Kenmerken en toepassingen van titaniumcarbide, siliciumcarbide en hardmetaalmaterialen

In het "materialenuniversum" van de industriële productie zijn titaniumcarbide (TiC), siliciumcarbide (SiC) en hardmetaal (meestal gebaseerd op wolfraamcarbide – kobalt, enz.) drie schitterende "stermaterialen". Met hun unieke eigenschappen spelen ze een cruciale rol in diverse sectoren. Vandaag gaan we dieper in op de verschillen in eigenschappen tussen deze drie materialen en de scenario's waarin ze uitblinken!

I. Een directe vergelijking van materiaaleigenschappen

Materiaaltype	Hardheid (referentiewaarde)	Dichtheid (g/cm³)	Slijtvastheid	Hoge temperatuurbestendigheid	Chemische stabiliteit	Taaiheid
Titaniumcarbide (TiC)	2800 – 3200HV	4,9 – 5,3	Uitstekend (gedomineerd door moeilijke fases)	Stabiel bij ≈1400℃	Bestand tegen zuren en logen (behalve sterk oxiderende zuren)	Relatief laag (brosheid is prominenter)
Siliciumcarbide (SiC)	2500 – 3000HV (voor SiC-keramiek)	3.1 – 3.2	Uitstekend (versterkt door covalente bindingsstructuur)	Stabiel bij ≈1600℃ (in keramische toestand)	Extreem sterk (bestand tegen de meeste chemische media)	Matig (bros in keramische toestand; enkele kristallen hebben taaiheid)
Hardmetaal (WC-Co als voorbeeld)	1200 – 1800HV	13 – 15 (voor WC – Co-serie)	Uitzonderlijk (WC harde fasen + Co bindmiddel)	≈800 – 1000℃ (afhankelijk van het Co-gehalte)	Bestand tegen zuren, logen en slijtage door schuren	Relatief goed (Co-bindmiddelfase verbetert de taaiheid)

Overzicht van eigendommen:

• Titaniumcarbide (TiC): De hardheid ervan is vergelijkbaar met die van diamant, waardoor het tot de superharde materialen behoort. De hoge dichtheid maakt nauwkeurige positionering mogelijk in precisiegereedschappen die "gewogen" moeten worden. Het heeft echter een hoge brosheid en is gevoelig voor afbrokkeling bij impact, waardoor het geschikter is voor statische, lage impact snij-/slijtagebestendige scenario's. Het wordt bijvoorbeeld vaak gebruikt als coating op gereedschappen. De TiC-coating is superhard en slijtvast, vergelijkbaar met het aanbrengen van een "beschermend pantser" op gereedschappen van snelstaal en hardmetaal. Bij het verspanen van roestvrij staal en gelegeerd staal is het bestand tegen hoge temperaturen en vermindert het slijtage, waardoor de standtijd aanzienlijk wordt verlengd. Bijvoorbeeld, bij het coaten van afwerkfrezen, maakt het snel en stabiel snijden mogelijk.
• Siliciumcarbide (SiC): Een "top performer in hoge temperatuurbestendigheid"! Het kan stabiele prestaties behouden boven 1600℃. In keramische toestand is de chemische stabiliteit opmerkelijk en reageert het nauwelijks met zuren en alkaliën (behalve een paar zoals waterstoffluoride). Brosheid is echter een veelvoorkomend probleem bij keramische materialen. Niettemin heeft monokristallijn siliciumcarbide (zoals 4H-SiC) een verbeterde taaiheid en maakt het een comeback in halfgeleiders en hoogfrequente apparaten. Zo zijn op SiC gebaseerde keramische gereedschappen "topstudenten" onder de keramische gereedschappen. Ze hebben een hoge temperatuurbestendigheid en chemische stabiliteit. Bij het snijden van legeringen met een hoge hardheid (zoals op nikkel gebaseerde legeringen) en brosse materialen (zoals gietijzer) zijn ze niet vatbaar voor gereedschapsvastlopen en slijten ze langzaam. Vanwege de brosheid zijn ze echter geschikter voor afwerking met minder onderbroken snijbewegingen en een hoge precisie.
• Hardmetaal (WC-Co): Een topspeler op het gebied van verspanen! Van draaibankgereedschap tot CNC-frezen, van het frezen van staal tot het boren van steen, het is overal te vinden. Hardmetaal met een laag Co-gehalte (zoals YG3X) is geschikt voor nabewerking, terwijl hardmetaal met een hoog Co-gehalte (zoals YG8) een goede slagvastheid heeft en gemakkelijk ruw bewerkt kan worden. De harde fasen van het hardmetaal zorgen voor het "weerstaan" van slijtage, en het Co-bindmiddel fungeert als "lijm" om de WC-deeltjes bij elkaar te houden, waardoor zowel de hardheid als de taaiheid behouden blijven. Hoewel de hoge temperatuurbestendigheid niet zo goed is als die van de eerste twee, maken de uitgebalanceerde algehele prestaties het geschikt voor een breed scala aan scenario's, van verspanen tot slijtvaste componenten.

