Material Carbide & Kimia turunannya

Bagi sebagian besar engineer maupun ahli kimia, Carbide merupakan salah satu logam unsur yang paling banyak aplikasinya didunia manufacturing maupun dunia produk kimia cat pewarnaan. Barang yang terbuat dari besi dan karbon atau baja memang dianggap sebagai paduan terkuat di Bumi. Namun, Baja masih jauh lebih lunak daripada Tungsten, yang memegang posisi teratas sebagai logam alami terkuat yang ada dalam hal kekuatan. Tungsten Carbide merupakan bahan kedua terkeras setelah berlian.

Dalam kimia, karbida biasanya menggambarkan senyawa yang terdiri dari karbon dan logam. Dalam metalurgi, karbida atau karburisasi adalah proses untuk memproduksi lapisan karbida pada potongan logam.

Carbide merupakan senyawa yang terdiri dari karbon dan unsur yang kurang elektronegatif dan mereka dibedakan oleh ikatan kimianya (ionik, kovalen). Mereka umumnya dibuat dari logam atau oksida logam pada suhu tinggi (1500 ° C atau lebih tinggi) dengan menggabungkan logam dengan karbon. Material Carbide atau  menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia disebut dengan Karbida, dapat secara umum diklasifikasikan menurut jenis ikatan kimia sebagai berikut:

(i) seperti garam,

Karbida seperti garam terdiri dari unsur-unsur yang sangat elektropositif seperti logam alkali, logam alkali tanah, dan logam grup 3, termasuk skandium, yttrium, dan lantanum. Aluminium dari kelompok 13 membentuk karbida, tetapi galium, indium, dan talium tidak.

(ii) senyawa kovalen,

Karbida kovalen ditemukan dalam karbida silikon dan boron. Alasan kedua elemen ini membentuk karbida “kovalen” adalah karena elektronegativitas dan ukurannya yang sama dengan karbon. Karena hal ini, hubungan mereka sepenuhnya bersifat kovalen. Silikon karbida memiliki dua bentuk kristal yang serupa, yang keduanya terkait dengan struktur berlian. Boron karbida (B4C), di sisi lain, memiliki struktur yang tidak biasa yang mencakup unit boron icosahedral yang dihubungkan oleh atom karbon. Dalam hal ini, boron karbida mirip dengan borida yang kaya boron. Baik silikon karbida (juga dikenal sebagai karborundum) dan boron karbida adalah bahan yang sangat keras dan tahan api. Kedua bahan memiliki aplikasi industri yang penting.

(iii) senyawa interstitial,

Karbida interstisial menggambarkan karbida dari logam transisi grup-IV, -V, dan VI. Karbida ini bersifat logam dan tahan api. Mereka terbentuk sehingga atom-atom karbon masuk ke dalam celah oktahedral dalam kisi-kisi logam yang rapat ketika jari-jari atom logam lebih besar dari ~ 135 pm. Ketika atom logam dikemas dalam kubik-dekat (ccp), maka mengisi semua celah oktahedral dengan karbon mencapai stoikiometri 1: 1 dengan struktur garam batu. Ketika atom-atom logam tertutup rapat heksagonal, (hcp), karena celah oktahedral terletak berhadapan satu sama lain di kedua sisi lapisan atom logam, hanya mengisi salah satunya dengan karbon yang mencapai stoikiometri 2: 1. Sebagai hasil dari pengepakan, mereka cukup stabil dan memiliki titik leleh yang sangat tinggi dan hambatan listrik yang rendah.

(iv) karbida logam transisi “perantara”.

Dalam karbida logam transisi menengah, ion logam transisi lebih kecil dari 135 pm kritis, dan strukturnya tidak interstisial tetapi lebih kompleks. Beberapa stoikiometri sering terjadi. Sebagai contoh, besi membentuk sejumlah karbida: Fe3C, Fe7C3 dan Fe2C. Yang paling terkenal adalah sementit, Fe3C, yang hadir dalam baja. Karbida ini lebih reaktif daripada karbida interstitial; misalnya, karbida Cr, Mn, Fe, Co, dan Ni semuanya dihidrolisis oleh asam encer (dan kadang-kadang oleh air) untuk menghasilkan campuran hidrogen dan hidrokarbon. Senyawa-senyawa ini berbagi fitur dengan baik pengantara inert dan karbida seperti garam yang lebih reaktif.

Kompleks logam yang mengandung fragmen Cn sudah dikenal luas. Karbida molekuler ini sering memiliki gugus berpusat karbon. Beberapa logam seperti timah dan timah tidak dipercaya membentuk karbida. Contohnya termasuk kalsium karbida (CaC2), silikon karbida (SiC), tungsten karbida (WC; sering disebut, secara sederhana, karbida ketika mengacu pada perkakas mesin), dan sementit (Fe3C), masing-masing digunakan dalam aplikasi industri utama. Penamaan ion karbida tidak sistematis.

