टंगस्टन कार्बाइड

टंगस्टन कार्बाइड (रासायनिक सूत्र: WC) एक रासायनिक यौगिक (विशेष रूप से, एक कार्बाइड) है जिसमें टंगस्टन और कार्बन परमाणुओं के बराबर भाग होते हैं। यह अपने सबसे बुनियादी रूप में, टंगस्टन कार्बाइड एक महीन भूरा पाउडर है, लेकिन इसे औद्योगिक मशीनरी, काटने के उपकरण, छेनी, अपघर्षक, कवच-भेदी गोले और गहनों में उपयोग के लिए सिंटरिंग के माध्यम से दबाया और आकार दिया जा सकता है।

टंगस्टन कार्बाइड लगभग 530–700 GPa के यंग मापांक के साथ, इस्पात की तुलना में लगभग दोगुना कठोर होता है,   और लगभग सोने के समान स्टील के घनत्व से दोगुना है। यह कोरन्डम के साथ तुलनीय है (α-) जो कि कठोरता के साथ और पॉलिश किया जा सकता है और केवल बेहतर कठोरता के अपघर्षक जैसे घन बोरान नाइट्राइड और डायमंड पाउडर, पहियों और यौगिकों के साथ समाप्त किया जा सकता है।

नामकरण
ऐतिहासिक रूप से वोल्फ्राम, वुल्फ के रूप में जाना जाता है, वोल्फ्रामाइट अयस्क को बाद में टंगस्टन कार्बाइड नामक एक समग्र बनाने वाले बाइंडर के साथ कार्बराइज्ड और सीमेंट किया गया था। टंगस्टन भारी पत्थर के लिए स्वीडिश है।

बोलचाल की भाषा में विभिन्न उद्योगों (जैसे मशीनिंग) में श्रमिकों के बीच, टंगस्टन कार्बाइड को प्रायः कार्बाइड कहा जाता है।

संश्लेषण
टंगस्टन कार्बाइड को टंगस्टन धातु और कार्बन की 1,400-2,000 °C पर प्रतिक्रिया द्वारा तैयार किया जाता है। अन्य विधियों में निम्न तापमान द्रव बेड प्रक्रिया सम्मिलित है जो टंगस्टन धातु या नीले रंग की प्रतिक्रिया करती है कार्बन मोनोआक्साइड डाइऑक्साइड के साथ  मिश्रण और  900 और 1,200 डिग्री सेल्सियस के बीच अभिक्रिया का निष्पादन किया जाता है।

WO3 को गर्म करके भी WC का उत्पादन किया जा सकता है। ग्रेफाइट के साथ: सीधे 900 डिग्री सेल्सियस पर या हाइड्रोजन में 670 डिग्री सेल्सियस पर आर्गन में कार्बराइजेशन के बाद 1,000 डिग्री सेल्सियस पर जांच की गई रासायनिक वाष्प जमाव विधियों में सम्मिलित हैं: *टंगस्टन हेक्साक्लोराइड पर हाइड्रोजन 670 डिग्री सेल्सियस (943 के) पर हाइड्रोजन (एक कम करने वाले एजेंट के रूप में) और मीथेन (कार्बन के स्रोत के रूप में) के साथ टंगस्टन हेक्साक्लोराइड पर प्रतिक्रिया इस प्रकार है,
 * + +  → WC + 6HCl


 * 350 डिग्री सेल्सियस (623 K) पर हाइड्रोजन (कम करने वाले एजेंट के रूप में) और मेथनॉल (कार्बन के स्रोत के रूप में) के साथ टंगस्टन हेक्साफ्लोराइड पर प्रतिक्रिया
 * + 2 + → WC + 6HF +

रासायनिक गुण
टंगस्टन और कार्बन, WC और टंगस्टन सेमीकार्बाइड के दो अच्छी तरह से वर्णित यौगिक हैं, के साथ दोनों यौगिक कोटिंग्स में उपस्थित हो सकते हैं और अनुपात कोटिंग विधि पर निर्भर कर सकते हैं।

