基本介紹
- 中文名：碳化鎢
- 英文名：Tungsten Carbide
- 化學式：WC
- 分子量：195.85
- CAS登錄號：12070-12-1
- EINECS登錄號：235-123-0
- 熔點：2870℃
- 沸點：6000℃
- 水溶性：不溶於水
- 密度：15.63 g/cm3
- 外觀：黑色六方晶體，有金屬光澤
- 危險性描述：避免與皮膚和眼睛接觸、切勿吸入粉塵。
- 危險品運輸編號：UN3178
- 理論密度：15.63g/cm3
- 電阻率：19.2×10-6Ω·m
- MDL號：MFCD00011464
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發展簡史
從1893年以來，德國科學家就利用三氧化鎢和碳在電爐中一起加熱到高溫的方法製取出碳化鎢，並試圖利用其高熔點、高硬度等特性來製取拉絲模等，以便取代金剛石材料。但由於碳化鎢脆性大，易開裂和韌性低等原因，一直未能得到工業套用。進入二十世紀二十年代，德國科學家Karl Schroter研究發現純碳化鎢不能適應拉拔過程中所形成的激烈的應力變化，只有把低熔點金屬加入WC中才能在不降低硬度的條件下，使毛坯具有一定的韌性。Schroter於1923年首先提出了用粉末冶金的方法，即將碳化鎢與少量的鐵族金屬（鐵、鎳、鈷）混合，然後壓製成型並在高於1300℃溫度下於氫氣中燒結來生產硬度合金的專利。
理化性質
物理性質
17 300 MPa | |
彈性模量 | 710GPa |
抗壓強度 | 56MP |
熱膨脹係數 | 6.9×10-6/K |
灰色帶有金屬光澤的粉末。屬於六方晶系。很硬、彈性率也大（72700kg/mm2）。
碳化鎢粉顆粒大小：
等級 | Fsss （μm） | O （%） 不超過 |
WC10 | 1.01～1.40 | 0.15 |
WC14 | 1.41~1.80 | 0.10 |
WC18 | 1.81~2.40 | 0.10 |
WC24 | 2.41~3.00 | 0.08 |
WC30 | 3.01~4.00 | 0.08 |
WC40 | 4.01~5.00 | 0.08 |
WC50 | 5.01~7.00 | 0.05 |
WC70 | 7.01~10.00 | 0.05 |
WC100 | 10.01~14.00 | 0.05 |
WC140 | 14.01~20.00 | 0.05 |
WC200 | 20.01~26.00 | 0.05 |
化學性質
空氣中500℃ 以上即開始活性氧化，抗氧化能力弱。
碳化鎢分子結構圖
碳化鎢分子結構圖耐酸性強。
化學反應式：W + C = WC 註：在1150℃中反應。
低於400℃不與氯作用；在室溫下能與氟激烈反應；在空氣中加熱時被氧化成氧化鎢。
生產方法
以金屬鎢和碳為原料，將平均粒徑為 3～5μm 的鎢粉與等物質的量的碳黑用球磨機乾混，充分混合後，加壓成型後放入石墨盤，再在石墨電阻爐或感應電爐中加熱至1400～1700℃，最好控制在1550～1650℃。在氫氣流中，最初生成 W2C，繼續在高溫下反應生成WC。或者首先將六羰基鎢在650～1000℃、CO氣氛中熱分解製得鎢粉，然後與一氧化碳於1150℃反應得到 WC，溫度高於該溫度可生成 W2C。
化學反應式：
2W + C = W2C
W + C = WC
將三氧化鎢WO3加氫還原製得鎢粉（平均粒度3～5μm）。再把鎢粉與炭黑按等摩爾比的混合物（用球磨機乾混約10h），在1t/cm2 左右的壓力下加壓成型。將該加壓成型料塊放進石墨盤或坩堝內，用石墨電阻爐或感應電爐在氫氣流中（使用露點為 -35℃ 的純氫）加熱至1400～1700℃（最好是1550～1650℃），使之滲碳則生成WC。反應從鎢粒周圍開始進行，因為在反應初期生成W2C，由於反應不完全（主要是反應溫度低）除WC之外尚殘存有未反應的W及中間產物W2C。所以必須加熱到上述高溫。應該根據原料鎢的粒度大小來確定最高溫度。如平均粒度為150μm 左右的粗粒，則在1550～1650℃的高溫下進行反應。
化學反應式：
WO3 + 3H2 → W + 3H2O
2WO3 + 3C → 2W + 3CO2
2W + C = W2C
