Tungstène et carbure de tungstène, leurs propriétés et leurs utilisations

Le tungstène et le carbure de tungstène sont deux matières premières industrielles importantes largement utilisées. Cet article présente ces deux matériaux en détail.

1. définition du tungstène et du carbure de tungstène :

Le tungstène est un élément métallique situé à la 74ème position du tableau périodique, et son poids atomique est de 183,84. Ce métal est connu pour son aspect gris acier ou blanc argenté, sa grande dureté et son point de fusion élevé. À température ambiante, le tungstène n'est pas corrodé par l'air et présente une bonne stabilité. La Chine est le premier pays détenteur de réserves de tungstène au monde, avec des réserves représentant 46,8% du monde, soit près de la moitié, suivie de l'Australie, de la Russie et du Canada. Le tungstène, métal rare, occupe une place importante dans les ressources stratégiques nationales.

Le carbure de tungstène, dont la formule chimique est WC(carbure de wolfram), est un composé inorganique composé de tungstène et de carbone, et l'un des composés à base de carbone les plus durs. Son poids moléculaire est de 195,85 et il se présente sous la forme d'un cristal hexagonal noir à l'éclat métallique. La dureté du carbure de tungstène est la deuxième après celle du diamant et du nitrure de bore, et c'est un bon conducteur d'électricité et de chaleur. Il est insoluble dans l'eau, l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique, mais il est facilement soluble dans un mélange d'acide nitrique et d'acide fluorhydrique.

2. dureté du tungstène par rapport au carbure de tungstène :

Tungstène/wolfram			Carbure de tungstène
Dureté Mohs	Dureté (HV)	Dureté (HRA)	Dureté Mohs	Dureté (HV)	Dureté (HRA)
7.5	850-1100	66-71	8.5-9.5	1400-1800	90-94

3. propriétés physiques du tungstène et du carbure de tungstène :

Tungstène/wolfram：

Solubilité dans l'eau :	Insoluble dans l'eau
Apparence :	Métal brillant blanc argenté
Densité：	19,35g/cm3
Point de fusion :	3422℃
Point d'ébullition：	5927℃
Rapport de Poisson：	0.28
Chaleur de fusion：	35,3kJ/mol
Chaleur de vaporisation：	806,7kJ/mol
Capacité thermique spécifique：	24,27J-mol-1-K-1
Conductivité thermique :	173W-m-1-K-1
Module d'Young:	411GPa
Module de cisaillement:	161GPa
Module volumique :	310GPa

Carbure de tungstène：

Solubilité dans l'eau	Insoluble dans l'eau
Apparence :	Cristal hexagonal noir, avec un éclat métallique
Densité：	15,63 g/cm³
Point de fusion :	2870 ℃
Point d'ébullition：	6000℃
Résistivité :	19.2×10-6Ω-cm
Module d'élasticité(GPa) :	710GPa
Résistance à la compression :	56MP
CTE((10^-6/K)) :	6.9×10-6/K

4. applications du tungstène et du carbure de tungstène :

Tungstène :

Le tungstène a un point de fusion ultra élevé de 3410℃ (le plus élevé parmi les métaux), une structure dense de 19,3g/cm³ et une excellente résistance au fluage, ce qui lui permet d'afficher d'excellentes performances dans des environnements extrêmes : Dans le domaine industriel traditionnel, le fil de tungstène est toujours le matériau lumineux central des lampes à incandescence haut de gamme en raison de son point de fusion élevé. Un fil de tungstène fin d'un diamètre de 0,015 mm peut supporter une température de fonctionnement de 3000℃. Dans l'industrie électronique, des cibles de pulvérisation de tungstène de haute pureté sont utilisées pour le dépôt de couches d'interconnexion métalliques de puces semi-conductrices, et la rugosité de la surface est contrôlée à moins de 0,5μm. Dans le domaine de la haute technologie, l'alliage tungstène-cuivre (W80Cu20) est utilisé comme matériau de contact sous vide, et son taux d'ablation de l'arc est 70% inférieur à celui des alliages traditionnels à base d'argent. Dans le domaine de l'aérospatiale, les revêtements de cols de tuyères de fusées fabriqués à partir de matériaux infiltrés de tungstène-cuivre peuvent encore conserver leur intégrité structurelle sous un décapage au gaz de 3000℃. En termes d'applications émergentes, le réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) utilise le tungstène comme matériau d'armure du divertor, et sa capacité de charge thermique atteint 20 MW/m². Dans le dispositif de rayonnement synchrotron, le collimateur en tungstène peut contrôler avec précision le faisceau de rayons X, et la précision de traitement de l'ouverture atteint ±5μm.

