WC基硬质合金具有高硬度、高耐磨性和良好的高温强度等特点。作为最重要的工具材料之一，WC硬质合金一直代表着粉末冶金技术的发展水平，并在金属切削、模具、采掘、耐磨零部件和集成电路加工等领域得到了越来越广泛的应用。其中，以WC-Co系硬质合金的研究和应用最为广泛和深入，但由于Co的资源短缺，限制了其进一步应用，而且耐腐蚀性能和耐高温性能较差，难以满足恶劣条件下对工件的使用要求。为此，本文根据余瑞璜经验电子理论和前人的研究成果，设计了以Fe、Cr、Zr和B合金化的Ni3Al金属间化合物为粘结剂的WC基硬质合金(称之为WC-NiAlFeCrZrB硬质合金)，并采用高能球磨+电场活化烧结方法制备了综合性能优异的超细WC-10NiAlFeCrZrB硬质合金。此外，针对极端腐蚀性应用环境，还进一步研究了超细纯碳化钨粉末的电场活化烧结技术。主要进行了以下几个方面的研究。 根据余瑞璜经验电子理论(EET)，研究了Fe、Cr、zr等合金元素对Ni3Al金属间化合物价电子结构的影响。计算结果表明添加适量的Fe、Cr、Zr元素对Ni3Al金属间化合物的主键键能、原子状态组数、总成键能力和晶格电子密度等均有显著提高作用，因此，添加合金元素Fe、Cr和Zr可提高Ni3Al金属间化合物的强度、塑性及结构稳定性，其中Zr因会引起金属间化合物性能的各向异性，不宜过多添加。综合以上各合金元素的作用，最后选定金属间化合物粘结剂的成分为Ni-20％Al-10％Fe-8％Cr-0.5％Zr-1％B(简称NiAlFeCrZrB)。对WC/Ni3Al界面电子结构的计算结果则表明二者之间的界面结合强度高、稳定性好，且WC/Ni3Al界面对WC晶粒的粗化和异常长大有所抑制。 研究了NiAlFeCrZrB粘结剂及WC—NiAlFeCrZrB硬质合金粉末的高能球磨过程。研究显示，球磨可实现NiAlFeCrZrB粘结剂粉末的预合金化，经50h球磨后已基本转化为金属间化合物。进而研究了WC-10NiAlFeCrZrB粉末的分步球磨及整体球磨，证实球磨对WC晶粒细化作用明显，且随球磨时间增加，粘结剂对WC颗粒的包覆效果明显改善，其中以分步球磨时粘结剂的包覆效果更好。 探索了球磨方式和球磨时间对WC—10NiAlFeCrZrB电场活化烧结合金的组织和性能的影响规律。随球磨时间延长，烧结合金的微观组织变得更为均匀和细小，烧结密度基本呈现下降趋势。粉末分步球磨后所烧结的硬质合金综合性能较整体球磨优越，球磨时间和烧结参数相同时，分步球磨的WC-10NiAlFeCrZrB烧结硬质合金的密度和硬度，比整体球磨略高，而横向断裂强度提高了23.0％。 研究了烧结温度、升温速率以及烧结参数对WC—10NiAlFeCrZrB粉末电场活化烧结的样品的组织和性能的影响规律。1100℃烧结的硬质合金已经有了较高的横向断裂强度和洛氏硬度，1200℃烧结时则达到最大值，继续提高烧结温度，横向断裂强度反而会明显下降，硬度也会有所降低，WC晶粒的形状等轴度则明显变差。加快升温速率，可提高材料的致密度、硬度和横向断裂强度。提高保温时间同样可提高烧结密度、硬度和横向断裂强度，并以保温10min时综合性能最佳。长时间保温则会导致WC晶粒的平均晶粒度和最大晶粒尺寸增大，并造成形状等轴度明显下降，从而导致横向断裂强度下降。烧结温度1200℃、升温速率300℃/min、保温时间10min、分步球磨、WC球磨时间50h时，获得的WC—10NiAlFeCrZrB硬质合金的性能最优，WC的平均晶粒度、晶粒形状等轴度、密度、横向断裂强度和硬度分别达到了0.46μm、0.43、14.57g/cm3、3753MPa和92.3HRA。 揭示了烧结温度对不同颗粒尺寸纯WC粉末的电场活化烧结组织和性能的影响规律。当纯WC粉末颗粒尺寸在0.2～3.0μm范围内变化时，以0.8μm的纯WC粉末的烧结效果最佳，在1200℃的烧结温度下，已实现近全致密烧结；烧结温度升至1300℃时，烧结合金的性能最佳，硬度和横向断裂强度分别达到了2469HV和1656MPa。 研究了在相关数据较为缺乏的情况下，应用灰色建模(GM)方法预测电场活化烧结参数变化规律的实际效果。为了提高预测精度，在标准灰色建模方法中加入了增长系数等信息，得到了改进的灰色建模方法(Modified GM)。并应用改进灰色建模方法预测了电场活化烧结过程中的烧结温度，证实改进后的GM方法的预测精度显著高于标准GM方法，可将预测误差从10％以上减少至3％以下。 采用数值模拟和试验相结合的方法分析了电场活化烧结温度场的不均匀性。为了改善电场活化烧结过程中温度场的均匀性从而制备具有均匀组织和性能的块体材料，提出了进一步耦合轴向交变磁场的方法。数值模拟证实，当纯钛粉的烧结温度为1050℃时，通过耦合交变磁场，最大径向烧结温差可从141.5℃减小到35℃。