« Carbure de tungstène » : différence entre les versions

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Le '''carbure de tungstène''' est un [[composé chimique]] de [[Formule chimique|formule]] WC. C'est une [[Céramique technique|céramique]] [[Matériau réfractaire|réfractaire]] [[Matériau superdur|ultradure]], avec une [[Raideur (mécanique)|raideur]] environ le double de celle de l'[[acier]] et un [[module d'Young]] d'environ {{unité/2|530|à=700|GPa}}<ref name="978-0-08-044301-0">{{en}} Peter J. Blau, ''Wear of Materials'', Elsevier, 2003, {{p.|1345}}. {{ISBN|978-0-08-044301-0}}</ref>{{,}}<ref name="10.1007/978-3-319-00524-9">{{en}} Alexey S. Kurlov et Aleksandr I. Gusev, ''Tungsten Carbides: Structure, Properties and Application in Hardmetals'', Springer Science & Business Media, 2013, {{p.|3}}. {{DOI|10.1007/978-3-319-00524-9}} {{ISBN|978-3-319-00524-9}} {{LCCN|2013942113}}</ref>{{,}}<ref name="978-0-470-46700-8">{{en}} Mikell P. Groover, ''Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems'', John Wiley & Sons, 2010, {{p.|135}}. {{ISBN|978-0-470-46700-8}}</ref>{{,}}<ref name="978-1-84628-669-8">{{en}} François Cardarelli, ''Materials Handbook: A Concise Desktop Reference'', Springer Science & Business Media, 2008, {{p.|640}}. {{ISBN|978-1-84628-669-8}}</ref>. Sa [[masse volumique]] est également double de celle de l'acier, entre celle du [[plomb]] et de l'[[or]]. Sa [[Dureté (matériau)|dureté]] est comparable à celle du [[corindon]], ou [[Alumine|α-{{fchim|Al|2|O|3}}]], et il ne peut être poli qu'avec les [[abrasif]]s les plus durs, comme le [[nitrure de bore]] cubique et le [[diamant]].


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Le '''carbure de tungstène''' est un [[composé inorganique]], résultant d'une combinaison de [[carbone]] et de [[tungstène]]. C'est un matériau réputé très dense, très résistant et très dur (9,0 à l’[[échelle de Mohs]]).

Dans les [[conditions normales de température et de pression]], il se trouve sous forme solide (poudre grise).
C'est en 1927 qu'un industriel allemand, Friedrich Krupp, découvre un alliage carbure de tungstène-cobalt extrêmement dur, et lui donne alors le nom de ''{{lang|de|[[Widia]]}}'' qui correspond à ''{{lang|de|Wie Diamant}}'', littéralement « comme du diamant ».


== Obtention ==
== Obtention ==

Version du 9 février 2019 à 00:00

Carbure de tungstène
Image illustrative de l’article Carbure de tungstène
__ W4+     __ C4–
Structure cristalline du carbure de tungstène hexagonal (α-WC)
Identification
No CAS 12070-12-1
No ECHA 100.031.918
No CE 235-123-0
No RTECS YO7250000
PubChem 2724274
ChEBI 82283
Apparence Solide gris cristallisé[1]
Propriétés chimiques
Formule CW  [Isomères]
Masse molaire[2] 195,85 ± 0,01 g/mol
C 6,13 %, W 93,87 %,
Propriétés physiques
T° fusion 2 785 °C[3]
2 867 °C[1]
T° ébullition 6 000 °C[3]
Masse volumique 15,63 g·cm-3[1] à 20 °C
Précautions
SGH[1]
SGH02 : Inflammable
Attention
H228, P210, P240, P241, P280 et P370+P378
SIMDUT[1]
B4 : Solide inflammableD2A : Matière très toxique ayant d'autres effets toxiques
B4, D2A,
NFPA 704[1]

Symbole NFPA 704.

 
Transport[1]
   3178   
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
modifier Consultez la documentation du modèle

Le carbure de tungstène est un composé chimique de formule WC. C'est une céramique réfractaire ultradure, avec une raideur environ le double de celle de l'acier et un module d'Young d'environ 530 à 700 GPa[4],[5],[6],[7]. Sa masse volumique est également double de celle de l'acier, entre celle du plomb et de l'or. Sa dureté est comparable à celle du corindon, ou α-Al2O3, et il ne peut être poli qu'avec les abrasifs les plus durs, comme le nitrure de bore cubique et le diamant.

Il est généralement commercialisé sous forme d'une poudre grise très inflammable à partir de laquelle sont réalisées par frittage des pièces en carbure de tungstène massif.

Obtention

Il est obtenu par chauffage et compression d'un mélange de poudre de tungstène et de poudre de carbone (principalement du noir de carbone) à très haute température, entre 1 400 °C et 2 000 °C.

Propriétés générales

Le carbure de tungstène est un matériau très dur, très dense et très résistant.

Il se trouve à 9,0 sur l'échelle de Mohs, ce qui signifie que presque aucun matériau ne peut le rayer, mis à part certains alliages particuliers et le diamant.

