Eigenschaften und Anwendungen von Titankarbid, Siliziumkarbid und Hartmetallmaterialien

Im Werkstoffuniversum der industriellen Fertigung sind Titankarbid (TiC), Siliziumkarbid (SiC) und Hartmetall (typischerweise auf Basis von Wolframkarbid, Kobalt usw.) drei herausragende Werkstoffe. Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften spielen sie in verschiedenen Bereichen eine zentrale Rolle. Heute werfen wir einen detaillierten Blick auf die Eigenschaftsunterschiede dieser drei Materialien und die Anwendungsgebiete, in denen sie sich besonders hervortun.

I. Ein direkter Vergleich der Materialeigenschaften

Materialtyp	Härte (Richtwert)	Dichte (g/cm³)	Verschleißfestigkeit	Hohe Temperaturbeständigkeit	Chemische Stabilität	Zähigkeit
Titankarbid (TiC)	2800 – 3200 HV	4,9 – 5,3	Hervorragend (von harten Phasen dominiert)	Stabil bei ≈1400℃	Beständig gegen Säuren und Laugen (außer stark oxidierende Säuren)	Relativ gering (Sprödigkeit ist ausgeprägter)
Siliziumkarbid (SiC)	2500 – 3000 HV (für SiC-Keramik)	3.1 – 3.2	Hervorragend (unterstützt durch kovalente Bindungsstruktur)	Stabil bei ≈1600℃ (im keramischen Zustand)	Extrem stark (beständig gegen die meisten chemischen Medien)	Mäßig (spröde im keramischen Zustand; Einzelkristalle haben Zähigkeit)
Hartmetall (WC – Co als Beispiel)	1200 – 1800HV	13 – 15 (für WC – Co-Serie)	Außergewöhnlich (WC-Hartphasen + Co-Binder)	≈800 – 1000℃ (hängt vom Co-Gehalt ab)	Beständig gegen Säuren, Laugen und abrasiven Verschleiß	Relativ gut (Co-Bindephase erhöht die Zähigkeit)

Immobilienaufschlüsselung:

• Titankarbid (TiC): Seine Härte kommt der von Diamant nahe, wodurch es zur Familie der superharten Materialien gehört. Seine hohe Dichte ermöglicht eine präzise Positionierung in Präzisionswerkzeugen, die eine „Gewichtung“ erfordern. Es ist jedoch sehr spröde und neigt bei Stößen zum Absplittern, sodass es sich besser für statische, stoßarme und verschleißfeste Schneidanwendungen eignet. Beispielsweise wird es häufig als Beschichtung auf Werkzeugen verwendet. Die TiC-Beschichtung ist superhart und verschleißfest, quasi ein „Schutzpanzer“ für Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl und Hartmetall. Beim Schneiden von Edelstahl und legiertem Stahl hält sie hohen Temperaturen stand und reduziert den Verschleiß, wodurch die Werkzeuglebensdauer deutlich verlängert wird. Beispielsweise ermöglicht die Beschichtung von Schlichtfräsern schnelles und stabiles Schneiden.
• Siliziumkarbid (SiC): Ein „Spitzenreiter in Sachen Hochtemperaturbeständigkeit“! Es kann eine stabile Leistung über 1600 °C aufrechterhalten. Im keramischen Zustand ist seine chemische Stabilität bemerkenswert und es reagiert kaum mit Säuren und Basen (mit Ausnahme einiger weniger wie Flusssäure). Sprödigkeit ist jedoch ein allgemeines Problem bei keramischen Materialien. Dennoch hat einkristallines Siliziumkarbid (wie 4H-SiC) eine verbesserte Zähigkeit und erlebt ein Comeback in Halbleitern und Hochfrequenzgeräten. Beispielsweise sind Keramikwerkzeuge auf SiC-Basis die „Spitzenschüler“ unter den Keramikwerkzeugen. Sie sind hochtemperaturbeständig und chemisch stabil. Beim Schneiden von Legierungen mit hoher Härte (wie Nickelbasislegierungen) und spröden Materialien (wie Gusseisen) neigen sie nicht zum Festfressen des Werkzeugs und verschleißen langsam. Aufgrund ihrer Sprödigkeit eignen sie sich jedoch besser zum Schlichten mit weniger Schnittunterbrechungen und hoher Präzision.
• Hartmetall (WC – Co): Ein Top-Player im Schneidbereich! Von Drehwerkzeugen bis zu CNC-Fräsern, vom Fräsen von Stahl bis zum Bohren von Stein – es ist überall zu finden. Hartmetall mit niedrigem Co-Gehalt (z. B. YG3X) eignet sich zum Schlichten, während Hartmetall mit hohem Co-Gehalt (z. B. YG8) eine gute Schlagzähigkeit aufweist und problemlos grob bearbeitet werden kann. Die WC-Hartphasen sind für die Verschleißfestigkeit verantwortlich, und das Co-Bindemittel wirkt wie ein „Kleber“, der die WC-Partikel zusammenhält und so Härte und Zähigkeit erhält. Obwohl seine Hochtemperaturbeständigkeit nicht so gut ist wie die der ersten beiden, eignet es sich dank seiner ausgewogenen Gesamtleistung für eine Vielzahl von Anwendungsfällen, vom Schneiden bis hin zu verschleißfesten Komponenten.

