炭化タングステン

炭化タングステン粉末は、タングステン金属（または粉末）と炭素を1,400～2,000  ℃で反応させることにより製造される。^{[ 13 ]}他の方法としては、タングステン金属（または粉末）または青色のWO3_をCO / CO2混合ガスとH2_ガスと900～1,200 ℃で反応させる低温流動床プロセスがある_。^{[ 14 ]} 

_{WCは、WO 3を}グラファイトと共に直接900  ℃で加熱するか、水素中で670  ℃で加熱した後、アルゴン中で1,000 ℃で炭化することによっても製造できます。 ^{[ 15 ]}研究されている化学気相堆積法には以下が含まれます。 ^{[ 13 ]} 

• 六塩化タングステンを水素（還元剤として）およびメタン（炭素源として）と670 ℃（943K ）で反応させる  

WCl6 ₊ H2 + CH4 _→ WC + 6 _HCl

• 六フッ化タングステンを水素（還元剤として）およびメタノール（炭素源として）と350 ℃（623K ）で反応させる  

WF ₆ + 2 H ₂ + CH ₃ OH → WC + 6 HF + H ₂ O

固体炭化タングステンは、 1920年代に開発された粉末冶金技術を用いて製造されます。 ^{[ 7 ]}粉末状の炭化タングステンを、通常はコバルト（代替としてニッケルや鉄^{[ 10 ]}も使用）などの別の粉末金属と混合し、これを結合剤として用います。^{[ 7 ]}混合物をプレスした後、1,400 ℃（2,550 °F）から1,600 ℃（2,910 °F）の温度に加熱して焼結します。結合剤が溶融し、タングステン粒子を濡らし、部分的に溶解して、粒子同士を結合させます。^{[ 7 ]}特にコバルト-タングステン複合材料は、WidiaやCarboloyなど、多くの商標名で知られています。^{[ 7 ]}    

焼結タングステンカーバイド-コバルト切削工具は耐摩耗性が非常に高く、標準的な高速度鋼(HSS) 工具よりも高温に耐えることができます。カーバイド切削面は、炭素鋼やステンレス鋼などの硬い材料の加工や、鋼製工具がすぐに摩耗してしまうような用途、例えば大量生産や高精度生産などによく使用されます。カーバイド工具は鋼製工具よりも鋭い刃先を維持するため、一般的に部品の表面仕上げが優れており、耐熱性により加工速度が速くなります。この材料は通常、超硬合金、固体カーバイド、超硬合金、またはタングステンカーバイドコバルトと呼ばれます。これは金属マトリックス複合材料であり、タングステンカーバイド粒子が集合体であり、金属コバルトがマトリックスとして機能します。^{[ 29 ] [ 30 ]}超硬合金の耐摩耗性および耐酸化性は、コバルトを鉄アルミニウムに置き換えることで改善できることがわかっています。^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}鉄を使用することでコストも削減できます。コバルトは特に高価ですが、混合は共鳴音響混合で行うのが最適です。^{[ 34 ]}

タングステンカーバイドは、そのモノリシック焼結形態、またはより一般的にはセメントタングステンカーバイドコバルト複合材（上記参照）として、特に劣化ウランが入手できない場合や政治的に受け入れられない場合に、徹甲弾によく使用されます。W ₂ C弾丸は、第二次世界大戦中にドイツ空軍の戦車駆逐飛行隊によって初めて使用されました。しかし、ドイツのタングステンの備蓄が限られていたため、W ₂ C材料は工作機械と少数の弾丸の製造のために確保されました。非常に高い硬度と非常に高い密度の組み合わせにより、効果的な貫通体です。^{[ 35 ] [ 36 ]}

タングステンカーバイド弾薬は現在、一般的にサボット型である。SLAP（サボット式軽装甲貫通弾）は、プラスチック製のサボットが銃口で分離するタイプで、サボット式小火器弾薬の主要なタイプの1つである。ジャケットの材質に関係なく、分離しないジャケットはサボットではなく弾丸として認識される。ただし、どちらの設計も、指定された軽装甲貫通小火器弾薬では一般的である。M1A1エイブラムスの主砲で使用されるような分離式サボットは、精密高速砲弾でより一般的である。^{[ 37 ] [ 38 ]}

炭化タングステンは、鉱業において、トップハンマー式削岩ビット、ダウンホールハンマー、ローラーカッター、ロングウォールプラウチゼル、ロングウォールシアラーピック、レイズボーリングリーマー、トンネルボーリングマシンなどに広く使用されています。これらの用途では、石油・ガス掘削で一般的な、ウェルスクリーン、サブアセンブリ、シールリング、ブッシングの入口制御における耐摩耗性および耐腐食性部品にも使用されています。^{[ 39 ]}一般的には、ビットの本体を形成する鋼のマトリックスに取り付けられたボタンインサートとして使用されます。炭化タングステンボタンが摩耗すると、それを含むより柔らかい鋼のマトリックスも摩耗し、さらに多くのボタンインサートが露出します。

