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[摘要]随着科技的不断进步，人们对工具材料要求越来越高，WC-Co硬质合金逐步吸引大家的目光，伴随着纳米复合技术及相关材料的发展又给硬质合金新鲜的活力，使硬质合金在根本上实现“双高”，即高强度高硬度。由于烧结技术的的限制，到现在为止世界上还没有哪一个公司能够出产硬质合金晶粒度小于200-500纳米的，主要是受限于烧结技术，所以各国的科研者都在往晶体生长抑制剂，纳米粉末制备，烧结技术三个方面研究。
[关键词]烧结技术硬质合金晶体生长抑制剂
中图分类号：V1 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）31―0609―01
1硬质合金的性能及应用
以一些熔点高的金属化合物为主要原料以铁族元素作为粘结剂在冶炼技术上使用粉末冶金而创造的一种硬质材料就是硬质合金。在现代的一些工艺产品，化工产品和建筑等方面都非常看好硬质合金。在耐高温、耐腐蚀材料、工具材料和耐磨材料中拥有非常重要的地位。这些金属化合物熔点高，主要是化学元素中的一些过渡元素。包括硅化物和氮化物和碳化物和硼化物。它们在一般情况下都不会和金属粘结剂起反应，这主要是因为这些化合物硬度高，熔点高，化学性能稳定而且其本身结构的物理性也非常好。在现代的耐高温、耐腐蚀材料、工具材料和耐磨材料中拥有非常重要的地位。
硬质合金具有的基本待点有：硬质合金还有较高的弹性模量；硬质合金抗压强度相当高；硬质合金同时也具有相当稳定的化学性质；硬质合金抗冲击、韧性、热膨胀系数很低；硬质合金的导热系数、导电系数和铁及其合金差不多。
超细晶粒的WC硬质合金一般被用于制作木工工具、牙钻和难加工材料刀具、点阵打印计、印刷电路板用微型钻头、精密模具整体孔和加工刀具等。
2 WC-Co硬质合金烧结过程和机理
2.1硬质合金的烧结过程
烧结是生产致密材料非常重要的一个步骤，烧结可以使硬质合金材料具有既定的结构和稳定的性质，起到一个塑造的作用。
在物质烧结中的状态，粉末的烧结原理科学划分为固相烧结和液相烧结。固相烧结是说在烧结的一般过程中所有的成分相都是固态的，这些粉末的流动性比较差，从而抑制了晶粒的粗化，这样就容易造成粉末固化不够，致密度不足。所以，这种烧结也就是一个典型例子对的液相烧结。在液相烧结时，随着WC晶粒的长大，和其它液相烧结系统相比较，常常更加容易受到限制。这对于硬质合金WC晶粒是否能够形成刚性构架的问题曾有过争议。这是因为硬质合金组织中的碳化钨晶粒几乎是矩形和三角形的，并不是圆形的。很显然，单晶体与液相钻之间的界面能是相向而行的。另外，从烧结温度的冷却到室温的过程中，大部分溶解在液相钻中的钨和碳，必沉淀在已经存在的晶粒上。所以不规则和形状的碳化钨粒子在通过溶解和析出的过程中重结晶。并且，根据结晶学的惯习面上形成一种低能状态，最后产生聚结。在WC硬质合金组织存在于烧结温度时，只能说是反应的逐步进行的过程。我们不希望聚结现象的发生，这是由于聚结会让硬质合金组织结构的强度和硬度降低。
2.2 WC-Co硬质合金的烧结致密化驱动力
当前科学界普遍认为WC-Co硬质合金的烧结致密化驱动力基本上是两个方面：一个是界面能的下降，另一个二是毛细管的压力。在液相烧结过程，毛细管压力加速了体系的溶解析出进程，加快了合金的进一步致密。溶解后析出小颗粒就是的WC中由于具有非常高的溶解势能从而溶解到液相当中，而相对粗大晶粒就靠从液相当中溶解析出的WC聚大。
硬质合金烧结过程基本上可以看作是两个物质相互结合的阶段。而致密化过程：包括固界面与固/气/固界面被低能量的固界面与固/气/固界面代替。对于WC晶粒壮大过程：包括平直的低能量的界面形成。后者是控制WC-Co硬质合金晶粒大小度是非常重要的。
2.3超细WC-Co和亚微细合金的烧结机理
在致密化的过程和晶粒不断长大的过程中，硬质合金中的普通晶粒和烧结晶粒之间又有一些区别，普通硬质合金烧结通常在WC-Co共晶温度13200摄氏度以上。其致密化开始温度一般在12800摄氏度左右。
