硼化钨
硼化钨(Tungsten Boride)是钨与硼形成的超硬耐火陶瓷,主流相为WB(一硼化钨)、WB₂(二硼化钨,六方AlB₂型)、W₂B₅(五硼化二钨),兼具超高硬度、高熔点、金属导电、耐蚀耐磨、中子屏蔽,是硬质刀具、耐磨涂层、高温电极与核屏蔽材料的核心原料。
基本信息(主流相)
• 化学式:WB(194.65)、WB₂(205.47)、W₂B₅(428.79)
• CAS:WB 12007-09-9;WB₂ 12007-10-2;W₂B₅ 12007-98-6
• 外观:黑灰色金属光泽粉末;WB六方晶,WB₂六方晶,W₂B₅正交晶
• 纯度:工业级≥98%,高纯≥99.5%,超细≥99.9%
• 晶型:WB(四方/正交)、WB₂(六方,P6/mmm)、W₂B₅(正交)
核心特性(官网口径)
• 超硬耐磨:维氏硬度36–41 GPa(≈3600–4100 HV),超碳化钨(22–30 GPa),莫氏硬度9+
• 高熔点稳定:WB熔点2660℃,WB₂2365℃,W₂B₅2670℃;长期800℃抗氧化,短时耐1200℃
• 金属导电导热:室温电阻率10–30 μΩ·cm,电导率5.3×10⁴ S/cm(近铝青铜),热导率20–40 W/(m·K)
• 耐蚀与屏蔽:耐强酸/强碱/熔融金属;中子+γ射线综合屏蔽,核工业优选
• 高密高强:密度15.2–15.3 g/cm³,高温强度保持率高,适配重载耐磨件
典型应用
• 硬质工具:高端切削刀具、模具、轴承、喷砂嘴、耐磨轧辊
• 耐磨涂层:航空发动机部件、汽车活塞环、机械密封件
• 高温/电子:高温电极、溅射靶材、导电薄膜、电子扩散阻挡层
• 核工业:核废料容器、中子吸收/屏蔽材料、耐辐照涂层
• 金属陶瓷:与TiC、Si₃N₄复合,提升高温硬度与韧性
元素分析(理论+实测范围)
1. 理论元素组成(wt%)
• WB:钨(W)92.90%,硼(B)7.10%
• WB₂:钨(W)88.50%,硼(B)11.50%
• W₂B₅:钨(W)85.80%,硼(B)14.20%
2. 高纯WB₂实测指标(99.5%级,典型值)
• W:88.2–88.8%
• B:11.2–11.8%
• 杂质(≤):O 0.3%、C 0.10%、Fe 0.05%、Si 0.05%、其他金属 0.10%
3. 工业级WB₂成分(98%级,参考)
• WB₂:≥98%
• 游离B:<0.4%
• WO₃:<0.5%
• 游离C:<0.3%
物理性能总表(室温,致密烧结体)
性能 WB(典型值) WB₂(典型值) W₂B₅(典型值) 备注
密度(g/cm³) 15.2 10.77 15.3 理论值
熔点(℃) 2660 2365 2670 常压
维氏硬度(GPa) 36–41 20–25 30–35 载荷0.5–1 kgf
莫氏硬度 9+ 8.5+ 9+ 超硬梯队
杨氏模量(GPa) 550–600 450–500 500–550 超高刚性
室温电阻率(μΩ·cm) 10–20 20–30 15–25 类金属导电
热导率(W/(m·K)) 30–40 20–30 25–35 随纯度升高
线膨胀系数(×10⁻⁶/K) 7.0–7.5 7.5–8.0 7.2–7.8 25–1200℃
抗弯强度(MPa) 400–500 350–450 380–480 三点弯曲
断裂韧性(MPa·m¹/²) 4.0–5.0 3.5–4.5 3.8–4.8 优于普通陶瓷
性能简析(关键优势)
1. 超硬+高熔点:WB硬度36–41 GPa、熔点2660℃,远超碳化钨,适配极端耐磨高温场景。
2. 高密度+屏蔽性:密度15.2 g/cm³,兼具中子与γ射线屏蔽,核工业不可替代。
3. 导电耐蚀+热稳:金属导电、耐强酸强碱,热膨胀低、抗热震强,适配电极与热循环工况。
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