炭化タングステンは中性子反射材としても効果的であり、そのため核連鎖反応、特に兵器に関する初期の研究で使用されました。1945年8月21日、ロスアラモス国立研究所で臨界事故が発生しました。ハリー・ダグリアンが誤って炭化タングステンのレンガをプルトニウム球（デーモンコアとして知られる）に落とし、反射された中性子によって臨界未満の質量が超臨界状態になったのです。彼は昏睡状態に陥り、事故から25日後に亡くなりました。^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}

トレッキングポールは、バランスを取ったり脚の関節への負担を軽減したりするために多くのハイカーが使用しており、岩などの硬い表面に置くとグリップ力が得られるように、一般的に超硬チップが使用されています。超硬チップは他のタイプのチップよりもはるかに長持ちします。^{[ 43 ]}

スキーのストックの先端は、氷の層を突き破るほど硬くなくてもよいため、一般的には超硬合金製ではないが、ローラースキーのストックの先端は通常、超硬合金製である。ローラースキーはクロスカントリースキーを模倣したもので、多くのスキーヤーが暖かい季節のトレーニングに利用している。

スノーモービルの駆動トラックには、鋭利な超硬チップ付きのスパイク（スタッドと呼ばれる）を挿入できます。これらのスタッドは、氷の路面でのトラクションを向上させます。より長いV字型のセグメントは、各スノーモービルスキーの下にある摩耗ロッドと呼ばれる溝付きロッドに収まります。比較的鋭利な超硬エッジは、硬い氷の路面での操縦性を向上させます。超硬チップとセグメントは、スノーモービルが道路やその他の摩耗面を横断しなければならないときに発生する摩耗を軽減します。^{[ 44 ]}

タングステンカーバイドスタッド付きの自動車、オートバイ、自転車のタイヤは、氷上でのトラクションが向上します。耐摩耗性に優れているため、一般的にスチールスタッドよりも好まれています。^{[ 45 ]}

炭化タングステンは、馬の蹄鉄装着において、道路や氷などの滑りやすい路面でのトラクションを向上させるために使用されることがある。炭化タングステンの先端が付いた蹄釘を用いて蹄鉄を取り付けることができる。^{[ 46 ]}米国では、ボリウム（青銅や軟鋼などの軟らかい金属のマトリックス中に炭化タングステンの破片が埋め込まれたもの）を、装着前に蹄鉄の裏側の小さな部分に溶接することがある。^{[ 47 ] : 73}

炭化タングステンは、開腹手術用の外科器具（はさみ、鉗子、止血鉗子、刃の柄など）や腹腔鏡手術用の外科器具（把持鉗子、はさみ/カッター、持針器、電気メスなど）の製造にも使用されます。ステンレス鋼製のものよりはるかに高価で、繊細な取り扱いが必要ですが、より優れた性能を発揮します。^{[ 48 ]}

炭化タングステンは、その極めて高い硬度と高い耐傷性から、ブライダルジュエリー業界で人気の素材となっています。^{[ 49 ] [ 50 ]}耐衝撃性に優れているとはいえ、この極めて高い硬度ゆえに、時折割れることもあります。^{[ 51 ]}衝撃を受けるとタングステンリングは割れてすぐに外せるため、貴金属のように平らに曲がって切断する必要がなくなるのに対し、割れるという点が便利だと考える人もいます。炭化タングステンは、18金よりも約10倍硬いです。デザインや高い光沢に加え、技術的な性質も消費者を惹きつける魅力の一つです。^{[ 49 ]}手の怪我による腫れなどの緊急医療事態で、このようなリングをすぐに外す必要がある場合は、ロッキングプライヤーなどの特殊工具が必要になることがあります。^{[ 52 ]}

炭化タングステンは、筆記時にインクを拡散させるボールペンの先端の回転ボールを作るために広く使用されている。^{[ 53 ]}

イギリスのギタリスト、マーティン・シンプソンは、特注のタングステンカーバイド製ギタースライドを使用しており、これにより優れたサステインと音量が得られます。^{[ 54 ]}

炭化タングステンは触媒としての潜在的な用途について研究されており、室温での水素と酸素からの水の生成、水の存在下での水素による三酸化タングステンの還元、および2,2-ジメチルプロパンから2-メチルブタンへの異性化の触媒作用において白金に類似していることがわかっています。[ 55 ^{]ヒドラジンを}動力源とする衛星スラスタのイリジウム触媒の代替として提案されています。^{[ 56 ]}

高性能自動車用途のブレーキディスクには、性能向上、サービス間隔の延長、ブレーキダストの低減のために炭化タングステンコーティングが利用されている。^{[ 57 ]}