3晶粒生长抑制剂
据研究，硬质合金的烧结体的晶粒越小，硬度越高，其材料的断裂强度也伴随着硬度的增大而增大。所以为了增大硬质合金的硬度和强度，必须采用适当的方法来抑制烧结过程中的晶粒聚变壮大，本文采用通过添加抑制剂的方法来达到这一目的。
粉末烧结过程中经常采用的抑制剂有：VC、Mo2C、Cr3C2等。而添加抑制剂的方法也经常分为单一添加，添加一种和几种抑制剂经过相关比例混合组成的复合抑制剂，当前还有一些研究者把单一的或者复合的抑制剂在液相当中溶解，形成相对的固溶性的抑制剂母体。
当前，经研究认为硬质合金的晶粒聚合的原因主要有：在固相烧结的进程中
WC颗粒因为扩散作用的影响晶粒之间的接触面积增大而使晶粒聚合，晶体在液相中被重新结晶，比较大的晶粒持续长大，这根本上就是一个溶解与析出的化学反应过程。不同的抑制剂的添加方式一样会影响抑制效果，一般采用的方法就是将抑晶碳化物加入WC-Co粉末中进行湿磨，混合均匀后然后烧结，可是这种方法的不足就在于抑制剂在粉末过程中分布不均匀，就会导致烧结后的材料晶粒度分布不均匀。添加抑制剂的方式和加入形式一般是将抑制剂以盐的形式与起始原料混合成可溶性或兼容的盐复合物水溶液，再经过喷雾干燥或经过热解还原碳化。
参考文献
[1] 曹顺华，林信平，李炯义一种新型晶粒长大抑制剂对纳米硬质合金烧结行为的影响.稀有金属与硬质合金，2004，23（5）：5-6
[2] 龙坚战，李宁，蒋显全，等.硬质合金的磁学性能研究.硬质合金，2004，32（6）：118-121
[3] 钱开友，王兴庆，何宝山，等.碳含量对纳米硬质合金组织和性能的影响.上海人学学报（白然科学版），2002，8（6）：411-432
[4] 刘寿荣，宋俊亭，郝建明，等.WC-C。硬质合金的相转变.硬质合金，2001，21（5）：213-217
[5] 刘永福.硬质合金的烧结气氛及其控制.硬质合金，1996， 9（4）： 213-219
[6] 刘永铭.纳米硬质合金刀具材料烧结技术研究.2004，23（5）：11-15
作者简介
鲍立强（1977•3）男、民族汉，籍贯甘肃省静宁县、2001年毕业于武汉理工东北大学材料科学与工专业，现供职于苏州新锐合金工具股份有限公司制造部粉末冶金厂厂长、学位本科、研究方向硬质合金生产与制造。
[关键词]烧结技术硬质合金晶体生长抑制剂
中图分类号：V1 文献标识码：V 文章编号：1009―914X（2013）31―0609―01
1硬质合金的性能及应用
以一些熔点高的金属化合物为主要原料以铁族元素作为粘结剂在冶炼技术上使用粉末冶金而创造的一种硬质材料就是硬质合金。在现代的一些工艺产品，化工产品和建筑等方面都非常看好硬质合金。在耐高温、耐腐蚀材料、工具材料和耐磨材料中拥有非常重要的地位。这些金属化合物熔点高，主要是化学元素中的一些过渡元素。包括硅化物和氮化物和碳化物和硼化物。它们在一般情况下都不会和金属粘结剂起反应，这主要是因为这些化合物硬度高，熔点高，化学性能稳定而且其本身结构的物理性也非常好。在现代的耐高温、耐腐蚀材料、工具材料和耐磨材料中拥有非常重要的地位。
硬质合金具有的基本待点有：硬质合金还有较高的弹性模量；硬质合金抗压强度相当高；硬质合金同时也具有相当稳定的化学性质；硬质合金抗冲击、韧性、热膨胀系数很低；硬质合金的导热系数、导电系数和铁及其合金差不多。
超细晶粒的WC硬质合金一般被用于制作木工工具、牙钻和难加工材料刀具、点阵打印计、印刷电路板用微型钻头、精密模具整体孔和加工刀具等。
2 WC-Co硬质合金烧结过程和机理
2.1硬质合金的烧结过程
烧结是生产致密材料非常重要的一个步骤，烧结可以使硬质合金材料具有既定的结构和稳定的性质，起到一个塑造的作用。
