti modello" tra gli utensili ceramici. Hanno un'elevata resistenza alle temperature e stabilità chimica. Quando si tagliano leghe ad alta durezza (come le leghe a base di nichel) e materiali fragili (come la ghisa), non sono soggetti ad attaccamento dell'utensile e hanno un'usura lenta. Tuttavia, a causa della fragilità, sono più adatti per la finitura con meno taglio interrotto e alta precisione.
- Carburo cementato (WC – Co): Un "giocatore di alto livello nel campo del taglio"! Dagli utensili per tornio alle frese CNC, dalla fresatura dell'acciaio alla perforazione della pietra, si trova ovunque. Il carburo cementato con basso contenuto di Co (come YG3X) è adatto per la finitura, mentre quello con alto contenuto di Co (come YG8) ha una buona resistenza agli urti e può gestire facilmente la sgrossatura. Le fasi dure WC sono responsabili della "resistenza" all'usura e il legante Co agisce come "colla" per tenere insieme le particelle di WC, mantenendo sia la durezza che la tenacità. Sebbene la sua resistenza alle alte temperature non sia buona come le prime due, le sue prestazioni complessive equilibrate lo rendono adatto a una vasta gamma di scenari, dal taglio ai componenti resistenti all'usura.
II. Campi di applicazione a pieno regime
1. Campo degli utensili da taglio
- Carburo di titanio (TiC): Serve spesso come rivestimento sugli utensili! Il rivestimento in TiC super duro e resistente all'usura mette un'"armatura protettiva" sugli utensili in acciaio super rapido e carburo cementato. Quando si taglia acciaio inossidabile e acciaio legato, può resistere alle alte temperature e ridurre l'usura, prolungando significativamente la durata dell'utensile. Ad esempio, nel rivestimento delle frese di finitura, consente un taglio rapido e stabile.
- Carburo di silicio (SiC): Uno "studente modello" tra gli utensili ceramici! Gli utensili ceramici a base di SiC hanno un'elevata resistenza alle temperature e stabilità chimica. Quando si tagliano leghe ad alta durezza (come le leghe a base di nichel) e materiali fragili (come la ghisa), non sono soggetti ad attaccamento dell'utensile e hanno un'usura lenta. Tuttavia, a causa della fragilità, sono più adatti per la finitura con meno taglio interrotto e alta precisione.
- Carburo cementato (WC – Co): Un "giocatore di alto livello nel campo del taglio"! Dagli utensili per tornio alle frese CNC, dalla fresatura dell'acciaio alla perforazione della pietra, si trova ovunque. Il carburo cementato con basso contenuto di Co (come YG3X) è adatto per la finitura, mentre quello con alto contenuto di Co (come YG8) ha una buona resistenza agli urti e può gestire facilmente la sgrossatura.
2. Campo dei componenti resistenti all'usura
- Carburo di titanio (TiC): Agisce come un "campione resistente all'usura" negli stampi di precisione! Ad esempio, negli stampi per metallurgia delle polveri, quando si preme la polvere di metallo, gli inserti in TiC sono resistenti all'usura e hanno un'elevata precisione, garantendo che le parti pressate abbiano dimensioni accurate e buone superfici e non siano soggette a "malfunzionamenti" durante la produzione di massa.
- Carburo di silicio (SiC): Dotato di "doppi vantaggi" di resistenza all'usura e resistenza alle alte temperature! Rulli e cuscinetti in forni ad alta temperatura realizzati in ceramica SiC non si ammorbidiscono né si usurano nemmeno sopra i 1000℃. Inoltre, gli ugelli nelle apparecchiature di sabbiatura realizzati in SiC possono resistere all'impatto delle particelle di sabbia e la loro durata è diverse volte superiore a quella degli ugelli in acciaio ordinari.
- Carburo cementato (WC – Co): Un "esperto versatile resistente all'usura"! I denti in carburo cementato nelle punte da miniera possono frantumare le rocce senza danni; le frese in carburo cementato sugli utensili per macchine scudo possono resistere al suolo e all'arenaria e possono "mantenere la calma" anche dopo aver scavato migliaia di metri. Anche le ruote eccentriche nei motori di vibrazione dei telefoni cellulari si affidano al carburo cementato per la resistenza all'usura per garantire una vibrazione stabile.
3. Campo dell'elettronica/semiconduttori
- Carburo di titanio (TiC): Appare in alcuni componenti elettronici che richiedono alta temperatura e alta resistenza all'usura! Ad esempio, negli elettrodi dei tubi elettronici ad alta potenza, il TiC ha un'elevata resistenza alle temperature, una buona conduttività elettrica e resistenza all'usura, consentendo un funzionamento stabile in ambienti ad alta temperatura e garantendo la trasmissione del segnale elettronico.
- Carburo di silicio (SiC): Un "nuovo favorito nei semiconduttori"! I dispositivi a semiconduttore SiC (come i moduli di potenza SiC) hanno eccellenti prestazioni ad alta frequenza, alta tensione e alta temperatura. Quando vengono utilizzati nei veicoli elettrici e negli inverter fotovoltaici, possono migliorare significativamente l'efficienza e ridurre il volume. Inoltre, i wafer SiC sono le "fondamenta" per la produzione di chip ad alta frequenza e alta temperatura e sono molto attesi nelle stazioni base 5G e nell'avionica.
- Carburo cementato (WC – Co): Uno "strumento di precisione" nella lavorazione elettronica! Le punte in carburo cementato per la foratura di PCB possono avere un diametro di soli 0,1 mm e possono forare con precisione senza rompersi facilmente. Gli inserti in carburo cementato negli stampi per l'imballaggio dei chip hanno un'elevata precisione e resistenza all'usura, garantendo un imballaggio accurato e stabile dei pin dei chip.
III. Come scegliere?
- Per estrema durezza e precisa resistenza all'usura → Scegli il carburo di titanio (TiC)! Ad esempio, nei rivestimenti di stampi di precisione e nei rivestimenti di utensili super duri, può "resistere" all'usura e mantenere la precisione.
- Per resistenza alle alte temperature, stabilità chimica o per lavorare su semiconduttori/dispositivi ad alta frequenza → Scegli il carburo di silicio (SiC)! È indispensabile per i componenti dei forni ad alta temperatura e per i chip di potenza SiC.
- Per prestazioni complessive equilibrate, che coprono tutto, dal taglio alle applicazioni resistenti all'usura → Scegli il carburo cementato (WC – Co)! È un "giocatore versatile" che copre utensili, punte e parti resistenti all'usura.