Tungsteno e carburo di tungsteno: le loro proprietà e i loro usi

Il tungsteno e il carburo di tungsteno sono due importanti materie prime industriali ampiamente utilizzate. Questo articolo presenterà in dettaglio i due materiali.

1.Definizione di tungsteno e carburo di tungsteno:

Il tungsteno è un elemento metallico che si trova alla 74a posizione della tavola periodica, con un peso atomico di 183,84. Questo metallo è noto per il suo aspetto grigio acciaio o bianco argenteo, l'elevata durezza e l'alto punto di fusione. A temperatura ambiente, il tungsteno non viene corroso dall'aria e mostra una buona stabilità. La Cina è il più grande Paese al mondo per riserve di tungsteno, con riserve pari a 46,8% del mondo, quasi la metà, seguita da Australia, Russia e Canada. Il tungsteno, metallo raro, occupa una posizione importante tra le risorse strategiche nazionali.

Il carburo di tungsteno, con formula chimica WC(carburo di wolframio), è un composto inorganico composto da tungsteno e carbonio ed è anche uno dei composti a base di carbonio più duri. Il suo peso molecolare è 195,85 e si presenta come un cristallo esagonale nero con una lucentezza metallica. La durezza del carburo di tungsteno è seconda solo a quella del diamante e del nitruro di boro ed è un buon conduttore di elettricità e calore. È insolubile in acqua, acido cloridrico e acido solforico, ma è facilmente solubile in un acido misto di acido nitrico e acido fluoridrico.

2.Durezza del tungsteno rispetto al carburo di tungsteno:

3.Proprietà fisiche del tungsteno rispetto al carburo di tungsteno:

Tungsteno/wolfram:

Carburo di tungsteno: carburo di tungsteno

4.Applicazioni del tungsteno e del carburo di tungsteno:

Tungsteno:

Il tungsteno ha un punto di fusione ultraelevato di 3410℃ (il più alto tra i metalli), una struttura densa di 19,3g/cm³ e un'eccellente resistenza allo scorrimento, che gli consentono di ottenere prestazioni eccellenti in ambienti estremi: Nel settore industriale tradizionale, il filo di tungsteno è ancora il materiale luminoso principale delle lampade a incandescenza di fascia alta, grazie al suo elevato punto di fusione. Un sottile filo di tungsteno con un diametro di 0,015 mm può sopportare una temperatura di esercizio di 3000℃. Nell'industria elettronica, i target di sputtering di tungsteno ad alta purezza sono utilizzati per la deposizione degli strati di interconnessione metallica dei chip semiconduttori e la rugosità superficiale è controllata entro 0,5μm. Nel campo dell'alta tecnologia, la lega di tungsteno e rame (W80Cu20) viene utilizzata come materiale di contatto sotto vuoto e il suo tasso di ablazione dell'arco è 70% inferiore a quello delle leghe tradizionali a base di argento. Nel settore aerospaziale, i rivestimenti delle gole degli ugelli dei razzi realizzati con materiali infiltrati di tungsteno e rame sono in grado di mantenere l'integrità strutturale anche in presenza di un lavaggio con gas a 3000℃. Per quanto riguarda le applicazioni emergenti, il reattore sperimentale termonucleare internazionale (ITER) utilizza il tungsteno come materiale per l'armatura del deviatore e la sua capacità di sopportare il carico termico raggiunge i 20MW/m². Nel dispositivo di radiazione di sincrotrone, il collimatore di tungsteno può controllare accuratamente il fascio di raggi X e l'accuratezza di elaborazione dell'apertura raggiunge ±5μm.

Carburo di tungsteno:

