Thermal conductivity of cemented carbides

Abstract

Hard-metals are powder metallurgical composites made from carbides or carbonitrides of refractories with minor amounts of a ductile binder phase. Their thermal conductivity is very important as concerns their behaviour under thermomechanical loading in use. For practicable and quick measurement, a stationary method and a non-stationary one were introduced. The experimental results show that the thermal conductivity of hard-metals varies over the wide range between 10 and 100 Wdeg⁻¹m⁻¹, mainly reflecting the nature of the hard phase and its defect structure. The dependences on the position of the refractory in the Periodic Table and on the stoichiometry are discussed. For hard-metals based on titanium carbide, the thermal conductivity is proportional to the electrical one, i.e. the Wiedemann-Franz law holds with a modified Lorentz factor.

Zusammenfassung

Hartmetalle sind pulvermetallurgisch hergestellte Verbundwerkstoffe aus Carbiden oder Carbonitriden mit geringen Mengen eines duktilen Bindemittels. Ihre Wärmeleitfähigkeit ist von grosser Bedeutung für das Verhalten unter thermomechanischer Belastung bei ihrem Einsatz. Zur einfachen und schnellen Messung werden eine stationäre und eine instationäre Methode aufgebaut. Experimentell wurde festgestellt, dass die Wärmeleitfähigkeit der Hartmetalle im bereich 10–100 W K⁻¹m⁻¹ variieren kann, in Abhängigkeit von der Natur der harten Phase und ihrer Defektstruktur. Der Einfluss der Stellung der Metallkomponente im Periodischen System und der Stöchiometrie wird diskutiert. Die Wärmeleitfähigkeit von Hartmetallen auf Titancarbidbasis ist proportional ihrer elektrischen Leitfähigkeit, das heisst das Wiedemann-Franz'sche Gesetz gilt mit einem modifizierten Lorentz-Faktor.

Резуме

Тугоплавкие металлы являются порошкообразными ме таллургическими ком позитами, получаемые из огнеуп орных карбидов или ка рбонитридов с незначительными до бавками пластичных присадок. Термическая проводи мость является важной хара ктеристикой их повед ения при термомеханическ ой нагрузке. Для ее пра ктического и быстрого измерения установлены стационарный и один н е стационарный метод. Экспериментальные р езультаты показали, что термопроводимос ть тугоплавких метал лов изменяется в широкой области значений от 10 д о 100 В/К⁻¹ м⁻¹, отражая тип т вердой фазы и дефекты ее структуры. Обсуждена зависимость между положением тугоплав ких металлов в период ической таблице элементов и с техиометрией твердых металлов. Для тугоплавких металло в на основе карбида титана термо проводность пропорц иональна электрической, т.е. под чиняется закону Виде мана-Франца с измененным числом Лоренпа.