टंगस्टन और कार्बन का एक और मेटा-स्थिर यौगिक प्लाज्मा का उपयोग करके डब्ल्यूसी चरण को उच्च तापमान पर गर्म करके बनाया जा सकता है, फिर अक्रिय गैस (प्लाज्मा गोलाकार) में शमन किया जा सकता है। इस प्रक्रिया के कारण मैक्रोक्रिस्टलाइन WC कण गोलाकार हो जाते हैं और गैर-स्टोइकियोमेट्रिक उच्च तापमान चरण में परिणाम होता है कमरे के तापमान पर मेटा-स्थिर रूप में उपस्थित है। अन्य टंगस्टन कार्बाइड यौगिकों की तुलना में इस चरण का सूक्ष्म सूक्ष्म संरचना उच्च कठोरता (2800-3500 HV) प्रदान करता है। इस यौगिक की मेटा-स्थिर प्रकृति के परिणामस्वरूप उच्च तापमान स्थिरता कम हो जाती है।

उच्च तापमान पर डब्ल्यूसी टंगस्टन और कार्बन में विघटित हो जाता है और यह उच्च तापमान वाले थर्मल छिड़काव के दौरान हो सकता है, उदाहरण के लिए, उच्च वेग ऑक्सीजन ईंधन (एचवीओएफ) और उच्च ऊर्जा प्लाज्मा (एचईपी) विधियों में इसका प्रयोग किया जाता है।

WC का ऑक्सीकरण 500–600 °C के साथ प्रारंभ होता है, यह अम्ल के लिए प्रतिरोधी है और केवल हाइड्रोफ्लुओरिक अम्ल/नाइट्रिक एसिड (HF/) कमरे के तापमान से ऊपर मिश्रण किया जाता है। यह कमरे के तापमान पर एक अधातु तत्त्व गैस और ऊपर क्लोरीन के साथ प्रतिक्रिया करता है 400 °C और सुखाने के लिए अप्रतिक्रियाशील है, इसके गलनांक तक बारीक पाउडर WC हाइड्रोजन पेरोक्साइड जलीय घोल में आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है। उच्च तापमान और दबावों पर यह सोडियम टंगस्टेट बनाने वाले जलीय सोडियम कार्बोनेट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसकी चयनात्मकता के कारण स्क्रैप सीमेंटेड कार्बाइड की वसूली के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया है।

भौतिक गुण
टंगस्टन कार्बाइड में उच्च गलनांक 2870 °C होता है, 6000 °C का क्वथनांक जब दबाव के बराबर होता है 1 atm, 110 W·m की तापीय चालकता−1·के -1, और 5.5 µm·m के तापीय विस्तार का गुणांक −1·के -1. टंगस्टन कार्बाइड अत्यंत कठिन है, खनिज कठोरता के मोह्स पैमाने पर लगभग 9 से 9.5 की रैंकिंग, और लगभग 2600 की विकर्स कठोरता परीक्षण संख्या के साथ। इसमें लगभग 530-700 GPa का यंग मापांक है,   630–655 GPa का समान बल के खिलाफ किसी वस्तु का प्रतिरोध, और 274 GPa का अपरूपण - मापांक इसमें 344 एमपीए की परम तन्य शक्ति है, लगभग 2.7 GPa की अंतिम संपीड़न शक्ति और 0.31 का पॉइसन अनुपात।

टंगस्टन कार्बाइड की एक पतली छड़ के माध्यम से एक अनुदैर्ध्य तरंग (ध्वनि की गति) की गति 6220 मी/से है। टंगस्टन कार्बाइड की कम विद्युत प्रतिरोधकता लगभग 0.2 μΩ·m कुछ धातुओं (जैसे वैनेडियम 0.2 μΩ·m) के साथ तुलनीय है। डब्ल्यूसी पिघले हुए निकल और कोबाल्ट दोनों से आसानी से गीला हो जाता है। डब्ल्यूसी-सीओ प्रणाली के चरण आरेख की जांच से पता चलता है कि डब्ल्यूसी और सह छद्म बाइनरी यूटेक्टिक बिंदु बनाते हैं। चरण आरेख यह भी दर्शाता है कि रचना के साथ तथाकथित η-कार्बाइड्स हैं जिसे बनाया जा सकता है और इन चरणों की भंगुरता WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड में कार्बन सामग्री के नियंत्रण को महत्वपूर्ण बनाती है। कोबाल्ट जैसे पिघले हुए चरण की उपस्थिति में, टंगस्टन कार्बाइड के सिंटरिंग में असामान्य अनाज वृद्धि होने के लिए जाना जाता है, इसके साथ उत्पाद सामग्री के प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

