在刀具材料中，从综合性能、经济成本和资源利用等角度考虑，Ti（C，N）基金属陶瓷都比WC基硬质合金具有优势。因而，Ti（C，N）基金属陶瓷是刀具材料的研究重点之一。近年来发现，用粒度小于1μm的亚微、超细、纳米硬质相粉末制备或添加改性金属陶瓷，可以大大提高Ti（C，N）基金属陶瓷的使用性能。然而，现今供商业出售的Ti（C，N）粉末的粒度范围一般为0.5～2μm，因而TTi（C，N）粉末的细化已成为当今Ti（C，N）基金属陶瓷领域的研究焦点之一。本文在分析现有Ti（C，N）粉末制备法的基础上，首先以锐钛型纳米TiO₂和纳米碳黑为原料，通过低成本的碳热还原氮化法制备Ti（C，N）。为进一步促进TiO₂碳热氮化反应和合成纳米产物，结合高能球磨，在Ti（C，N）粉体制备中首次提出“机械激活”与“多重激活”等创新思路，并对其展开了研究。用X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、热重分析法（TGA）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等分析手段对机械球磨和反应过程及产物进行研究。TiO₂碳热氮化反应过程的机理目前尚不甚清楚，因此对其进行了研究。结果表明，该过程可分为三个连续阶段：第1阶段为TiO₂的碳热还原，生成物为一系列中间钛氧化物Ti_nO_2n-1，此阶段反应速率从慢到快；第Ⅱ阶段为Ti₂O₃的碳氮化反应或Ti₃O₅的氮化反应，生成物为Ti（C，N，O）或Ti（N，O），该阶段反应速率最快；第Ⅲ阶段为Ti（C，N，O）或Ti（N，O）与非金属原子C、N之间的置换反应，最终形成Ti（C，N），这一阶段反应速率最慢。研究也发现，氮气量对反应顺序有重要影响。当密闭反应系统有足够N₂时为：Anatase→Rutile→Ti_nO_2n-1（n>10）→Ti_nO_2n-1（10≥n≥4）→Ti₃O₅→Ti（N，O）→TiN→Ti（C，N）；反之，则为：Anatase→Rutile→Ti_nO_2n-1（n>10）→Ti_nO_2n-1（10≥n≥4）→Ti₃O₅→{Ti（N，O） Ti₂O₃→Ti（C，O）}→Ti（C，N，O）→Ti（C，N），此现象与热力学分析结果相一致。本文以锐钛型纳米TiO₂和纳米碳黑为原料，通过碳热还原氮化法，制备出了粒度在0.5μm左右的Ti（C，N）粉体。为合成粒度更细的Ti（C，N），特地在碳热氮化反应前，利用高能球磨预先对纳米原料进行一定程度机械激活。结果显示，通过活化纳米TiO₂和纳米碳黑原料的碳热氮化反应，可以合成平均粒度小于100nm的Ti（C，N）粉体。研究表明，较短时间机械激活反应物，就可导致TiO₂碳热氮化形成Ti（C，N）的初始温度从1300℃下降至1150℃，反应时间从4h缩短到2h。原因在于机械力导致原料结构变化、晶粒细化、纳米级的均匀混合等，这些改变会改善原料的反应活性，提高TiO₂碳热氮化反应的驱动力和扩散能力，进而会增加Ti（C，N）的形核率。然而，机械球磨没有改变TiO₂碳热氮化制备Ti（C，N）的反应顺序。为在更低碳热氮化反应温度，甚至是室温直接制备纳米Ti（C，N），本文提出首先向锐钛型纳米TiO₂和纳米碳黑原料中加入一定量金属Ti粉，然后在N₂/Ar气氛中机械球磨原料混合物合成纳米Ti（C，N）的创新方法。结果表明，由于实验所用40h球磨时间相对较短，因而在机械球磨过程中原料尚未完全反应生成Ti（C，N）。但是，40h球磨料中有C-N化学键出现，这说明机械球磨可能已引起C、N原子在原子层面上的某种程度结合。对40h球磨料的后续热处理发现，TiO₂碳热氮化反应温度在单纯机械激活原料的基础上进一步下降了200℃，反应时间缩短了1h，同时也合成粒度了在100nm以下的Ti（C，N）粉体。主要原因为Ti-C-N₂系反应是强放热反应，在球磨或后续热处理中，该反应放出的热量会加速TiO₂碳热氮化吸热反应的进行。此外，机械球磨导致后续热处理形成Ti（C，N）固溶体的激活能得以下降也是一个重要因素。合成混合均匀、粒度尽可能小的Ti（C，N）-Al₂O₃复合粉末，是制备硬度更高、耐磨性更好的Ti（C，N）-Al₂O₃复合金属陶瓷所必需的。本文在N₂/Ar气氛里反应球磨锐钛型纳米TiO₂、微米级Al粉和纳米碳黑的混合粉末40h，再经1100℃热处理1h，最后制备了平均粒度在0.5μm之下的纳米晶Ti（C，N）-Al₂O₃超细复合粉体。研究表明，机械球磨过程中部分原料反应生成TiN（或TiC）和Al₂O₃。同时，机械力也导致部分C原子与N原子在原子层面上的结合。由于机械球磨的活化作用，在后续热处理中，800℃以下剩余原料就基本反应完毕。