V „materiálovom vesmíre“ priemyselnej výroby sú karbid titánu (TiC), karbid kremíka (SiC) a spekaný karbid (zvyčajne na báze karbidu volfrámu – kobaltu atď.) tri žiarivé „hviezdne materiály“. Vďaka svojim jedinečným vlastnostiam zohrávajú kľúčovú úlohu v rôznych oblastiach. Dnes sa podrobnejšie pozrieme na rozdiely vo vlastnostiach medzi týmito tromi materiálmi a na scenáre, v ktorých vynikajú!
I. Priame porovnanie vlastností materiálov
| Typ materiálu | Tvrdosť (referenčná hodnota) | Hustota (g/cm³) | Odolnosť proti opotrebovaniu | Odolnosť voči vysokým teplotám | Chemická stabilita | Húževnatosť |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Karbid titánu (TiC) | 2800 – 3200 HV | 4,9 – 5,3 | Výborné (prevládajú ťažké fázy) | Stabilný pri ≈1400 ℃ | Odolný voči kyselinám a zásadám (okrem silných oxidačných kyselín) | Relatívne nízka (krehkosť je výraznejšia) |
| Karbid kremíka (SiC) | 2500 – 3000HV (pre SiC keramiku) | 3.1 – 3.2 | Vynikajúce (podporené štruktúrou kovalentnej väzby) | Stabilný pri ≈1600℃ (v keramickom stave) | Extrémne silný (odolný voči väčšine chemických médií) | Stredná (krehká v keramickom stave; monokryštály majú húževnatosť) |
| Spekaný karbid (napríklad WC-Co) | 1200 – 1800 HV | 13 – 15 (pre sériu WC – Co) | Výnimočné (tvrdé fázy WC + spojivo Co) | ≈800 – 1000℃ (v závislosti od obsahu Co) | Odolné voči kyselinám, zásadám a abrazívnemu opotrebovaniu | Relatívne dobrý (fáza kobaltového spojiva zvyšuje húževnatosť) |
Rozpis nehnuteľností:
- Karbid titánu (TiC)Jeho tvrdosť sa blíži tvrdosti diamantu, čo z neho robí člena rodiny supertvrdých materiálov. Jeho vysoká hustota umožňuje presné polohovanie v presných nástrojoch, ktoré vyžadujú „závažie“. Má však vysokú krehkosť a je náchylný na odštiepenie pri náraze, preto je vhodnejší pre statické rezanie s nízkym nárazom/odolnosť voči opotrebovaniu. Napríklad sa často používa ako povlak na nástrojoch. Povlak TiC je super tvrdý a odolný voči opotrebovaniu, podobne ako „ochranný pancier“ na rýchloreznej oceli a nástrojoch zo spekaného karbidu. Pri rezaní nehrdzavejúcej ocele a legovanej ocele odoláva vysokým teplotám a znižuje opotrebenie, čím výrazne predlžuje životnosť nástroja. Napríklad pri povlakovaní dokončovacích fréz umožňuje rýchle a stabilné rezanie.
- Karbid kremíka (SiC)„Špičkový nástroj v odolnosti voči vysokým teplotám“! Dokáže si udržať stabilný výkon nad 1600 ℃. V keramickom stave je jeho chemická stabilita pozoruhodná a sotva reaguje s kyselinami a zásadami (s výnimkou niekoľkých, ako je kyselina fluorovodíková). Krehkosť je však bežným problémom keramických materiálov. Monokryštálový karbid kremíka (ako napríklad 4H-SiC) má však zlepšenú húževnatosť a vracia sa do polovodičov a vysokofrekvenčných zariadení. Napríklad keramické nástroje na báze SiC sú „najlepšími študentmi“ medzi keramickými nástrojmi. Majú odolnosť voči vysokým teplotám a chemickú stabilitu. Pri rezaní vysoko tvrdých zliatin (ako sú zliatiny na báze niklu) a krehkých materiálov (ako je liatina) nie sú náchylné na zapichovanie nástroja a majú pomalé opotrebovanie. Vďaka krehkosti sú však vhodnejšie na dokončovanie s menej prerušovaným rezom a vysokou presnosťou.
- Spekaný karbid (WC – Co)„Špičkový hráč v oblasti rezania“! Od sústruhov až po CNC frézy, od frézovania ocele až po vŕtanie kameňa, možno ho nájsť všade. Spekaný karbid s nízkym obsahom Co (ako napríklad YG3X) je vhodný na dokončovanie, zatiaľ čo karbid s vysokým obsahom Co (ako napríklad YG8) má dobrú odolnosť voči nárazu a ľahko zvládne hrubé obrábanie. Tvrdé fázy WC sú zodpovedné za „odolnosť“ opotrebeniu a spojivo Co pôsobí ako „lepidlo“, ktoré drží častice WC pohromade a zachováva si tvrdosť aj húževnatosť. Hoci jeho odolnosť voči vysokým teplotám nie je taká dobrá ako prvé dve, jeho vyvážený celkový výkon ho robí vhodným pre širokú škálu scenárov od rezania až po komponenty odolné voči opotrebovaniu.
II. Oblasti použitia v plnom prúde
1. Pole rezných nástrojov
- Karbid titánu (TiC)Často slúži ako povlak na nástrojoch! Super tvrdý a odolný proti opotrebovaniu povlak TiC vytvára „ochranný pancier“ na nástrojoch z rýchloreznej ocele a spekaného karbidu. Pri rezaní nehrdzavejúcej ocele a legovanej ocele odoláva vysokým teplotám a znižuje opotrebenie, čím výrazne predlžuje životnosť nástroja. Napríklad pri povlakovaní dokončovacích fréz umožňuje rýchle a stabilné rezanie.
- Karbid kremíka (SiC)„Najlepší študent“ medzi keramickými nástrojmi! Keramické nástroje na báze SiC majú vysokú teplotnú odolnosť a chemickú stabilitu. Pri rezaní vysoko tvrdých zliatin (ako sú zliatiny na báze niklu) a krehkých materiálov (ako je liatina) nie sú náchylné na zapichovanie nástroja a majú pomalé opotrebovanie. Vzhľadom na krehkosť sú však vhodnejšie na dokončovanie s menej prerušovaným rezom a vysokou presnosťou.
- Spekaný karbid (WC – Co)„Špičkový hráč v oblasti obrábania“! Od sústruhov až po CNC frézy, od frézovania ocele až po vŕtanie kameňa, možno ho nájsť všade. Spekaný karbid s nízkym obsahom Co (ako napríklad YG3X) je vhodný na dokončovanie, zatiaľ čo karbid s vysokým obsahom Co (ako napríklad YG8) má dobrú odolnosť proti nárazu a ľahko zvláda hrubé obrábanie.
2. Oblasť komponentov odolných voči opotrebovaniu
- Karbid titánu (TiC)Pôsobí ako „šampión v odolnosti voči opotrebovaniu“ v presných formách! Napríklad v práškových metalurgických formách sú pri lisovaní kovového prášku TiC vložky odolné voči opotrebovaniu a majú vysokú presnosť, čo zabezpečuje, že lisované diely majú presné rozmery a dobrý povrch a nie sú náchylné na „poruchy“ počas hromadnej výroby.
- Karbid kremíka (SiC)Obdarené „dvojitým vylepšením“ odolnosti voči opotrebovaniu a vysokým teplotám! Valčeky a ložiská vo vysokoteplotných peciach vyrobených z SiC keramiky nemäknú ani sa neopotrebúvajú ani pri teplotách nad 1000 ℃. Trysky v pieskovacích zariadeniach vyrobené z SiC tiež odolávajú nárazu častíc piesku a ich životnosť je niekoľkonásobne dlhšia ako u bežných oceľových trysiek.
- Spekaný karbid (WC – Co)„Všestranný expert na odolnosť voči opotrebovaniu“! Zuby zo spekaného karbidu v banských vrtákoch dokážu drviť horniny bez poškodenia; frézy zo spekaného karbidu na obrábacích strojoch so štítovou konštrukciou odolávajú pôde a pieskovcu a dokážu si „zachovať pokoj“ aj po vyrazení tisícov metrov tunelov. Dokonca aj excentrické kolesá vo vibračných motoroch mobilných telefónov sa spoliehajú na spekaný karbid, aby boli odolné voči opotrebovaniu a zabezpečili stabilné vibrácie.
3. Oblasť elektroniky/polovodičov
- Karbid titánu (TiC)Vyskytuje sa v niektorých elektronických súčiastkach, ktoré vyžadujú vysokú teplotu a odolnosť proti opotrebeniu! Napríklad v elektródach vysokovýkonných elektrónok má TiC vysokú teplotnú odolnosť, dobrú elektrickú vodivosť a odolnosť proti opotrebeniu, čo umožňuje stabilnú prevádzku v prostredí s vysokou teplotou a zabezpečuje prenos elektronických signálov.
- Karbid kremíka (SiC)„Nový favorit v polovodičoch“! Polovodičové súčiastky SiC (ako napríklad výkonové moduly SiC) majú vynikajúci výkon pri vysokých frekvenciách, vysokých napätiach a vysokých teplotách. Pri použití v elektrických vozidlách a fotovoltaických invertoroch môžu výrazne zlepšiť účinnosť a znížiť objem. SiC doštičky sú tiež „základom“ pre výrobu vysokofrekvenčných a vysokoteplotných čipov a sú veľmi očakávané v základňových staniciach 5G a avionike.
- Spekaný karbid (WC – Co)„Presný nástroj“ v elektronickom spracovaní! Vrtáky zo spekaného karbidu na vŕtanie dosiek plošných spojov môžu mať priemer už od 0,1 mm a dokážu vŕtať presne bez ľahkého zlomenia. Vložky zo spekaného karbidu vo formách na balenie čipov majú vysokú presnosť a odolnosť voči opotrebovaniu, čo zabezpečuje presné a stabilné balenie čipových pinov.
III. Ako si vybrať?
- Pre extrémnu tvrdosť a presnú odolnosť proti opotrebovaniu→ Zvoľte si karbid titánu (TiC)! Napríklad v povlakoch presných foriem a supertvrdých nástrojov dokáže „odolať“ opotrebeniu a zachovať si presnosť.
- Pre odolnosť voči vysokým teplotám, chemickú stabilitu alebo prácu na polovodičoch/vysokofrekvenčných zariadeniach→ Zvoľte si karbid kremíka (SiC)! Je nevyhnutný pre vysokoteplotné komponenty pecí a výkonové čipy SiC.
- Pre vyvážený celkový výkon, ktorý pokrýva všetko od rezania až po aplikácie odolné voči opotrebovaniu→ Zvoľte si spekaný karbid (WC-Co)! Je to „všestranný nástroj“ na výrobu nástrojov, vrtákov a dielov odolných voči opotrebovaniu.
Čas uverejnenia: 9. júna 2025