संरचना
WC के दो रूप हैं, एक हेक्सागोनल क्रिस्टल प्रणाली फॉर्म, α-WC (पियर्सन प्रतीक, अंतरिक्ष समूह P6}एम 2, नंबर 187), और एक घन क्रिस्टल प्रणाली हाई-टेम्परेचर फॉर्म, β-WC, जिसमें क्यूबिक क्रिस्टल सिस्टम#रॉक-सॉल्ट स्ट्रक्चर होता है। हेक्सागोनल रूप को परतों के धातु परमाणुओं के एक साधारण हेक्सागोनल जाली के रूप में देखा जा सकता है जो सीधे एक दूसरे के ऊपर (यानी बंद पैक नहीं) होते हैं, जिसमें कार्बन परमाणु टंगस्टन और कार्बन दोनों को एक नियमित त्रिकोणीय प्रिज्मीय, 6 समन्वय देते हुए आधे अंतराल को भरते हैं। संख्या। यूनिट सेल आयामों से निम्नलिखित बंधन लंबाई निर्धारित की जा सकती है: हेक्सागोनली पैक परत में टंगस्टन परमाणुओं के बीच की दूरी 291 बजे है, आसन्न परतों में टंगस्टन परमाणुओं के बीच की सबसे छोटी दूरी 284 बजे है, और टंगस्टन कार्बन बंधन की लंबाई 220 बजे है। टंगस्टन-कार्बन बॉन्ड की लंबाई इसलिए सिंगल बॉन्ड के बराबर होती है (218 बजे) जिसमें टंगस्टन का अत्यधिक विकृत त्रिकोणीय प्रिज्मीय समन्वय होता है। आण्विक डब्ल्यूसी की जांच की गई है और इस गैस चरण प्रजातियों की बंधन लंबाई 171 बजे है.

मशीनिंग के लिए उपकरण काटना
सिंटरिंग टंगस्टन कार्बाइड-कोबाल्ट काटने के उपकरण (मशीनिंग) बहुत घर्षण प्रतिरोधी हैं और मानक उच्च गति वाले स्टील (HSS) उपकरणों की तुलना में उच्च तापमान का सामना भी कर सकते हैं। कार्बाइड काटने की सतहों का उपयोग प्रायः कार्बन स्टील या स्टेनलेस स्टील जैसी कठोर सामग्री की मशीनिंग के लिए किया जाता है, और ऐसे अनुप्रयोगों में जहां स्टील उपकरण जल्दी खराब हो जाते हैं, जैसे उच्च मात्रा और उच्च परिशुद्धता उत्पादन। क्योंकि कार्बाइड उपकरण स्टील के औजारों की तुलना में तेज धार बनाए रखते हैं, वे आम तौर पर भागों पर बेहतर फिनिश देते हैं, और उनका तापमान प्रतिरोध तेजी से मशीनिंग की अनुमति देता है। सामग्री को सामान्यतः मजबूत कार्बाइड, ठोस कार्बाइड, हार्डमेटल या टंगस्टन-कार्बाइड कोबाल्ट कहा जाता है। यह एक धातु मैट्रिक्स सम्मिश्र है, जहां टंगस्टन कार्बाइड के कण समुच्चय होते हैं, और धात्विक कोबाल्ट मैट्रिक्स के रूप में कार्य करता है। यह पाया गया है कि कोबाल्ट को आयरन एल्युमिनाइड से बदलकर सीमेंटेड कार्बाइड के पहनने और ऑक्सीकरण गुणों में सुधार किया जा सकता है।

