מאפיינים ויישומים של טיטניום קרביד, סיליקון קרביד וחומרי קרביד צמנטיים

ב"יקום החומרים" של הייצור התעשייתי, טיטניום קרביד (TiC), סיליקון קרביד (SiC) וקרביד צמנט (בדרך כלל מבוסס על טונגסטן קרביד - קובלט וכו') הם שלושה "חומרי כוכבים" נוצצים. עם תכונותיהם הייחודיות, הם ממלאים תפקידים מרכזיים בתחומים שונים. היום, נבחן לעומק את ההבדלים בתכונות בין שלושת החומרים הללו ואת התרחישים שבהם הם מצטיינים!

א. השוואה ראש בראש של תכונות חומרים

סוג חומר	קשיות (ערך ייחוס)	צפיפות (גרם/סמ"ק)	עמידות בפני שחיקה	עמידות בטמפרטורה גבוהה	יציבות כימית	קְשִׁיחוּת
טיטניום קרביד (TiC)	2800 – 3200HV	4.9 – 5.3	מצוין (נשלט על ידי שלבים קשים)	יציב ב-≈1400℃	עמיד בפני חומצות ובסיסים (למעט חומצות מחמצנות חזקות)	יחסית נמוך (שבירות בולטת יותר)
סיליקון קרביד (SiC)	2500 – 3000HV (עבור קרמיקה SiC)	3.1 – 3.2	יוצא מן הכלל (מחוזק על ידי מבנה קשר קוולנטי)	יציב ב-≈1600℃ (במצב קרמי)	חזק במיוחד (עמיד בפני רוב החומרים הכימיים)	בינוני (שביר במצב קרמי; לגבישים בודדים יש קשיחות)
קרביד צמנט (WC – Co כדוגמה)	1200 – 1800HV	13 – 15 (עבור סדרת WC – Co)	יוצא דופן (פאזות קשות של WC + חומר מקשר Co)	≈800 – 1000 ℃ (תלוי בתכולת CO)	עמיד בפני חומצות, בסיסים ובלאי שוחקים	טוב יחסית (פאזת הבין-קו משפרת את הקשיחות)

פירוט הנכס:

• טיטניום קרביד (TiC)קשיותו קרובה לזו של יהלום, מה שהופך אותו לחבר במשפחת החומרים הקשים במיוחד. צפיפותו הגבוהה מאפשרת מיקום מדויק בכלים מדויקים הדורשים "משקולת". עם זאת, יש לו שבירות גבוהה והוא נוטה להתקלף תחת פגיעה, ולכן הוא מתאים יותר לתרחישי חיתוך/עמידות בפני שחיקה סטטיים בעלי פגיעה נמוכה. לדוגמה, הוא משמש לעתים קרובות כציפוי על כלים. ציפוי ה-TiC הוא קשה במיוחד ועמיד בפני שחיקה, כמו הנחת "שריון מגן" על כלי פלדה מהירה וכלי קרביד צמנטיים. בעת חיתוך פלדת אל-חלד ופלדת סגסוגת, הוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות ולהפחית את הבלאי, מה שמאריך משמעותית את חיי הכלי. לדוגמה, בציפוי של חותכי כרסום גימור, הוא מאפשר חיתוך מהיר ויציב.
• סיליקון קרביד (SiC)"בעל ביצועים מעולים בעמידות בטמפרטורות גבוהות"! הוא יכול לשמור על ביצועים יציבים מעל 1600 מעלות צלזיוס. במצב הקרמי, היציבות הכימית שלו יוצאת דופן והוא כמעט ולא מגיב עם חומצות ואלקליות (למעט כמה כמו חומצה הידרופלואורית). עם זאת, שבירות היא בעיה נפוצה בחומרים קרמיים. אף על פי כן, סיליקון קרביד חד-גבישי (כגון 4H-SiC) בעל קשיחות משופרת והוא חוזר לעצמו במוליכים למחצה ובמכשירים בתדר גבוה. לדוגמה, כלים קרמיים מבוססי SiC הם "התלמידים המובילים" בקרב הכלים הקרמיים. יש להם עמידות בטמפרטורות גבוהות ויציבות כימית. בעת חיתוך סגסוגות בעלות קשיות גבוהה (כגון סגסוגות מבוססות ניקל) וחומרים שבירים (כגון ברזל יצוק), הם אינם נוטים להידבקות בכלי ויש להם שחיקה איטית. עם זאת, בשל שבירותם, הם מתאימים יותר לגימור עם חיתוך פחות מופרע ודיוק גבוה.
• קרביד צמנט (WC – Co)"שחקן מוביל בתחום החיתוך"! מכלי מחרטה ועד כרסום CNC, מכרסום פלדה ועד קידוח אבן, ניתן למצוא אותו בכל מקום. קרביד צמנט עם תכולת פחמן נמוכה (כגון YG3X) מתאים לגימור, בעוד שקרביד עם תכולת פחמן גבוהה (כגון YG8) בעל עמידות טובה בפני פגיעות ויכול להתמודד בקלות עם עיבוד גס. הפאזות הקשות של קרביד WC אחראיות על "עמידות" בפני שחיקה, וקלסר ה-Co פועל כמו "דבק" כדי להחזיק את חלקיקי ה-CW יחד, תוך שמירה על קשיות וקשיחות כאחד. למרות שעמידותו בטמפרטורות גבוהות אינה טובה כמו שתי הראשונות, הביצועים הכוללים המאוזנים שלו הופכים אותו מתאים למגוון רחב של תרחישים, החל מחיתוך ועד רכיבים עמידים בפני שחיקה.

