摩耗は産業現場での作業にとって常に脅威であり、コストの増加、作業時間の延長、そして全体的な作業効率の低下を招きます。セラミック材料はこれらの問題を軽減する上で最適な選択肢です。炭化ケイ素（SiC）と炭化タングステン（WC）は、一般的に利用可能な2つの選択肢です。 ゴージャスな陶器この記事では、両方の材料と摩耗用途におけるその有効性を比較します。
炭化ケイ素
炭化タングステン
シリコンカーバイドとは
シリコンカーバイドは、化学的性質や温度に敏感な用途に適していることで知られています。この材料は炭素とシリコンの元素の合金であり、それらの原子が共有結合を形成して結晶構造を形成します。
ダイヤモンドに次いで硬い元素です。そのため、摩耗を伴う様々な用途に適しています。炭化ケイ素は非酸化物であるため腐食がなく、信頼性をさらに高めています。
タングステンカーバイドとは
タングステンカーバイドWCは、その名前が示すように、タングステンと炭素から製造される製品であり、 焼結WCは工業用途で長い歴史を持ち、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性など、あらゆる用途に適した素材です。
耐摩耗用途における炭化ケイ素と炭化タングステンの比較
コストは摩耗材料の選択において重要な要素ですが、唯一の要因ではありません。長期的には、極度の圧力、温度、摩耗、化学物質への曝露といった様々な使用状況下における材料の信頼性を理解することが、その全体的な効率を理解する上で非常に重要です。
例えば、炭化タングステンは高価ですが、最大6833MPaという高い圧縮強度を誇ります。しかし、極度の温度条件では、塑性変形によってこの強度のほとんどが無駄になります。そのため、高応力用途には適していません。一方で、耐高温性を備えた材料の方が、より良い選択肢となる場合があります。
このような背景から、炭化ケイ素（SiC）は最適な選択肢と言えるでしょう。SiCは、高温耐性と耐薬品性が求められる用途に最も多く使用されています。しかし、どちらのセラミックも、選択にあたっては多くの要素を慎重に検討する必要があります。これらの要素については、以下で詳しく説明します。
研磨条件
セラミックの硬度は、摩耗用途において重要な要素です。セラミックが硬いほど、損傷しにくくなります。モース硬度計では、炭化ケイ素の硬度は9.5で、タングステンの8.5～9を上回っています。そのため、研磨剤に敏感な用途では炭化ケイ素の方が適しています。
密度に関して言えば、SiCは3.21g/cm³と最も低く、タングステンの15.6g/cm³よりもはるかに低いです。この低密度により、炭化ケイ素は取り扱いが容易になります。さらに、高い耐傷性も相まって、優れた特性を備えています。
重いスラリーと過酷なポンプ条件
スラリーポンプとポンプは、研磨性および腐食性の環境で効果的に作動するために、互いに適合している必要があります。シリコンカーバイドは、これらの条件に最適と考えられています。その低い摩擦係数により、摩耗とエネルギー損失が最小限に抑えられます。
一方、タングステンはコバルト結合のため、強酸に対して非常に脆弱です。これはクロムやモリブデンのコーティングを施すことで対処できますが、最終的なコストは高くなります。そのため、このような用途にはシリコンカーバイドが適しています。
高圧環境
石油・ガス掘削などの用途では高圧が伴うため、それぞれのシール材はこれらの圧力に耐えられるだけの強度が求められます。炭化タングステンは高密度と強度を両立しているため、このような用途に最適です。しかし、強度だけを考慮すると、炭化ケイ素も有用ですが、高密度のためタングステンに劣ります。
急激な気温変化
炉などの高温用途で使用される機械は、耐熱性に優れた材料で作られる必要があります。したがって、シリコンとタングステンカーバイドのどちらを選ぶかは、耐熱性を考慮する必要があります。
シリコンカーバイドの温度膨張係数は約4～4.5×10⁻⁶/°Cで、タングステンの5.00～6.00×10⁻⁶/°Cと比較して低く、最適と考えられています。しかし、それだけではありません。熱伝導率に関しても、シリコンは120～170W/mKと、タングステンの84～100W/mKと比較して優れています。
耐久性と耐摩耗性の違い
シリコンカーバイドは強度と耐熱性に優れています。摩耗や摩擦が発生する可能性が高い用途において、SiCは信頼できる選択肢となります。非酸化物であることと低い温度係数が相まって、変形を防ぎ、幅広い用途において耐久性を確保します。
一方、タングステンの剛性と強度は比類のないものです。そのため、このセラミックは長期間にわたる高圧用途にも耐えることができます。そのため、温度や化学物質への曝露の影響を受けない用途では、タングステンカーバイドは最適なソリューションとなります。
シリコンカーバイドとタングステンカーバイドのメカニカルシールの選び方
シリコンカーバイドとタングステンカーバイドのどちらを選ぶかは、まずそれぞれの用途を理解することが重要です。これには、流体の存在、温度範囲、圧力レベルの変化、摩耗、腐食の可能性など、複数の側面を慎重に検討することが含まれます。
タングステンは高密度と高い強度を併せ持ち、高圧用途に幅広く適応します。一方、炭化ケイ素は密度では劣るものの、強度、耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性に優れています。また、炭化ケイ素は他の化学物質にさらされても非常に安定しています。
上記の分析に基づくと、炭化ケイ素は、極度の圧力がかかる用途を除くあらゆるタイプの摩耗用途に適していると言えるでしょう。さらに、炭化ケイ素はタングステンに比べて価格が低いため、より有利ですが、最終的な選択は各プロセスの好みによって異なります。
結論
炭化ケイ素と炭化タングステンにはそれぞれ独自の利点と限界があります。炭化タングステンは依然として工業用途で人気の高い選択肢ですが、炭化ケイ素はコスト効率が高く、用途が広い代替材料として注目されています。 ゴージャスな陶器 お客様のニーズに合わせた革新的なソリューションを提供することに尽力しています。今すぐお問い合わせください。お客様のプロジェクトについてご相談いただければ、当社の専門知識がお客様のプロセスをどのように向上させるかお分かりいただけます。