गोलाबारूद
टंगस्टन कार्बाइड, अपने अखंड निसादित रूप में, या अधिक बार सीमेंटेड टंगस्टन कार्बाइड कोबाल्ट सम्मिश्र (ऊपर देखें) में, अक्सर कवच भेदी गोली | आर्मर-पियर्सिंग गोला-बारूद में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से जहां घटिया यूरेनियम उपलब्ध नहीं है या राजनीतिक रूप से अस्वीकार्य है। प्रक्षेप्य का उपयोग पहली बार द्वितीय विश्व युद्ध में जर्मन वायु सेना एंटी-टैंक युद्ध | टैंक-हंटर स्क्वाड्रन द्वारा किया गया था। हालांकि, टंगस्टन के सीमित जर्मन भंडार के कारण,  सामग्री मशीन टूल्स और कम संख्या में कवच-भेदी, कोर कठोर बनाने के लिए आरक्षित थी। यह बड़ी कठोरता और बहुत उच्च घनत्व के संयोजन के कारण एक प्रभावी भेदक है। टंगस्टन कार्बाइड गोला बारूद अब आम तौर पर सबोट (आग्नेयास्त्रों) प्रकार का होता है। SLAP, या सबोटेड लाइट आर्मर पेनिट्रेटर, जहां एक प्लास्टिक सैबोट बैरल थूथन पर छूटता है, प्राथमिक प्रकार के सबोटेड छोटे हथियारों के गोला-बारूद में से एक है। गैर-त्यागने वाले जैकेट, जैकेट की सामग्री की परवाह किए बिना, साबोट्स के रूप में नहीं बल्कि गोलियों के रूप में माने जाते हैं। हालाँकि, दोनों डिज़ाइन निर्दिष्ट हल्के कवच-भेदी छोटे हथियारों के गोला-बारूद में आम हैं। एम1ए1 एब्राम मेन गन के साथ उपयोग किए जाने वाले सैबोट्स को छोड़ना सटीक उच्च-वेग गन गोला बारूद में अधिक सामान्य है।

खनन और नींव ड्रिलिंग
टंगस्टन कार्बाइड का उपयोग टॉप हैमर रॉक ड्रिल बिट्स, डाउन-द-होल ड्रिल, रोलर कोन बिट|रोलर-कटर, लॉन्गवॉल खनन चिसेल्स, लॉन्गवॉल माइनिंग पिक्स, रेज़ बोरर रीमर और सुरंग खोदने वाली मशीनें में बड़े पैमाने पर किया जाता है। इन अनुप्रयोगों में इसका उपयोग अच्छी तरह से स्क्रीन, उप-विधानसभाओं, सील के छल्ले और तेल और गैस ड्रिलिंग में सामान्य झाड़ियों के लिए इनलेट नियंत्रण में पहनने और संक्षारण प्रतिरोधी घटकों के लिए भी किया जाता है। यह आम तौर पर एक बटन डालने के रूप में उपयोग किया जाता है, जो स्टील के आसपास के मैट्रिक्स में लगाया जाता है जो बिट के पदार्थ का निर्माण करता है। चूंकि टंगस्टन कार्बाइड बटन घिस जाता है, इसलिए इसमें सम्मिलित नरम स्टील मैट्रिक्स भी घिस जाता है, और अधिक बटन डालने को उजागर करता है।

परमाणु
टंगस्टन कार्बाइड भी एक प्रभावी न्यूट्रॉन परावर्तक है और इसका उपयोग विशेष रूप से हथियारों के लिए परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की प्रारंभिक जांच के दौरान किया गया था। 21 अगस्त 1945 को लॉस अलामोस नेशनल लेबोरेटरी में एक क्रिटिकलिटी दुर्घटना हुई जब हैरी डाघ्लियन ने गलती से एक टंगस्टन कार्बाइड ईंट को प्लूटोनियम गोले पर गिरा दिया, जिसे दानव कोर के रूप में जाना जाता है, जिससे महत्वपूर्ण द्रव्यमान परावर्तित न्यूट्रॉन के साथ सुपरक्रिटिकल हो गया।