Il possède une très grande résistance aux pressions (nombre de dureté de Vickers de 2242) et aux chocs, mais il est peu résistant à l'élongation, avec un module de Young de 650 GPa[réf. nécessaire].

Chimiquement, il est très peu réactif. Il n'est pas attaqué par les acides ou les bases, exception faite de l'acide nitrique (HNO3) et de l'acide fluorhydrique (HF).

Il possède une structure cristalline de type hexagonal, ce qui le rend très compact, donc très dense.

Propriétés nucléaires

Ce matériau a été utilisé en tant que confinant, permettant de réfléchir les neutrons issus de la réaction en chaîne dans la bombe nucléaire Little Boy, afin d'obtenir plus de fissions et d'en exploiter une plus grande puissance.

Divers usages

Il convient à divers alliages servant à la confection d'outils devant résister à l'usure comme les scies, les forets, la fraise ou l'outil de tour. Il offre une meilleure résistance à l'usure et à la chaleur que les aciers rapides dits « ARS » (ou « HSS » en anglais) qui sont aussi très employés en usinage.

Il est présent en insert à l'extrémité des pointes à tracer de qualité utilisées par les chaudronniers pour tracer sur la tôle ainsi que par les carreleurs pour marquer la coupe des carreaux de faïence.

Il est aussi utilisé pour faire des balles de munitions et parfois des billes de stylo.

Il est principalement utilisé dans les outils coupants sous sa forme frittée à l'aide de cobalt, qui lui donne la ductilité nécessaire.

On peut l'utiliser dans le revêtement de matériaux pour en diminuer l'usure, par exemple pour les centrifugeuses, on dépose du carbure de tungstène sur les spires pour un blindage plus performant.

Pointes d'une fraise de raboteuse à pics.

En BTP, ce matériau est notamment utilisé dans la réfection de route avec les raboteuses de chaussées :

  • la raboteuse à pics, équipée de rotors à haute résistance plantés de pointes au carbure de tungstène. Les rotors tournent à grande vitesse et les pointes très dures attaquent puissamment la chaussée.
Détail d'un pneu de bicyclette muni de pointes au carbure de tungstène (une dans chaque crampon).

On peut le retrouver dans certains articles de sport de haut de gamme pour sa résistance et sa rigidité, comme les pointes des bâtons de marche et de ski, des crampons de chaussures ou de pneus de vélo (par exemple des pneus cloutés pour l'hiver).

Il est parfois utilisé dans le domaine militaire en tant que munition perce-blindage au lieu de l'uranium appauvri.

Il est utilisé en bijouterie et joaillerie pour faire des bagues et alliances, des montres et des bracelets (essentiellement pour hommes).

Il peut être utilisé dans le cadre de forages, ce qui fut le cas dans la mission Apollo 17[8].

Il est utilisé en agriculture, principalement pour augmenter la durée de vie des pièces d'usure sur divers outils.

Inconvénients

Par sa très grande stabilité (mise en évidence par sa densité et sa résistance mécanique), le carbure de tungstène est très difficile à recycler. Il est néanmoins possible de le faire grâce au « procédé au zinc » qui permet de séparer les constituants et donc de retrouver de la poudre de tungstène et de la poudre de carbone. Ce procédé nécessite une importante quantité d'énergie et est donc très coûteux.

L'autre problème du carbure de tungstène est sa toxicité, les outils en carbure de tungstène contenant souvent du cobalt (qui joue le rôle de liant, à hauteur de quelques pourcents). Celui-ci, nocif pour le corps humain, peut être présent dans des microparticules de carbure inhalées et rester pendant un temps très long dans le système respiratoire, impliquant une toxicité à long terme et des risques de cancer. Des études montrent qu'il serait même plus dangereux que le cobalt pris à part[réf. nécessaire].

Notes et références

  1. ↑ a b c d e f et g « Fiche du composé Tungsten carbide, 99.5% (metals basis)  », sur Alfa Aesar (consulté le ).
  2. ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. ↑ a et b Entrée « Tungsten carbide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 8 février 2019 (JavaScript nécessaire)
  4. ↑ (en) Peter J. Blau, Wear of Materials, Elsevier, 2003, p. 1345. (ISBN 978-0-08-044301-0)
  5. ↑ (en) Alexey S. Kurlov et Aleksandr I. Gusev, Tungsten Carbides: Structure, Properties and Application in Hardmetals, Springer Science & Business Media, 2013, p. 3. DOI 10.1007/978-3-319-00524-9 (ISBN 978-3-319-00524-9) (LCCN 2013942113)
  6. ↑ (en) Mikell P. Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems, John Wiley & Sons, 2010, p. 135. (ISBN 978-0-470-46700-8)
  7. ↑ (en) François Cardarelli, Materials Handbook: A Concise Desktop Reference, Springer Science & Business Media, 2008, p. 640. (ISBN 978-1-84628-669-8)
  8. ↑ Manuel d'utilisation de la foreuse pour la mission de forage Apollo 17, Nasa, p. II-6

Annexes

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