II. Toepassingsgebieden in volle gang

1. Snijgereedschapveld

• Titaniumcarbide (TiC): Dient vaak als coating op gereedschap! De superharde en slijtvaste TiC-coating vormt een "beschermend pantser" op gereedschappen van snelstaal en hardmetaal. Bij het verspanen van roestvast staal en gelegeerd staal is het bestand tegen hoge temperaturen en vermindert het slijtage, waardoor de standtijd aanzienlijk wordt verlengd. Bijvoorbeeld bij het coaten van afwerkfrezen zorgt het voor snel en stabiel verspanen.
• Siliciumcarbide (SiC): Een "topstudent" onder de keramische gereedschappen! SiC-gebaseerde keramische gereedschappen hebben een hoge temperatuurbestendigheid en chemische stabiliteit. Bij het verspanen van legeringen met een hoge hardheid (zoals nikkellegeringen) en brosse materialen (zoals gietijzer) is er geen kans op vastlopen van het gereedschap en is er sprake van langzame slijtage. Door hun brosheid zijn ze echter geschikter voor nabewerking met minder onderbrekingen en een hoge precisie.
• Hardmetaal (WC-Co): Een topspeler op het gebied van verspanen! Van draaibankgereedschap tot CNC-frezen, van het frezen van staal tot het boren van steen, het is overal te vinden. Hardmetaal met een laag Co-gehalte (zoals YG3X) is geschikt voor nabewerking, terwijl hardmetaal met een hoog Co-gehalte (zoals YG8) een goede slagvastheid heeft en gemakkelijk ruw bewerkt kan worden.

2. Slijtvast componentveld

• Titaniumcarbide (TiC): Werkt als een "slijtvaste kampioen" in precisiematrijzen! Bijvoorbeeld, in poedermetallurgiematrijzen, bij het persen van metaalpoeder, zijn TiC-inzetstukken slijtvast en hebben ze een hoge precisie. Dit zorgt ervoor dat de geperste onderdelen nauwkeurige afmetingen en een goed oppervlak hebben, en niet gevoelig zijn voor "storingen" tijdens massaproductie.
• Siliciumcarbide (SiC): Voorzien van "dubbele buffs" van slijtvastheid en hoge temperatuurbestendigheid! Rollen en lagers in hogetemperatuurovens van SiC-keramiek verweken of slijten niet, zelfs niet boven 1000 ℃. Bovendien zijn SiC-straalmondstukken in zandstraalapparatuur bestand tegen de impact van zanddeeltjes en gaan ze vele malen langer mee dan gewone stalen straalmondstukken.
• Hardmetaal (WC-Co): Een "veelzijdige expert in slijtvastheid"! Hardmetalen tanden in mijnboren kunnen gesteente verbrijzelen zonder schade; hardmetalen frezen op schildmachines zijn bestand tegen aarde en zandsteen en kunnen "hun kalmte bewaren", zelfs na duizenden meters tunnelen. Zelfs de excentrische wielen in trilmotoren voor mobiele telefoons vertrouwen op hardmetaal voor slijtvastheid en stabiele trillingen.

3. Elektronica/halfgeleiderveld

• Titaniumcarbide (TiC): Komt voor in sommige elektronische componenten die hoge temperaturen en een hoge slijtvastheid vereisen! Zo heeft TiC in de elektroden van hoogvermogen-elektronenbuizen een hoge temperatuurbestendigheid, een goede elektrische geleidbaarheid en slijtvastheid, wat zorgt voor een stabiele werking in omgevingen met hoge temperaturen en een gegarandeerde elektronische signaaloverdracht.
• Siliciumcarbide (SiC): Een "nieuwe favoriet in halfgeleiders"! SiC-halfgeleidercomponenten (zoals SiC-vermogensmodules) presteren uitstekend bij hoge frequenties, hoge spanningen en hoge temperaturen. Bij gebruik in elektrische voertuigen en fotovoltaïsche omvormers kunnen ze de efficiëntie aanzienlijk verbeteren en het volume verminderen. SiC-wafers vormen bovendien de "basis" voor de productie van chips voor hoge frequenties en hoge temperaturen, en worden met grote verwachting gebruikt in 5G-basisstations en avionica.
• Hardmetaal (WC-Co): Een "precisiegereedschap" in de elektronische bewerking! Hardmetalen boren voor het boren van printplaten kunnen een diameter hebben van slechts 0,1 mm en kunnen nauwkeurig boren zonder snel te breken. Hardmetalen inzetstukken in chipverpakkingsmatrijzen hebben een hoge precisie en slijtvastheid, wat zorgt voor een nauwkeurige en stabiele verpakking van chippennen.

III. Hoe te kiezen?

• Voor extreme hardheid en nauwkeurige slijtvastheid→ Kies titaancarbide (TiC)! Bijvoorbeeld in precisie-matrijzen en superharde gereedschapscoatings, is het bestand tegen slijtage en behoudt het de precisie.
• Voor hoge temperatuurbestendigheid, chemische stabiliteit of voor het werken met halfgeleiders/hoogfrequente apparaten→ Kies siliciumcarbide (SiC)! Het is onmisbaar voor hoogtemperatuurovencomponenten en SiC-chips.
• Voor een evenwichtige algehele prestatie, geschikt voor alles van snij- tot slijtvaste toepassingen→ Kies voor hardmetaal (WC-Co)! Het is een veelzijdige speler die gereedschappen, boren en slijtvaste onderdelen omvat.