खेल उपयोग
ट्रेकिंग पोल, संतुलन के लिए और पैर के जोड़ों पर दबाव कम करने के लिए कई लंबी पैदल यात्रा द्वारा उपयोग किया जाता है, सामान्यतः कठोर सतहों (जैसे चट्टान) पर रखे जाने पर कर्षण प्राप्त करने के लिए कार्बाइड युक्तियों का उपयोग किया जाता है; कार्बाइड टिप अन्य प्रकार की टिप की तुलना में अधिक समय तक चलती है। जबकि स्की क्षेत्र टिप्स सामान्यतः कार्बाइड से नहीं बने होते हैं, क्योंकि उन्हें बर्फ की परतों को तोड़ने के लिए विशेष रूप से कठोर होने की आवश्यकता नहीं होती है, रोलर्सकी टिप्स सामान्यतः होते हैं। रोलर स्कीइंग क्रॉस कंट्री स्कीइंग का अनुकरण करती है और गर्म मौसम के महीनों के दौरान प्रशिक्षित करने के लिए कई स्कीयरों द्वारा इसका उपयोग किया जाता है।

नुकीले कार्बाइड के नुकीले स्पाइक्स (स्टड के रूप में जाने जाते हैं) को स्नोमोबाइल्स के ड्राइव ट्रैक में डाला जा सकता है। ये स्टड बर्फीली सतहों पर कर्षण बढ़ाते हैं। लंबे वी-आकार के खंड प्रत्येक स्नोमोबाइल स्की के नीचे पहनने वाली छड़ कहलाने वाली छड़ में फिट होते हैं। अपेक्षाकृत तेज कार्बाइड किनारे कठोर बर्फीली सतहों पर स्टीयरिंग को बढ़ाते हैं। जब स्नोमोबाइल को सड़कों और अन्य अपघर्षक सतहों को पार करना पड़ता है तो कार्बाइड युक्तियाँ और खंड पहनने को कम करते हैं।

टंगस्टन कार्बाइड स्टड के साथ कार, मोटरसाइकिल और साइकिल टायर बर्फ पर बेहतर कर्षण प्रदान करते हैं। पहनने के लिए उनके बेहतर प्रतिरोध के कारण वे सामान्यतः स्टील स्टड के लिए पसंद किए जाते हैं।

सड़कों या बर्फ जैसी फिसलन वाली सतहों पर कर्षण को बेहतर बनाने के लिए, टंगस्टन कार्बाइड का उपयोग फेरीरी, घोड़ों की शूइंग में किया जा सकता है। घोड़े की नाल को जोड़ने के लिए कार्बाइड-टिप्ड खुरों का उपयोग किया जा सकता है; संयुक्त राज्य अमेरिका में, बोरियम - कांस्य या हल्के स्टील जैसे नरम धातु के एक मैट्रिक्स में टंगस्टन कार्बाइड के चिप्स - को फिटिंग से पहले जूते के नीचे के छोटे क्षेत्रों में वेल्ड किया जा सकता है।

शल्य चिकित्सा उपकरण और चिकित्सा
टंगस्टन कार्बाइड का उपयोग ओपन सर्जरी (कैंची, संदंश, हेमोस्टैट्स, ब्लेड-हैंडल, आदि) और लेप्रोस्कोपिक सर्जरी (ग्रास्पर, कैंची/कटर, सुई धारक, दाग़ना, आदि) के लिए सर्जिकल उपकरण बनाने के लिए भी किया जाता है। वे अपने स्टेनलेस स्टील समकक्षों की तुलना में बहुत महंगे हैं और नाजुक हैंडलिंग की आवश्यकता होती है, लेकिन बेहतर प्रदर्शन देते हैं।