在物质烧结中的状态，粉末的烧结原理科学划分为固相烧结和液相烧结。固相烧结是说在烧结的一般过程中所有的成分相都是固态的，这些粉末的流动性比较差，从而抑制了晶粒的粗化，这样就容易造成粉末固化不够，致密度不足。所以，这种烧结也就是一个典型例子对的液相烧结。在液相烧结时，随着WC晶粒的长大，和其它液相烧结系统相比较，常常更加容易受到限制。这对于硬质合金WC晶粒是否能够形成刚性构架的问题曾有过争议。这是因为硬质合金组织中的碳化钨晶粒几乎是矩形和三角形的，并不是圆形的。很显然，单晶体与液相钻之间的界面能是相向而行的。另外，从烧结温度的冷却到室温的过程中，大部分溶解在液相钻中的钨和碳，必沉淀在已经存在的晶粒上。所以不规则和形状的碳化钨粒子在通过溶解和析出的过程中重结晶。并且，根据结晶学的惯习面上形成一种低能状态，最后产生聚结。在WC硬质合金组织存在于烧结温度时，只能说是反应的逐步进行的过程。我们不希望聚结现象的发生，这是由于聚结会让硬质合金组织结构的强度和硬度降低。
2.2 WC-Co硬质合金的烧结致密化驱动力
当前科学界普遍认为WC-Co硬质合金的烧结致密化驱动力基本上是两个方面：一个是界面能的下降，另一个二是毛细管的压力。在液相烧结过程，毛细管压力加速了体系的溶解析出进程，加快了合金的进一步致密。溶解后析出小颗粒就是的WC中由于具有非常高的溶解势能从而溶解到液相当中，而相对粗大晶粒就靠从液相当中溶解析出的WC聚大。
硬质合金烧结过程基本上可以看作是两个物质相互结合的阶段。而致密化过程：包括固界面与固/气/固界面被低能量的固界面与固/气/固界面代替。对于WC晶粒壮大过程：包括平直的低能量的界面形成。后者是控制WC-Co硬质合金晶粒大小度是非常重要的。
2.3超细WC-Co和亚微细合金的烧结机理
在致密化的过程和晶粒不断长大的过程中，硬质合金中的普通晶粒和烧结晶粒之间又有一些区别，普通硬质合金烧结通常在WC-Co共晶温度13200摄氏度以上。其致密化开始温度一般在12800摄氏度左右。
3晶粒生长抑制剂
据研究，硬质合金的烧结体的晶粒越小，硬度越高，其材料的断裂强度也伴随着硬度的增大而增大。所以为了增大硬质合金的硬度和强度，必须采用适当的方法来抑制烧结过程中的晶粒聚变壮大，本文采用通过添加抑制剂的方法来达到这一目的。
粉末烧结过程中经常采用的抑制剂有：VC、Mo2C、Cr3C2等。而添加抑制剂的方法也经常分为单一添加，添加一种和几种抑制剂经过相关比例混合组成的复合抑制剂，当前还有一些研究者把单一的或者复合的抑制剂在液相当中溶解，形成相对的固溶性的抑制剂母体。
当前，经研究认为硬质合金的晶粒聚合的原因主要有：在固相烧结的进程中
WC颗粒因为扩散作用的影响晶粒之间的接触面积增大而使晶粒聚合，晶体在液相中被重新结晶，比较大的晶粒持续长大，这根本上就是一个溶解与析出的化学反应过程。不同的抑制剂的添加方式一样会影响抑制效果，一般采用的方法就是将抑晶碳化物加入WC-Co粉末中进行湿磨，混合均匀后然后烧结，可是这种方法的不足就在于抑制剂在粉末过程中分布不均匀，就会导致烧结后的材料晶粒度分布不均匀。添加抑制剂的方式和加入形式一般是将抑制剂以盐的形式与起始原料混合成可溶性或兼容的盐复合物水溶液，再经过喷雾干燥或经过热解还原碳化。
参考文献
[1] 曹顺华，林信平，李炯义一种新型晶粒长大抑制剂对纳米硬质合金烧结行为的影响.稀有金属与硬质合金，2004，23（5）：5-6
[2] 龙坚战，李宁，蒋显全，等.硬质合金的磁学性能研究.硬质合金，2004，32（6）：118-121
[3] 钱开友，王兴庆，何宝山，等.碳含量对纳米硬质合金组织和性能的影响.上海人学学报（白然科学版），2002，8（6）：411-432
[4] 刘寿荣，宋俊亭，郝建明，等.WC-C。硬质合金的相转变.硬质合金，2001，21（5）：213-217
[5] 刘永福.硬质合金的烧结气氛及其控制.硬质合金，1996， 9（4）： 213-219
[6] 刘永铭.纳米硬质合金刀具材料烧结技术研究.2004，23（5）：11-15
作者简介
鲍立强（1977•3）男、民族汉，籍贯甘肃省静宁县、2001年毕业于武汉理工东北大学材料科学与工专业，现供职于苏州新锐合金工具股份有限公司制造部粉末冶金厂厂长、学位本科、研究方向硬质合金生产与制造。