炭化タングステン

炭化タングステン（たんかタングステン）

炭化タングステン（英: tungsten carbide, 化学式：WC）は、タングステンと炭素から成る無機化合物です。この化合物は、工業用途で非常に重要であり、特にその高い硬度と優れた剛性が評価されています。タングステン原子と炭素原子が等モル量で結合しており、一般的に「タングステンカーバイド」と呼ばれることもあります。

基本特性

炭化タングステンは、ヤング率が約550 GPaに達し、これは鋼の約2倍に相当します。このため、炭化タングステンは鋼やチタンよりもはるかに剛性が高いことと、硬度においても灰色のα-酸化アルミニウム（サファイアやルビー）と同等の特性を持つことが特徴です。炭化タングステンの基本的な形状は粉末であり、主にウエハや刃物などの工業部品の製造に広く使用されています。

工業利用

産業機械の部品や工具製造のため、炭化タングステンは微粉末化され、粉末冶金法によってバインダー（通常はコバルトなど）とともに高圧で成形され、焼結されます。この過程で得られる材料は「超硬合金」と呼ばれ、非常に高い耐摩耗性を持ちます。特に、超硬合金は研磨加工において窒化ホウ素やダイヤモンドといった高硬度材料が用いられます。

最近では、金属3Dプリンティング技術の進展により、炭化タングステンの加工技術も新たな展開を見せています。2018年頃から、この技術を利用して新しい形状の工具や部品を製造することが可能になってきています。このような繊細な加工技術は、従来の製造方法では実現できなかった複雑な形状の部品を生産する手段となりつつあります。

天然の炭化タングステン

歴史的には、中国のチベット自治区山南市チュスム県で天然の炭化タングステンが発見され、2007年にはこの地名にちなんで「Qusongite」（クソング鉱）として正式に認識されています。この発見は、炭化タングステンの供給源としての重要性を示しており、今後の採掘や利用方法において注目されています。

合成方法

炭化タングステンの合成は、1400℃から2000℃の高温下でタングステンと炭素が反応することで行われます。また、酸化タングステン(VI)と一酸化炭素や二酸化炭素の混合ガスと水素ガスを用いた流動層法では、900℃から1200℃の条件でも合成が可能です。さらに、670℃の水素雰囲気下での反応や化学気相成長法など、複数の方法が存在します。これらの方法により、合成過程において効率的に高純度の炭化タングステンが生成されます。

健康への影響

一方、炭化タングステンには注意が必要な側面もあります。特に、粉末を吸引した場合の健康リスクとして、線維症の発症が挙げられます。また、炭化タングステンとコバルトの合金に対する環境は、国際がん研究機関（IARC）によって発がん性の可能性があるとされています。米国国家毒性プログラムでも、これらの合金が持つ発がん性についての研究結果が示されています。公衆衛生への影響を考慮することは、炭化タングステンの取り扱いや利用において重要です。

このように、炭化タングステンはその優れた特性から幅広く利用される一方で、健康面におけるリスクも認識されているため、取り扱いに際しての注意が必要です。

もう一度検索