आभूषण
टंगस्टन कार्बाइड, सामान्यतः एक सीमेंटेड कार्बाइड (कार्बाइड कण धातु द्वारा एक साथ टांकना) के रूप में, अपनी अत्यधिक कठोरता और खरोंच के उच्च प्रतिरोध के कारण दुल्हन के गहने उद्योग में एक लोकप्रिय सामग्री बन गई है। उच्च प्रभाव प्रतिरोध के साथ भी, इस अत्यधिक कठोरता का अर्थ यह भी है कि यह कभी-कभी कुछ परिस्थितियों में बिखर सकता है। कुछ इसे उपयोगी मानते हैं, क्योंकि एक प्रभाव टंगस्टन की अंगूठी को तोड़ देगा, इसे जल्दी से हटा देगा, जहां कीमती धातुएं सपाट हो जाएंगी और काटने की आवश्यकता होगी। टंगस्टन कार्बाइड 18 कैरेट सोने से लगभग 10 गुना कठोर है। इसके डिजाइन और उच्च पॉलिश के अलावा, उपभोक्ताओं के लिए इसके आकर्षण का एक हिस्सा इसकी तकनीकी प्रकृति भी है। यदि इस तरह की अंगूठी को जल्दी से हटा दिया जाना चाहिए (उदाहरण के लिए सूजन के साथ हाथ की चोट के बाद चिकित्सा आपात स्थिति के कारण) विशेष उपकरण, जैसे लॉकिंग प्लायर की आवश्यकता हो सकती है।

अन्य
टंगस्टन कार्बाइड का व्यापक रूप से बॉलपॉइंट कलम की युक्तियों में घूर्णन गेंद बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो लेखन के दौरान स्याही को फैलाते हैं। टंगस्टन कार्बाइड एक सामान्य सामग्री है जिसका उपयोग पैमाना ब्लॉक के निर्माण में किया जाता है, जिसका उपयोग आयामी मेट्रोलॉजी में सटीक लंबाई के उत्पादन के लिए एक प्रणाली के रूप में किया जाता है।

अंग्रेजी गिटारवादक मार्टिन सिम्पसन कस्टम-निर्मित टंगस्टन कार्बाइड स्लाइड गिटार का उपयोग करने के लिए जाने जाते हैं। स्लाइड की कठोरता, वजन और घनत्व इसे मानक ग्लास, स्टील, सिरेमिक या पीतल की स्लाइड की तुलना में बेहतर स्थिरता और आयतन प्रदान करते हैं।

एक उत्प्रेरक के रूप में इसके संभावित उपयोग के लिए टंगस्टन कार्बाइड की जांच की गई है और यह कमरे के तापमान पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से पानी के उत्पादन के उत्प्रेरक में प्लैटिनम के समान पाया गया है, पानी की उपस्थिति में हाइड्रोजन द्वारा टंगस्टन ट्राइऑक्साइड का रिडॉक्स, और 2,2-डाइमिथाइलप्रोपेन का 2-मिथाइलब्यूटेन में समावयवीकरण। इसे हाइड्राज़ीन-संचालित अंतरिक्ष यान प्रणोदन में इरिडियम उत्प्रेरक के प्रतिस्थापन के रूप में प्रस्तावित किया गया है।

टंगस्टन कार्बाइड कोटिंग का प्रदर्शन सुधारने, सेवा अंतराल बढ़ाने और ब्रेक धूल को कम करने के लिए उच्च निष्पादन ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में ब्रेक डिस्क पर उपयोग किया गया है।

विषाक्तता
टंगस्टन कार्बाइड से जुड़े प्राथमिक स्वास्थ्य जोखिम धूल के साँस लेने से संबंधित हैं, जिससे सिलिकोसिस जैसी पल्मोनरी फाइब्रोसिस हो जाती है। अमेरिकन राष्ट्रीय विष विज्ञान कार्यक्रम द्वारा कोबाल्ट-सीमेंटेड टंगस्टन कार्बाइड को मानव कासीनजन होने का भी अनुमान है।

3डी प्रिंटिंग
टंगस्टन कार्बाइड के उत्पादन के लिए एक नई तकनीक 3डी प्रिंटिंग है। आप 3डी प्रिंटिंग के साथ एक जटिल नया फॉर्म बना सकते हैं। इसके अलावा, एक बनाया गया मूल्य खनन कंपनियों या तेल प्लेटफार्मों के लिए तेजी से आगे बढ़ने का समय है।

बाहरी संबंध

 * International Chemical Safety Card 1320
 * NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards