Características y aplicaciones de los materiales de carburo de titanio, carburo de silicio y carburo cementado

En el mundo de los materiales de la fabricación industrial, el carburo de titanio (TiC), el carburo de silicio (SiC) y el carburo cementado (generalmente basado en carburo de tungsteno, cobalto, etc.) son tres materiales estrella. Gracias a sus propiedades únicas, desempeñan un papel fundamental en diversos campos. Hoy analizaremos en profundidad las diferencias de propiedades entre estos tres materiales y los escenarios en los que destacan.

I. Una comparación directa de las propiedades del material

Tipo de material	Dureza (valor de referencia)	Densidad (g/cm³)	Resistencia al desgaste	Resistencia a altas temperaturas	Estabilidad química	Tenacidad
Carburo de titanio (TiC)	2800 – 3200 HV	4.9 – 5.3	Excelente (dominado por fases difíciles)	Estable a ≈1400℃	Resistente a ácidos y álcalis (excepto ácidos oxidantes fuertes)	Relativamente baja (la fragilidad es más prominente)
Carburo de silicio (SiC)	2500 – 3000 HV (para cerámica de SiC)	3.1 – 3.2	Sobresaliente (reforzado por la estructura de enlace covalente)	Estable a ≈1600℃ (en estado cerámico)	Extremadamente fuerte (resistente a la mayoría de los medios químicos)	Moderado (frágil en estado cerámico; los monocristales tienen tenacidad)
Carburo cementado (WC – Co como ejemplo)	1200 – 1800 HV	13 – 15 (para la serie WC – Co)	Excepcional (fases duras WC + aglutinante Co)	≈800 – 1000℃ (depende del contenido de Co)	Resistente a ácidos, álcalis y desgaste abrasivo.	Relativamente bueno (la fase aglutinante de Co mejora la tenacidad)

Desglose de la propiedad:

• Carburo de titanio (TiC)Su dureza es similar a la del diamante, lo que lo convierte en un material superduro. Su alta densidad permite un posicionamiento preciso en herramientas de precisión que requieren contrapeso. Sin embargo, presenta una alta fragilidad y es propenso a astillarse con el impacto, por lo que es más adecuado para cortes estáticos de bajo impacto y resistentes al desgaste. Por ejemplo, se utiliza a menudo como recubrimiento en herramientas. El recubrimiento de TiC es superduro y resistente al desgaste, como si se tratara de una armadura protectora en herramientas de acero rápido y carburo cementado. Al cortar acero inoxidable y acero aleado, soporta altas temperaturas y reduce el desgaste, prolongando significativamente la vida útil de la herramienta. Por ejemplo, en el recubrimiento de fresas de acabado, permite un corte rápido y estable.
• Carburo de silicio (SiC): ¡Un "máximo rendimiento en resistencia a altas temperaturas"! Puede mantener un rendimiento estable por encima de 1600 ℃. En el estado cerámico, su estabilidad química es notable y apenas reacciona con ácidos y álcalis (excepto algunos como el ácido fluorhídrico). Sin embargo, la fragilidad es un problema común para los materiales cerámicos. No obstante, el carburo de silicio monocristalino (como 4H - SiC) ha mejorado la tenacidad y está regresando a los semiconductores y dispositivos de alta frecuencia. Por ejemplo, las herramientas cerámicas basadas en SiC son "los mejores estudiantes" entre las herramientas cerámicas. Tienen resistencia a altas temperaturas y estabilidad química. Al cortar aleaciones de alta dureza (como aleaciones basadas en níquel) y materiales frágiles (como hierro fundido), no son propensas a atascarse y tienen un desgaste lento. Sin embargo, debido a la fragilidad, son más adecuadas para el acabado con cortes menos interrumpidos y alta precisión.
• Carburo cementado (WC – Co)¡Un producto de primera línea en el sector del corte! Desde herramientas de torno hasta fresas CNC, desde fresado de acero hasta perforación de piedra, se encuentra en todas partes. El carburo cementado con bajo contenido de Co (como el YG3X) es adecuado para el acabado, mientras que el de alto contenido de Co (como el YG8) ofrece buena resistencia al impacto y soporta fácilmente el mecanizado en desbaste. Las fases duras de WC son responsables de la resistencia al desgaste, y el aglutinante de Co actúa como un pegamento para mantener unidas las partículas de WC, manteniendo así tanto la dureza como la tenacidad. Aunque su resistencia a altas temperaturas no es tan buena como la de los dos primeros, su equilibrado rendimiento general lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones, desde el corte hasta componentes resistentes al desgaste.