W + C = WC
硬質合金對碳化鎢WC粒度的要求，根據不同用途的硬質合金，採用不同粒度的碳化鎢；硬質合金切削刀具，比如切腳機刀片V-CUT刀等，精加工合金採用超細亞細細顆粒碳化鎢；粗加工合金採用中顆粒碳化鎢；重力切削和重型切削的合金採用中粗顆粒碳化鎢做原料；礦山工具岩石硬度高衝擊負荷大採用粗顆粒碳化鎢；岩石衝擊小衝擊負荷小，採用中顆粒碳化鎢做原料耐磨零件；當強調其耐磨性抗壓和表面光潔度時，採用超細亞細細中顆粒碳化鎢做原料；耐衝擊工具採用中粗顆粒碳化鎢原料為主。
碳化鎢理論含碳量為6.128%（原子50%），當碳化鎢含碳量大於理論含碳量則碳化鎢中出現游離碳（WC+C），游離碳的存在燒結時使其周圍的碳化鎢晶粒長大，致使硬質合金晶粒不均勻；碳化鎢一般要求化合碳高（≥6.07%）游離碳（≤0.05%），總碳則決定於硬質合金的生產工藝和使用範圍。
正常情況下石蠟工藝真空燒結用碳化鎢總碳主要決定於燒結前壓塊內的化合氧含量含一份氧要增加0.75份碳即WC總碳=6.13%+含氧量%×0.75（假設燒結爐內為中性氣氛實際上多數真空爐為滲碳氣氛所用碳化鎢總碳小於計算值）。 中國碳化鎢的總碳含量大致分為三種石蠟工藝真空燒結用碳化鎢的總碳約為6.18±0.03%（游離碳將增大）石蠟工藝氫氣燒結用碳化鎢的總碳含量為6.13±0.03%橡膠工藝氫氣燒結用碳化鎢總碳=5.90±0.03%上述工藝有時交叉進行因此確定碳化鎢總碳要根據具體情況。
不同使用範圍、不同鈷含量、不同晶粒度的合金所用 WC 總碳可做一些小的調整。低鈷合金可選用總碳偏高的碳化鎢，高鈷合金則可選用總碳偏低的碳化鎢。總之，硬質合金的具體使用需求不同對碳化鎢粒度的要求也不同。
套用領域
大量用作高速切削車刀、窯爐結構材料、噴氣發動機部件、金屬陶瓷材料、電阻發熱元件等製得。
用作超硬刀具材料、耐磨材料。它能與許多碳化物形成固溶體。WC-TiC-Co 硬質合金刀具已獲得廣泛套用。它還能作為 NbC-C 及 TaC-C 三元體系碳化物的改性添加物，既可降低燒結溫度，又能保持優良性能，可用作宇航材料。
採用鎢酐（WO3）與石墨在還原氣氛中1400～1600℃ 高溫下合成碳化鎢（WC）粉末。再經熱壓燒結或熱等靜壓燒結可製得緻密陶瓷製品。
注意事項
健康危害：鎢粉塵能引起支氣管周炎、細支氣管周炎、閉鎖性細支氣管炎和萎縮性氣腫。碳化鎢會引起肺臟的淋巴組織細胞的增生性反應，並逐漸出現硬化。血管壁增厚並均勻化。工作中接觸碳化鎢粉塵的人員胃腸道功能紊亂，腎受到刺激，上呼吸道出現卡他性炎症。 碳化鎢的最高容許濃度為 6mg/m3。在美國可溶性鎢化合物（按鎢計）的最高容許濃度為 1mg/m3，不溶性鎢化合物（按鎢計）為 5mg/m3。
碳化鎢噴塗瓦楞
碳化鎢噴塗瓦楞安全防護：使用符合要求的防毒口罩、防塵服、手套、眼鏡。在生產的各個階段都要防止粉塵泄露。工人要做就業前身體檢查，每年要定期檢查一次。上呼吸道出現明顯症狀時，要暫時調動工作，脫離與鎢接觸。出現肺硬化或者外呼吸功能失調時，要調離工作。
貯存運輸
儲存：應貯存在陰涼、乾燥的庫房中，運輸中要注意包裝容器完好，防雨淋和防日光曝曬。
包裝儲運：產品採用鐵桶（塑膠桶），內襯聚乙烯塑膠袋封口包裝，每袋淨重不得超過 50kg。外包裝桶上應有“防潮”和“向上”等字樣。 產品應貯存在陰涼、乾燥的庫房中，運輸中要注意包裝容器完好，防雨淋和防日光曝曬。
安全信息
危險運輸編碼：UN3178
危險品標誌：R23
安全標識：S22S24/25
危險標識：T
安全術語
S22 Do not breathe dust.切勿吸入粉塵。
S24/25Avoid contact with skin and eyes.避免與皮膚和眼睛接觸。
風險術語
R23 吸入有毒。
計算化學數據
1、疏水參數計算參考值（XlogP）：無
2、氫鍵供體數量：0
3、氫鍵受體數量：1
4、可旋轉化學鍵數量：0
5、互變異構體數量：無
6、拓撲分子極性表面積：0
7、重原子數量：2
8、表面電荷：0
9、複雜度：10
10、同位素原子數量：0
11、確定原子立構中心數量：0
12、不確定原子立構中心數量：0
13、確定化學鍵立構中心數量：0
14、不確定化學鍵立構中心數量：0
15、共價鍵單元數量：1
