امروزه کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد ترکیبی در صنایع مختلف شناخته می‌شوند. این مواد از ترکیب تنگستن، که فلزی سنگین با خواص فیزیکی و شیمیایی خاص است، با سایر عناصر یا مواد به دست می‌آیند. در این مقاله به بررسی ویژگی‌های کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن، ساختار آن‌ها و کاربردهای متنوع این نوع کامپوزیت‌ها پرداخته ایم.
1. معرفی تنگستن
تنگستن (با نماد شیمیایی W) یکی از فلزات بسیار سنگین و مقاوم در جدول تناوبی است که دارای نقطه ذوب بسیار بالایی (حدود 3422 درجه سانتی‌گراد) است. این فلز به دلیل چگالی بالا، سختی و مقاومت مکانیکی فوق‌العاده خود، در طیف وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب تنگستن با سایر مواد منجر به ایجاد کامپوزیت‌هایی می‌شود که خواص ویژه‌ای همچون استحکام بیشتر، مقاومت به حرارت بالا و مقاومت شیمیایی پیدا می‌کنند.
2. ساختار و ویژگی‌های کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن
کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن به دلیل ترکیب این فلز با مواد دیگر، خواص مکانیکی و شیمیایی منحصر به‌فردی به دست می‌آورند. ویژگی‌های برجسته این نوع کامپوزیت‌ها شامل موارد زیر است:
2.1. چگالی بالا
تنگستن یکی از سنگین‌ترین فلزات طبیعی است. این ویژگی باعث می‌شود کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن در کاربردهایی که نیاز به وزن بالا در حجم کوچک دارند، بسیار مفید باشند. به عنوان مثال، در صنایع نظامی، از این کامپوزیت‌ها برای ساخت پرتابه‌های سنگین و زره‌های مقاوم استفاده می‌شود.
2.2. مقاومت در برابر حرارت
تنگستن دارای بالاترین نقطه ذوب در بین فلزات خالص است. این خاصیت باعث می‌شود کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن برای استفاده در شرایط دمایی بسیار بالا، مانند قطعات موتورهای جت و توربین‌های گازی، ایده‌آل باشند.
مطالب بیشتر: تنگستن کارباید حفاری
2.3. مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون
کامپوزیت‌های تنگستنی به دلیل مقاومت بالای این فلز در برابر واکنش‌های شیمیایی، در محیط‌های خورنده و اکسیدکننده بسیار بادوام هستند. این خاصیت به خصوص در محیط‌های شیمیایی یا فضایی که مواد در معرض عناصر آسیب‌زا قرار دارند، بسیار مهم است.
2.4. سختی و استحکام مکانیکی بالا
یکی از دلایل اصلی استفاده از تنگستن در کامپوزیت‌ها، سختی و استحکام بسیار بالای آن است. این ویژگی باعث می‌شود که این کامپوزیت‌ها در ساخت قطعات صنعتی با طول عمر بالا و مقاومت در برابر سایش و فشارهای مکانیکی سنگین کاربرد داشته باشند.
3. کاربردهای کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن
به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد کامپوزیت‌های تنگستنی، این مواد در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این نوع کامپوزیت‌ها به شرح زیر هستند:
3.1. صنایع نظامی و دفاعی
چگالی بالای تنگستن باعث شده است که کامپوزیت‌های مبتنی بر آن در ساخت پرتابه‌ها، گلوله‌های ضد زره، و زره‌های محافظ کاربرد گسترده‌ای داشته باشند. این نوع کامپوزیت‌ها به دلیل مقاومت بالا در برابر ضربه و قابلیت نفوذ در زره‌ها، در ساخت تجهیزات نظامی مدرن استفاده می‌شوند.
3.2. صنایع هوافضا
در صنعت هوافضا، نیاز به موادی با چگالی بالا و مقاومت در برابر دمای شدید وجود دارد. کامپوزیت‌های تنگستنی به دلیل خواص حرارتی و مکانیکی عالی، در ساخت قطعات حساس مانند نواحی داغ موتورهای جت، سیستم‌های سوخت‌رسانی و شاسی هواپیماها کاربرد دارند.