Lebih lanjut, Karbida dari logam transisi kelompok 4, 5 dan 6 (dengan pengecualian krom) sering digambarkan sebagai senyawa interstitial. Karbida ini memiliki sifat logam dan tahan api. Beberapa menunjukkan berbagai stoikiometri, mis. titanium karbida, TiC. Titanium karbida dan tungsten karbida penting bagi industri dan digunakan untuk melapisi logam dalam alat pemotong. Pandangan yang sudah lama dipegang para ahli adalah bahwa atom karbon masuk ke dalam celah oktahedral dalam kisi-kisi logam yang rapat ketika jari-jari atom logam lebih besar dari sekitar 135 pm.

Ketika atom-atom logam dikemas dalam kubik, (ccp), kemudian mengisi semua celah oktahedral dengan karbon mencapai stoikiometri 1: 1 dengan struktur garam batu.
Ketika atom-atom logam tertutup rapat heksagonal, (hcp), karena celah oktahedral terletak berhadapan secara langsung di kedua sisi lapisan atom logam, hanya mengisi salah satu dari ini dengan karbon yang mencapai stoikiometri 2: 1 dengan struktur CdI2.

Tabel berikut menunjukkan struktur sebenarnya dari logam dan karbida mereka. (NB struktur kubus yang berpusat pada tubuh yang diadopsi oleh vanadium, niobium, tantalum, kromium, molibdenum, dan tungsten bukan kisi yang padat.) Notasi “h / 2” mengacu pada struktur tipe M2C yang dijelaskan di atas, yang hanya merupakan perkiraan deskripsi struktur aktual. Pandangan sederhana bahwa kisi logam murni “menyerap” atom karbon dapat dianggap tidak benar karena pengepakan kisi atom logam pada karbida berbeda dengan pengemasan logam murni, meskipun secara teknis benar bahwa karbon atom masuk ke celah oktahedral dari kisi logam yang sangat rapat.

Metal	Structure of pure metal	Metallic radius (pm)	MC metal atom packing	MC structure	M2C metal atom packing	M2C structure	Other carbides
titanium	hcp	147	ccp	rock salt
zirconium	hcp	160	ccp	rock salt
hafnium	hcp	159	ccp	rock salt
vanadium	bcc	134	ccp	rock salt	hcp	h/2	V4C3
niobium	bcc	146	ccp	rock salt	hcp	h/2	Nb4C3
tantalum	bcc	146	ccp	rock salt	hcp	h/2	Ta4C3
chromium	bcc	128					Cr23C6, Cr3C, Cr7C3, Cr3C2
molybdenum	bcc	139		hexagonal	hcp	h/2	Mo3C2
tungsten	bcc	139		hexagonal	hcp	h/2

Untuk waktu yang lama fase-fase non-stoikiometrik diyakini tidak teratur dengan pengisian celah-celah yang acak, namun urutan jangka pendek dan panjang telah terdeteksi.

Besi membentuk sejumlah karbida, Fe3C, Fe7C3 dan Fe2C. Yang paling terkenal adalah sementit, Fe3C, yang hadir dalam baja. Karbida ini lebih reaktif daripada karbida interstitial; misalnya, karbida Cr, Mn, Fe, Co dan Ni semuanya dihidrolisis oleh asam encer dan kadang-kadang oleh air, untuk menghasilkan campuran hidrogen dan hidrokarbon. Senyawa-senyawa ini berbagi fitur dengan baik pengantara inert dan karbida seperti garam yang lebih reaktif.

Beberapa logam, seperti timah dan timah, diyakini tidak membentuk karbida dalam keadaan apa pun. Namun ada campuran titanium-timah karbida, yang merupakan konduktor dua dimensi.

Dalam industri Cutting tool, Carbide memiliki sifat yang tahan panas dan sangat keras, namun biasanya tetap menggunakan material HSS sebagai intinya. Walaupun material Carbide sangat keras, Material ini juga memiliki sifat Brittle atau mudah Pecah dan kurang elastis jika dibandingkan dengan material HSS atau High-speed Steel. Oleh sebab itulah, banyak cutting tool dengan material Carbide akan sulit jika di asah atau ditajamkan kembali jika sudah pernah tumpul atau patah mata pisaunya.

KESIMPULAN

Jika Anda berminat untuk membeli cutting tool Carbide profesional ataupun beragam alat ukur dimensi metric lainnya silahkan hubungi kami melalui chat online yang ada di pojok kanan bawah website ini atau melalui email : sales@metalextra.com Semoga bermanfaat. Wassalam!

---

Sumber: Tim Kreatif Metalextra.com, Tulisan ini merupakan opini Pribadi di media milik sendiri.

Awalnya dipublikasikan pada28 June 2020 @ 4:49 AM