II. תחומי יישום בעיצומם

1. שדה כלי חיתוך

• טיטניום קרביד (TiC)משמש לעתים קרובות כציפוי על כלים! ציפוי TiC הקשה במיוחד ועמיד בפני שחיקה מעניק "שריון מגן" לכלי פלדה מהירה וכלי קרביד צמנטיים. בעת חיתוך פלדת אל-חלד ופלדת סגסוגת, הוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות ולהפחית את הבלאי, ובכך להאריך משמעותית את חיי הכלי. לדוגמה, בציפוי של חותכי כרסום גימור, הוא מאפשר חיתוך מהיר ויציב.
• סיליקון קרביד (SiC)"סטודנט מצטיין" בין כלי קרמיקה! לכלי קרמיקה מבוססי SiC עמידים בטמפרטורה גבוהה ויציבות כימית. בעת חיתוך סגסוגות בעלות קשיות גבוהה (כגון סגסוגות מבוססות ניקל) וחומרים שבירים (כגון ברזל יצוק), הם אינם נוטים להידבקות בכלי ויש להם שחיקה איטית. עם זאת, בשל שבירותם, הם מתאימים יותר לגימור עם חיתוך פחות מופרע ודיוק גבוה.
• קרביד צמנט (WC – Co)"שחקן מוביל בתחום החיתוך"! מכלי מחרטה ועד כרסום CNC, מכריסת פלדה ועד קידוח אבן, ניתן למצוא אותו בכל מקום. קרביד צמנטי עם תכולת פחמן נמוכה (כגון YG3X) מתאים לגימור, בעוד שקרביד עם תכולת פחמן גבוהה (כגון YG8) בעל עמידות טובה בפני פגיעות ויכול להתמודד בקלות עם עיבוד שבבי גס.

