Carbure de tungstène

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Carbure de tungstène
Carbure de tungstène
Identification
Nom IUPAC Carbure de tungstène
No CAS 12070-12-1
No EINECS 235-123-0
PubChem 2724274
SMILES
InChI
Apparence cristaux gris hexagonaux
Propriétés chimiques
Formule brute CW  [Isomères]WC
Masse molaire[1] 195,85 ± 0,01 g/mol
C 6,13 %, W 93,87 %,
Propriétés physiques
fusion 2 870 °C[2]
ébullition 6 000 °C[2]
Solubilité 0,0001 g·l-1 à 20 °C[2],
sol. dans l'acide nitrique et HF
Masse volumique 15,63 g·cm-3 à 18 °C[2]
Cristallographie
Symbole de Pearson hP2\, [3]
Classe cristalline ou groupe d’espace P6m2, (no 187) [3]
Notation Schönflies D^1_{3h}
Strukturbericht Bh [3]
Précautions
Directive 67/548/EEC
Toxique
T



Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

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 Wiedia qui correspond à Wie Diamant, littéralement « comme du diamant ».

Obtention[modifier | modifier le code]

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 1400 et 2 000 °C.

Propriétés générales[modifier | modifier le code]

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 d'Young de 550 GPa.

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

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

Propriétés nucléaires[modifier | modifier le code]

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[modifier | modifier le code]

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 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 aussi 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 raboteuse de chaussés :

  • 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...

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

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

Inconvénients[modifier | modifier le code]

De 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 est cependant très coûteux car il nécessite une énorme quantité d'énergie.

L'autre problème est sa toxicité, les outils en carbure de tungstène contenant souvent du cobalt (qui joue le rôle de liant, à hauteur de quelques pour-cents), il devient alors nocif pour le corps humain ; des microparticules de carbure peuvent être 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[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a, b, c et d Entrée du numéro CAS « 12070-12-1 » 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 18 novembre 2008 (JavaScript nécessaire)
  3. a, b et c « The Tungsten Carbide (Bh) Structure », sur http://cst-www.nrl.navy.mil/ (consulté le 17 décembre 2009)

Annexes[modifier | modifier le code]

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