Eigenschaften und Anwendung

Wolframcarbide stellen eine Verbindung von Wolfram und Kohlenstoff dar. Je nach Zusammensetzung unterscheidet man Monowolframcarbid (WC) und Diwolframcarbid (W₂C). Beim Abkühlen aus der Schmelze erhält man eine Mischung aus WC, W₂C und Kohlenstoff (Schmelzcarbid). Derartige Mischungen spielen insbesondere im (großflächigen) Verschleißschutz eine Rolle. Von besonderer technischer Bedeutung ist Monowolframcarbid. Seine auffälligsten Eigenschaften sind eine hohe Dichte und der hohe Schmelzpunkt von ca. 2600 °C, die hohe Härte sowie die metallähnlichen, hohen Werte der elektrischen und der thermischen Leitfähigkeit. Monowolframcarbid besitzt ein hexagonales Kristallgitter und weist trotz seiner hohen Härte eine gewisse Plastizität und eine hohe Bruchzähigkeit auf. An Luft oxidiert WC bei Temperaturen oberhalb von 600 °C. Für seine wirtschaftliche Bedeutung ist neben der hohen Härte bis zu ca. 1000 °C die gute Benetzung durch Metalle wie Cobalt, Nickel und Eisen von entscheidender Bedeutung.
Wolframcarbid WC wird überwiegend zur Herstellung von Hartmetallen verwendet. In jüngerer Zeit wird reines WC ohne Metallzusatz zu einer sehr verschleißfesten Keramik („binderloses Hartmetall“) verarbeitet. Da WC beim Schmelzen zerfällt, kann es nur über einen Sinterprozess (ähnlich dem Brennen von Ton) zu kompakten Teilen verarbeitet werden. Aus WC-Keramik werden abrasiv oder chemisch hoch beanspruchte Verschleißteile wie Düsen oder Werkzeuge für die Glasformgebung gefertigt. Hierbei kommen insbesondere ultrafeine bis nanokristalline WC-Pulver zum Einsatz.
 

Vorkommen und Herstellung

Wolframcarbide kommen nicht in der Natur vor. Das technisch bedeutsame Monowolframcarbid wird durch Umsetzung von pulverförmigem Wolframmetall W oder Wolframoxid mit Ruß oder Graphit bei Temperaturen zwischen etwa 1400 °C und 2000 °C in einem mit Graphit ausgekleideten Ofen gewonnen. WC fällt prinzipiell in pulverförmiger Form an. Die Partikelgröße hängt von der Größe der Ausgangsstoffe und der Prozessführung ab und lässt sich bei traditioneller Herstellung zwischen ca. 100 nm und 100 µm variieren.
Das für die WC-Produktion notwendige Wolfram kommt in der Erde vor allem in Form von Wolframaten in Wolframit und Scheelit vor. Der Wolframgehalt der Erze ist gering und liegt meist deutlich unter einem Masseprozent. Im Mittelalter störten im sächsischen Erzgebirge Wolframate als Begleiter von Zinnerzen die Zinngewinnung, indem sie bei deren Verhüttung das Zinn „wie ein Wolf auffraßen“, wie es der Freiberger Georgius Agricola beschrieb. Das mit Abstand größten W-Vorkommen ist in China. In Europa sind Abbauorte in der russischen Förderation und Österreich von Bedeutung. Auch im Erzgebirge lagern noch Wolframerze. Die weltweite Fördermenge liegt bei über 70.000 t/a.

Literatur:

1. R. Kieffer, F. Benesovsky: Hartstoffe, Wien, Springer-Verlag 1963
2. W. Schedler: Hartmetall für den Praktiker, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1988
3. V. Richter, K. Müller in: Schatt, Wieters, Kieback: Pulvermetallurgie,Technologien und Werkstoffe, Springer Verlag, 2. erweiterte Auflage 2007
4. S. Moseley, V. Richter: e-learning-Kurs Hartmetalle der EPMA
5. Sicherheitsdatenblatt "Tungsten Carbide, 99%"
6. Sicherheitsdatenblatt "Tungsten Carbide Powder"