Qu’est-ce que le carbure de tungstène ?
Le carbure de tungstène est un composé de tungstène et de carbone.
Le carbure de tungstène a un module d’élasticité longitudinal élevé (module de Young) et une très grande rigidité. De plus, il présente une dureté et une résistance élevées, ainsi qu’une excellente résistance à la corrosion.
Le carbure de tungstène naturel a été découvert dans le comté de Chusum, à Shannan, dans la région autonome du Tibet, en Chine, et a été baptisé Qusongite d’après le comté de Chusum en 2007. L’inhalation de poussières de carbure de tungstène provoque une fibrose pulmonaire semblable à la silicose ; les alliages WC-Co sont considérés comme cancérigènes.
Utilisations du carbure de tungstène
Le carbure de tungstène est principalement utilisé comme matière première pour les carbures cémentés. En particulier, lorsque le carbure de tungstène (WC) et le cobalt (Co) sont mélangés et frittés ensemble, ils présentent d’excellentes propriétés mécaniques, et le terme carbure cémenté fait souvent référence aux alliages WC-Co. D’autres types d’alliages comprennent les alliages WC-Ni composés de carbure de tungstène (WC) et de nickel (Ni).
D’autres substances peuvent être ajoutées pour améliorer la résistance à l’oxydation et à la corrosion, comme le carbure de titane (TiC) et le carbure de tantale (TaC) aux alliages WC-Co. Tous les carbures cémentés présentent une rigidité, une dureté et une résistance élevées, un faible coefficient de dilatation thermique et peuvent être utilisés pour les outils de coupe tels que les pointes de tournage, les forets et les fraises en bout. Ils présentent également une excellente résistance à l’usure et sont donc largement utilisés pour les filières de tréfilage, les cylindres de laminage et les matrices.
Propriétés du carbure de tungstène
Le carbure de tungstène a un point de fusion de 2 870°C et un point d’ébullition de 6 000°C. Il s’agit d’un solide gris ou noir avec un éclat.
Le module d’Young du carbure de tungstène est d’environ 550 GPa, ce qui le rend deux fois plus rigide que l’acier. Sa dureté est comparable à celle de l’oxyde d’α-aluminium, comme le corindon, le rubis et le saphir.
Structure du carbure de tungstène
Le carbure de tungstène est un composé inorganique composé de quantités molaires égales d’atomes de carbone et de tungstène. Sa formule chimique est représentée par WC et sa masse molaire est de 195,851 g/mol.
Il en existe deux types : le carbure de tungstène α-hexagonal et le carbure de tungstène α-cubique. La distance entre les atomes de tungstène dans le type hexagonal est de 291 pm, la distance la plus courte entre les atomes de tungstène dans les couches adjacentes est de 284 pm et la longueur de la liaison tungstène-carbone est de 220 pm. Le carbure de tungstène a une densité de 15,63 g/cm3.
Autres informations sur le carbure de tungstène
1. Synthèse du carbure de tungstène
La réaction du carbone et du tungstène à 1 400-2 000 °C donne du carbure de tungstène. Les méthodes à lit fluidisé avec du tungstène ou de l’oxyde de tungstène (VI) utilisant un mélange de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone et d’hydrogène gazeux peuvent également être utilisées pour la synthèse à 900-1 200 °C.
Le graphite et l’oxyde de tungstène (VI) peuvent être chauffés à 900 °C pour produire du carbure de tungstène ; celui-ci peut également être synthétisé par exposition à l’hydrogène à 670 °C puis cémentation sous argon à 1 000 °C.
Le carbure de tungstène peut être obtenu en faisant réagir de l’hexachlorure de tungstène avec du méthane comme source de carbone à 670 °C, en utilisant de l’hydrogène comme agent réducteur. Il peut également être produit en faisant réagir de l’hexafluorure de tungstène avec de l’hydrogène comme réducteur et du méthanol comme source de carbone à 350 °C.
2. Réaction du carbure de tungstène
Le carbure de tungstène est résistant aux acides et insoluble dans l’eau, l’acide chlorhydrique et l’acide sulfurique. Il est soluble dans l’acide nitrique fluorhydrique (mélange d’acide nitrique et d’acide fluorhydrique) et dans l’eau royale. Le carbure de tungstène commence à s’oxyder à 500-600°C. Il réagit avec le fluor gazeux à température ambiante et avec le chlore au-dessus de 400°C, mais pas avec l’hydrogène sec.
Le carbure de tungstène sous forme de poudre fine est facilement oxydé dans des solutions aqueuses de peroxyde d’hydrogène. Il réagit avec des solutions aqueuses de carbonate de sodium à des températures et des pressions élevées pour donner du tungstate de sodium.