II. Anwendungsfelder im vollen Gange

1. Schneidwerkzeugfeld

• Titankarbid (TiC): Wird oft als Beschichtung auf Werkzeugen verwendet! Die superharte und verschleißfeste TiC-Beschichtung verleiht Schnellarbeitsstahl und Hartmetallwerkzeugen eine „Schutzpanzerung“. Beim Schneiden von Edelstahl und legiertem Stahl hält sie hohen Temperaturen stand und reduziert den Verschleiß, wodurch die Werkzeugstandzeit deutlich verlängert wird. Beispielsweise ermöglicht sie als Beschichtung von Schlichtfräsern schnelles und stabiles Schneiden.
• Siliziumkarbid (SiC): Ein „Spitzenschüler“ unter den Keramikwerkzeugen! SiC-basierte Keramikwerkzeuge zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit und chemische Stabilität aus. Beim Schneiden von hochharten Legierungen (z. B. Nickelbasislegierungen) und spröden Werkstoffen (z. B. Gusseisen) neigen sie nicht zum Festfressen und verschleißen langsam. Aufgrund ihrer Sprödigkeit eignen sie sich jedoch besser für die Endbearbeitung mit weniger Schnittunterbrechungen und hoher Präzision.
• Hartmetall (WC – Co): Ein Top-Player im Schneidbereich! Von Drehwerkzeugen bis zu CNC-Fräsern, von der Stahlbearbeitung bis zum Bohren von Steinen – es ist überall zu finden. Hartmetall mit niedrigem Co-Gehalt (z. B. YG3X) eignet sich für die Schlichtbearbeitung, während Hartmetall mit hohem Co-Gehalt (z. B. YG8) eine gute Schlagfestigkeit aufweist und die Grobbearbeitung problemlos bewältigt.

2. Verschleißfestes Bauteilfeld

• Titankarbid (TiC): Wirkt als „Verschleißschutz-Champion“ in Präzisionsformen! Beispielsweise sind TiC-Einsätze in Pulvermetallurgieformen beim Pressen von Metallpulver verschleißfest und hochpräzise. Sie stellen sicher, dass die gepressten Teile genaue Abmessungen und gute Oberflächen aufweisen und bei der Massenproduktion nicht zu „Fehlfunktionen“ neigen.
• Siliziumkarbid (SiC): Mit doppelter Verschleißfestigkeit und hoher Temperaturbeständigkeit! Rollen und Lager in Hochtemperaturöfen aus SiC-Keramik erweichen und verschleißen selbst bei Temperaturen über 1000 °C nicht. Düsen in Sandstrahlanlagen aus SiC halten dem Aufprall von Sandpartikeln stand und haben eine um ein Vielfaches längere Lebensdauer als herkömmliche Stahldüsen.
• Hartmetall (WC – Co): Ein vielseitiger, verschleißfester Experte! Hartmetallzähne in Minenbohrern zerkleinern Gestein ohne Beschädigung; Hartmetallfräser an Schildmaschinen halten Erde und Sandstein stand und bewahren selbst nach Tausenden von Metern Tunnelvortrieb ihre Ruhe. Selbst die Exzenterräder in Vibrationsmotoren von Mobiltelefonen sind auf Hartmetall angewiesen, um Verschleißfestigkeit und stabile Vibrationen zu gewährleisten.

3. Elektronik/Halbleiterbereich

• Titankarbid (TiC): Wird in einigen elektronischen Komponenten verwendet, die hohe Temperaturen und hohe Verschleißfestigkeit erfordern! Beispielsweise weist TiC in den Elektroden von Hochleistungselektronenröhren eine hohe Temperaturbeständigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit und Verschleißfestigkeit auf, was einen stabilen Betrieb in Hochtemperaturumgebungen ermöglicht und die elektronische Signalübertragung sicherstellt.
• Siliziumkarbid (SiC): Ein „neuer Favorit unter den Halbleitern“! SiC-Halbleiterbauelemente (wie SiC-Leistungsmodule) zeichnen sich durch hervorragende Hochfrequenz-, Hochspannungs- und Hochtemperatureigenschaften aus. Beim Einsatz in Elektrofahrzeugen und Photovoltaik-Wechselrichtern können sie die Effizienz deutlich steigern und das Volumen reduzieren. SiC-Wafer bilden zudem die Grundlage für die Herstellung von Hochfrequenz- und Hochtemperaturchips und werden in 5G-Basisstationen und der Avionik mit Spannung erwartet.
• Hartmetall (WC – Co): Ein Präzisionswerkzeug für die Elektronikbearbeitung! Hartmetallbohrer für Leiterplattenbohrungen können einen Durchmesser von nur 0,1 mm haben und präzise bohren, ohne leicht zu brechen. Hartmetalleinsätze in Chip-Verpackungsformen zeichnen sich durch hohe Präzision und Verschleißfestigkeit aus und gewährleisten eine präzise und stabile Verpackung der Chip-Pins.

III. Wie soll man wählen?

• Für extreme Härte und präzise Verschleißfestigkeit→ Wählen Sie Titancarbid (TiC)! Beispielsweise kann es in Präzisionsformbeschichtungen und superharten Werkzeugbeschichtungen dem Verschleiß standhalten und die Präzision beibehalten.
• Für hohe Temperaturbeständigkeit, chemische Stabilität oder Arbeiten an Halbleitern/Hochfrequenzgeräten→ Wählen Sie Siliziumkarbid (SiC)! Es ist unverzichtbar für Hochtemperatur-Ofenkomponenten und SiC-Leistungschips.
• Für eine ausgewogene Gesamtleistung, die alles vom Schneiden bis hin zu verschleißfesten Anwendungen abdeckt→ Entscheiden Sie sich für Hartmetall (WC-Co)! Es ist ein vielseitiger Werkstoff für Werkzeuge, Bohrer und verschleißfeste Teile.