Il carburo di tungsteno, un importante composto del tungsteno, è una sostanza grigia in polvere preparata dalla reazione di tungsteno metallico e carbonio ad alta temperatura. Il carburo di tungsteno ha una durezza vicina a quella del diamante, un'elevata resistenza all'usura e proprietà refrattarie che lo rendono il principale materiale di produzione per gli utensili in carburo cementato. Il carburo di tungsteno è particolarmente utilizzato nei macchinari per l'ingegneria, negli utensili da taglio, negli abrasivi e nell'industria della gioielleria. Gli utensili da taglio in carburo cementato sono spesso utilizzati per lavorare materiali tenaci come l'acciaio al carbonio e l'acciaio inossidabile. La sua resistenza alla temperatura e all'usura può migliorare significativamente la velocità di lavorazione e la durata dell'utensile. Inoltre, il carburo di tungsteno viene utilizzato anche per produrre parti resistenti all'usura negli strumenti per l'estrazione mineraria e nelle attrezzature per la perforazione di petrolio e gas. In campo medico, il carburo di tungsteno è utilizzato per produrre strumenti chirurgici grazie alle sue eccellenti prestazioni. Nell'industria della gioielleria, il carburo di tungsteno è diventato un materiale popolare per i gioielli nuziali grazie alla sua elevata durezza e all'alta resistenza ai graffi. 

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5.Confronto dei prezzi tra tungsteno e carburo di tungsteno:

Costi e processi di produzione: Il processo di produzione del carburo di tungsteno è relativamente complesso e richiede requisiti tecnici e costi di produzione più elevati. Ciò è dovuto principalmente al fatto che il carburo di tungsteno si ottiene facendo reagire il tungsteno metallico con il carbonio ad alta temperatura, un processo che richiede attrezzature e processi speciali. Per contro, sebbene il processo di estrazione e lavorazione del tungsteno presenti anch'esso alcune difficoltà tecniche, è più semplice e diretto rispetto alla produzione del carburo di tungsteno nel suo complesso.

Prestazioni e applicazioni: Il carburo di tungsteno ha una durezza, una resistenza all'usura e una resistenza alla corrosione estremamente elevate, che lo rendono la scelta ideale per la produzione di utensili in carburo, parti resistenti all'usura e materiali strutturali ad alta temperatura. Sebbene il tungsteno abbia anche buone proprietà fisiche e chimiche, come l'elevato punto di fusione, l'alta densità e la buona conduttività, le sue prestazioni potrebbero non essere all'altezza del carburo di tungsteno in alcune applicazioni specifiche.

Domanda e offerta di mercato: Poiché il carburo di tungsteno è ampiamente utilizzato negli utensili da taglio, nelle attrezzature per l'estrazione mineraria, nelle attrezzature per la trivellazione petrolifera e in altri settori, che richiedono elevate proprietà del materiale, la domanda di mercato di carburo di tungsteno è relativamente elevata. Allo stesso tempo, a causa dell'elevato costo di produzione del carburo di tungsteno, la sua offerta sul mercato è relativamente limitata, il che fa salire ulteriormente il suo prezzo.

Fluttuazioni dei prezzi: I prezzi del tungsteno e del carburo di tungsteno sono influenzati dalla situazione economica globale, dalle politiche in materia, dall'offerta e dalla domanda del mercato. Tuttavia, a causa della particolarità dei costi di produzione e della domanda di mercato del carburo di tungsteno, le fluttuazioni dei prezzi possono essere più gravi. 

6.Sintesi:

Il tungsteno e il carburo di tungsteno sono fondamentali nelle applicazioni industriali grazie alle loro proprietà fisiche e meccaniche uniche. Con una durezza eccezionale e un punto di fusione elevato, il tungsteno è fondamentale per i filamenti, i carburi cementati e gli acciai speciali. Il carburo di tungsteno, con durezza e conduttività simili a quelle del diamante, è invece onnipresente negli utensili da taglio, nelle parti resistenti all'usura e nelle attrezzature minerarie.

Dal punto di vista dei prezzi, i valori di mercato di entrambi i materiali fluttuano in base agli equilibri tra domanda e offerta, ai costi di estrazione e ai progressi tecnologici. Pertanto, gli investitori e gli operatori del settore devono monitorare attentamente le tendenze del mercato per ottimizzare le strategie di approvvigionamento e di vendita.

Inoltre, con l'evolversi delle esigenze tecnologiche e industriali, aumentano anche i requisiti di prestazione di questi materiali. Per affrontare queste sfide, gli istituti di ricerca e sviluppo e i produttori devono innovare le tecnologie di lavorazione e la progettazione dei materiali, promuovendo al contempo una gestione sostenibile delle risorse.

In conclusione, in quanto materiali industriali indispensabili, il tungsteno e il carburo di tungsteno continueranno a espandere le loro applicazioni parallelamente al progresso tecnologico e alla crescita del mercato.