II. Campos de aplicación en pleno desarrollo

1. Campo de herramientas de corte

• Carburo de titanio (TiC)¡A menudo se utiliza como recubrimiento en herramientas! El recubrimiento de TiC, superduro y resistente al desgaste, proporciona una "armadura protectora" a las herramientas de acero rápido y carburo cementado. Al cortar acero inoxidable y acero aleado, soporta altas temperaturas y reduce el desgaste, prolongando significativamente la vida útil de la herramienta. Por ejemplo, en el recubrimiento de fresas de acabado, permite un corte rápido y estable.
• Carburo de silicio (SiC)¡Una de las mejores herramientas cerámicas! Las herramientas cerámicas a base de SiC ofrecen resistencia a altas temperaturas y estabilidad química. Al cortar aleaciones de alta dureza (como las aleaciones a base de níquel) y materiales frágiles (como la fundición), no son propensas a atascarse y presentan un desgaste lento. Sin embargo, debido a su fragilidad, son más adecuadas para acabados con cortes menos interrumpidos y alta precisión.
• Carburo cementado (WC – Co)¡Un referente en el sector del corte! Desde herramientas de torno hasta fresas CNC, desde fresado de acero hasta perforación de piedra, se encuentra en todas partes. El carburo cementado con bajo contenido de Co (como el YG3X) es adecuado para el acabado, mientras que el de alto contenido de Co (como el YG8) ofrece buena resistencia al impacto y se adapta fácilmente al mecanizado en desbaste.

2. Campo de componentes resistentes al desgaste

• Carburo de titanio (TiC)¡Actúa como un campeón en resistencia al desgaste en moldes de precisión! Por ejemplo, en moldes de pulvimetalurgia, al prensar polvo metálico, los insertos de TiC son resistentes al desgaste y de alta precisión, lo que garantiza que las piezas prensadas tengan dimensiones precisas y superficies impecables, y no sean propensas a fallas durante la producción en masa.
• Carburo de silicio (SiC)¡Dotado de doble pulido para mayor resistencia al desgaste y a altas temperaturas! Los rodillos y rodamientos de los hornos de alta temperatura fabricados con cerámica de SiC no se ablandan ni se desgastan, incluso a temperaturas superiores a 1000 °C. Además, las boquillas de los equipos de arenado de SiC resisten el impacto de partículas de arena y su vida útil es mucho mayor que la de las boquillas de acero convencionales.
• Carburo cementado (WC – Co)¡Un experto versátil y resistente al desgaste! Los dientes de carburo cementado de las brocas mineras pueden triturar rocas sin dañarlas; las fresas de carburo cementado de las máquinas herramienta con escudo resisten la tierra y la arenisca, y mantienen su estabilidad incluso después de excavar túneles de miles de metros. Incluso las ruedas excéntricas de los motores de vibración de los teléfonos móviles utilizan carburo cementado para resistir el desgaste y garantizar una vibración estable.

3. Campo de la electrónica/semiconductores

• Carburo de titanio (TiC)Aparece en algunos componentes electrónicos que requieren alta resistencia a la temperatura y al desgaste. Por ejemplo, en los electrodos de tubos electrónicos de alta potencia, el TiC presenta resistencia a altas temperaturas, buena conductividad eléctrica y resistencia al desgaste, lo que permite un funcionamiento estable en entornos de alta temperatura y garantiza la transmisión de señales electrónicas.
• Carburo de silicio (SiC)¡Un nuevo favorito en semiconductores! Los dispositivos semiconductores de SiC (como los módulos de potencia de SiC) ofrecen un excelente rendimiento en alta frecuencia, alto voltaje y alta temperatura. Al utilizarse en vehículos eléctricos e inversores fotovoltaicos, pueden mejorar significativamente la eficiencia y reducir el volumen. Además, las obleas de SiC son la base para la fabricación de chips de alta frecuencia y alta temperatura, y son muy esperadas en estaciones base 5G y aviónica.
• Carburo cementado (WC – Co)¡Una herramienta de precisión en el procesamiento electrónico! Las brocas de carburo cementado para taladrar PCB pueden tener un diámetro de tan solo 0,1 mm y perforar con precisión sin romperse fácilmente. Los insertos de carburo cementado en moldes de empaquetado de chips ofrecen alta precisión y resistencia al desgaste, lo que garantiza un empaquetado preciso y estable de los pines del chip.

III. ¿Cómo elegir?

• Para una dureza extrema y una resistencia al desgaste precisa.→ ¡Elija carburo de titanio (TiC)! Por ejemplo, en recubrimientos de moldes de precisión y recubrimientos de herramientas superduros, puede resistir el desgaste y mantener la precisión.
• Para resistencia a altas temperaturas, estabilidad química o para trabajar con semiconductores/dispositivos de alta frecuencia.→ ¡Elija carburo de silicio (SiC)! Es indispensable para componentes de hornos de alta temperatura y chips de potencia de SiC.
• Para un rendimiento general equilibrado, que abarca todo, desde el corte hasta las aplicaciones resistentes al desgaste.→ ¡Elija carburo cementado (WC-Co)! Es un producto versátil que abarca herramientas, brocas y piezas resistentes al desgaste.