Carbure de tungstène :

Le carbure de tungstène, composé important du tungstène, est une substance poudreuse grise préparée par la réaction du tungstène métallique et du carbone à haute température. Le carbure de tungstène a une dureté proche de celle du diamant, une grande résistance à l'usure et des propriétés réfractaires, ce qui en fait le principal matériau de fabrication des outils en carbure cémenté. Le carbure de tungstène est particulièrement utilisé dans les machines d'ingénierie, les outils de coupe, les abrasifs et les industries de la bijouterie. Les outils de coupe en carbure cémenté sont souvent utilisés pour traiter des matériaux résistants tels que l'acier au carbone et l'acier inoxydable. Sa résistance à la température et à l'usure permet d'améliorer considérablement la vitesse de traitement et la durée de vie de l'outil. En outre, le carbure de tungstène est également utilisé pour fabriquer des pièces résistantes à l'usure dans les outils miniers et les équipements de forage pétrolier et gazier. Dans le domaine médical, le carbure de tungstène est utilisé pour fabriquer des instruments chirurgicaux en raison de ses excellentes performances. Dans l'industrie de la bijouterie, le carbure de tungstène est devenu un matériau populaire pour les bijoux de mariage en raison de sa grande dureté et de sa résistance élevée aux rayures. 

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5. comparaison des prix du tungstène et du carbure de tungstène :

Coût et processus de production : Le processus de production du carbure de tungstène est relativement complexe et requiert des exigences techniques et des coûts de production plus élevés. Cela s'explique principalement par le fait que le carbure de tungstène est fabriqué en faisant réagir du tungstène métallique avec du carbone à haute température, un processus qui nécessite des équipements et des procédés spéciaux. En revanche, bien que le processus d'extraction et de traitement du tungstène présente également certaines difficultés techniques, il est plus simple et plus direct que la production de carbure de tungstène dans son ensemble.

Performance et application : Le carbure de tungstène présente une dureté, une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion extrêmement élevées, ce qui en fait un choix idéal pour la fabrication d'outils en carbure, de pièces résistantes à l'usure et de matériaux structurels à haute température. Bien que le tungstène possède également de bonnes propriétés physiques et chimiques, telles qu'un point de fusion élevé, une densité élevée et une bonne conductivité, ses performances peuvent ne pas être aussi bonnes que celles du carbure de tungstène dans certaines applications spécifiques.

L'offre et la demande du marché : Le carbure de tungstène étant largement utilisé dans les outils de coupe, les équipements miniers, les équipements de forage pétrolier et d'autres domaines, et ces domaines ayant des exigences élevées en matière de propriétés des matériaux, la demande du marché pour le carbure de tungstène est relativement importante. Parallèlement, en raison du coût de production élevé du carbure de tungstène, l'offre sur le marché est relativement limitée, ce qui fait encore grimper son prix.

Fluctuations des prix : Les prix du tungstène et du carbure de tungstène sont influencés par la situation économique mondiale, les politiques concernées et l'offre et la demande du marché. Toutefois, en raison de la spécificité des coûts de production du carbure de tungstène et de la demande du marché, les fluctuations de prix peuvent être plus importantes. 

6.Résumé :

Le tungstène et le carbure de tungstène sont essentiels dans les applications industrielles en raison de leurs propriétés physiques et mécaniques uniques. Avec une dureté exceptionnelle et un point de fusion élevé, le tungstène est essentiel pour les filaments, les carbures cémentés et les aciers spéciaux. Quant au carbure de tungstène, dont la dureté et la conductivité sont comparables à celles du diamant, il est omniprésent dans les outils de coupe, les pièces résistantes à l'usure et les équipements miniers.

Du point de vue des prix, la valeur marchande des deux matériaux fluctue en fonction de l'équilibre entre l'offre et la demande, des coûts d'extraction et des progrès technologiques. Les investisseurs et les professionnels du secteur doivent donc suivre de près les tendances du marché afin d'optimiser les stratégies d'approvisionnement et de vente.

En outre, les exigences de performance de ces matériaux évoluent avec les demandes technologiques et industrielles. Pour relever ces défis, les institutions de R&D et les fabricants doivent innover dans les technologies de traitement et la conception des matériaux, tout en promouvant une gestion durable des ressources.

En conclusion, en tant que matériaux industriels indispensables, le tungstène et le carbure de tungstène continueront à étendre leurs applications parallèlement au progrès technologique et à la croissance du marché.

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