2. שדה רכיבים עמידים בפני שחיקה

• טיטניום קרביד (TiC)משמש כ"אלוף עמידות בפני שחיקה" בתבניות מדויקות! לדוגמה, בתבניות מטלורגיה אבקה, בעת לחיצה על אבקת מתכת, מוספי TiC עמידים בפני שחיקה ובעלי דיוק גבוה, מה שמבטיח שלחלקים הלחוצים יהיו מידות מדויקות ומשטחים טובים, והם אינם מועדים ל"תקלות" במהלך ייצור המוני.
• סיליקון קרביד (SiC)ניחן ב"ליטוש כפול" של עמידות בפני שחיקה ועמידות בטמפרטורה גבוהה! גלילים ומיסבים בתנורים בטמפרטורה גבוהה העשויים מקרמיקה SiC אינם מתרככים או נשחקים אפילו מעל 1000 מעלות צלזיוס. כמו כן, פיות בציוד התזת חול העשויות מ-SiC יכולות לעמוד בפני פגיעת חלקיקי חול, וחיי השירות שלהן ארוכים פי כמה מזה של פיות פלדה רגילות.
• קרביד צמנט (WC – Co)"מומחה רב-תכליתי לעמידות בפני שחיקה"! שיני קרביד צמנטיות במקדחי מכרות יכולות לרסק סלעים ללא נזק; חותכי קרביד צמנטיות על מכונות מגן יכולים לעמוד בפני אדמה ואבן חול, ויכולים "לשמור על קור רוח" גם לאחר חפירת מנהרות של אלפי מטרים. אפילו הגלגלים האקסצנטריים במנועי רטט לטלפונים ניידים מסתמכים על קרביד צמנטיות לעמידות בפני שחיקה כדי להבטיח רטט יציב.

3. תחום האלקטרוניקה/מוליכים למחצה

• טיטניום קרביד (TiC)מופיע ברכיבים אלקטרוניים מסוימים הדורשים עמידות גבוהה בטמפרטורה גבוהה ובבלאי! לדוגמה, באלקטרודות של שפופרות אלקטרונים בעלי הספק גבוה, ל-TiC עמידות בטמפרטורה גבוהה, מוליכות חשמלית טובה ועמידות בפני שחיקה, מה שמאפשר פעולה יציבה בסביבות טמפרטורה גבוהה ומבטיח העברת אותות אלקטרוניים.
• סיליקון קרביד (SiC)"מועדף חדש בתחום המוליכים למחצה"! התקני מוליכים למחצה מ-SiC (כגון מודולי כוח מ-SiC) בעלי ביצועים מצוינים בתדר גבוה, מתח גבוה וטמפרטורה גבוהה. כאשר משתמשים בהם בכלי רכב חשמליים ובממירי מתח פוטו-וולטאיים, הם יכולים לשפר משמעותית את היעילות ולהפחית את הנפח. כמו כן, פרוסות סיליקון מ-SiC הן "הבסיס" לייצור שבבים בתדר גבוה ובטמפרטורה גבוהה, והן מצופות מאוד בתחנות בסיס 5G ובאוויוניקה.
• קרביד צמנט (WC – Co)"כלי מדויק" בעיבוד אלקטרוני! מקדחי קרביד צמנט לקידוח PCB יכולים להיות בקוטר קטן של 0.1 מ"מ ויכולים לקדוח בדיוק רב מבלי להישבר בקלות. לתוספות קרביד צמנט בתבניות אריזת שבבים יש דיוק ועמידות גבוהים בפני שחיקה, מה שמבטיח אריזה מדויקת ויציבה של פיני השבב.

ג. איך לבחור?

• לקשיות קיצונית ועמידות מדויקת בפני שחיקהבחרו טיטניום קרביד (TiC)! לדוגמה, בציפויי תבניות מדויקים ובציפויי כלים קשים במיוחד, הוא יכול "לעמוד" בבלאי ולשמור על דיוק.
• לעמידות בטמפרטורה גבוהה, יציבות כימית או עבודה על מוליכים למחצה/התקני תדר גבוהבחרו סיליקון קרביד (SiC)! הוא הכרחי עבור רכיבי תנור בטמפרטורה גבוהה ושבבי כוח SiC.
• לביצועים כוללים מאוזנים, החל מחיתוך ועד יישומים עמידים בפני שחיקהבחרו קרביד צמנט (WC – Co)! זהו "שחקן רב-תכליתי" המכסה כלים, מקדחות וחלקים עמידים בפני שחיקה.