3.3. صنایع پزشکی
در حوزه پزشکی، از کامپوزیت‌های تنگستنی به عنوان سپرهای محافظ در برابر پرتوهای رادیواکتیو استفاده می‌شود. به دلیل چگالی بالای تنگستن، این مواد به خوبی قادر به جلوگیری از نفوذ اشعه‌های خطرناک مانند اشعه ایکس و گاما هستند. این سپرها در تجهیزات تصویربرداری پزشکی و درمان سرطان به کار گرفته می‌شوند.
3.4. صنعت الکترونیک
تنگستن به دلیل هدایت الکتریکی مناسب و پایداری در دماهای بالا، در تولید قطعات نیمه‌هادی، قطعات الکترونیکی و سوئیچ‌های الکتریکی به کار می‌رود. همچنین در فناوری‌های پیشرفته مانند چیپ‌سازی و ساخت پردازنده‌های کامپیوتری، تنگستن و کامپوزیت‌های آن نقش مهمی ایفا می‌کنند.
3.5. صنایع خودروسازی
در صنعت خودروسازی، به ویژه برای ساخت قطعاتی که تحت فشارهای مکانیکی و حرارتی بالا قرار دارند، مانند سیستم‌های ترمز و موتور، از کامپوزیت‌های تنگستنی استفاده می‌شود. این کامپوزیت‌ها علاوه بر مقاومت به سایش، طول عمر بالایی نیز دارند.
مطالب بیشتر: تنگستن کاربید پیچ سازی
نتیجه‌گیری
کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن با توجه به ویژگی‌های منحصر به فرد این فلز، مانند چگالی بالا، مقاومت حرارتی و مکانیکی عالی، و مقاومت در برابر خوردگی، در بسیاری از صنایع حیاتی و پیشرفته جایگاه ویژه‌ای دارند. این کامپوزیت‌ها در کاربردهایی که نیاز به مواد قوی و پایدار دارند، از جمله صنایع دفاعی، هوافضا، پزشکی و الکترونیک، بسیار ارزشمند هستند. به همین دلیل، با پیشرفت فناوری و نیازهای روزافزون به مواد پیشرفته، انتظار می‌رود که کامپوزیت‌های مبتنی بر تنگستن همچنان نقش مهمی در توسعه صنعتی ایفا کنند.
تنگستن بدون اتصال از سختی بسیار بالایی برخوردار است، اما شکنندگی آن در دمای اتاق باعث می‌شود که ترک‌خورده و از کار بیفتد، زیرا تغییر شکل پلاستیک کمی دارد یا اصلاً تغییر نمی‌کند. سخت شدن فاز شکل‌پذیر با ترکیب تنگستن با مواد سیمان‌کاری انجام می‌شود. این پدیده باعث افزایش سختی در دمای بالا، دوام در برابر نیروهای خارجی، مقاومت در برابر شکستگی می‌شود اما سایش، چسبندگی، اکسیداسیون و خوردگی را کاهش می‌دهد.
کاربید تنگستن به کاربید دو ظرفیتی تنگستن تجزیه می‌شود و همچنین عیوب دوقلویی و انباشته شدن را پیدا می‌کند. برای غلبه بر این محدودیت، افزودنی‌های چسب برای جلوگیری از تجزیه و عیب‌های فوق‌الذکر ضروری است. اگرچه چگالی زیاد آن معمولاً موردنیاز است، اما در بعضی از کاربردها چگالی بالاتر مشکل‌ساز است.
در واقع، مهم‌ترین عامل در کاربردها کنترل رشد دانه است. قبل از انتخاب مواد افزودنی چسب، ملاحظات دقیق لازم است. تنگستن با استفاده از روش‌های مختلف زینتر می‌تواند انواع اتصال‌دهنده‌های مختلف را در خود جای دهد.