硬質合金材料當前工業(yè)合金材料重要組成部分，硬質合金材料生產是基于放電等離子球磨技術硬質合金材料采用等離子球磨制備出納米晶復合粉末。然后將所制備的上述復合粉末采用冷壓成型制成生坯，最后在真空或低壓燒結爐中一步碳化燒結合成WC-Co硬質合金塊體。這種方法通常所制備的硬質合金為高性能納米晶或超細晶合金材料。
硬質合金材料生產經(jīng)過等離子球磨W-C混合粉末約在900℃便生成WC，新型等離子球磨機可以在800℃以下實現(xiàn)WC合成，這比于常規(guī)碳熱法的碳化溫度下降300-500℃，比工業(yè)常用球磨時間縮短了幾十到上百小時。這是因為該方法協(xié)同利用機械力活化效應和等離子體活化效應，對實現(xiàn)WC化合物的合成反應極為有利。更重要的是，將等離子球磨制備的高活性W-C-Co復合粉末壓制成型，可以直接燒結得到全致密的WC-Co硬質合金塊體。
硬質合金材料更重要的是，采用等離子體球磨制備的W-C-Co粉末具有細小的層片狀結構，如圖4（a）所示；而且，這種片層結構對后續(xù)燒結生成的WC的形態(tài)具有誘導作用，使得從W-Co-C混合粉體“一步法”制備WC-Co硬質合金具有板狀WC，這也為含板狀WC的硬質合金的制備提供了一種新的方法。1000℃碳化得到的納米WC一般是截角三角形狀，平均尺寸在100-300 nm，厚度小于100 nm；當燒結溫度提高到1390℃以后，WC仍呈截角三角形狀和板狀，但明顯長大。
硬質合金材料十分有意義的是，采用一步法工藝制備出的硬質合金具有優(yōu)異的力學性能。在“碳化燒結一步法”的基礎上，通過調節(jié)等離子球磨時間，將不同球磨時間的W-C-Co混合粉末組合可以獲得板狀和棱柱狀WC雙形態(tài)組合的硬質合金。在適當?shù)陌鍫詈屠庵鶢頦C的比例時，硬質合金有更好的綜合性能。這是因為板狀WC具有較好的抗彎強度，而棱柱狀WC的存在又較好地避免了因板狀WC高度定向排列所導致的縱截面上TRS較低的問題。
硬質合金材料兩種不同形態(tài)WC的的協(xié)同作用，不僅保證了硬質合金力學性能的均勻性，而且有效的提高了綜合力學性能。例如：對于真空或低壓燒結制備的硬質合金，板狀WC百分比約為35%時，其硬度為HRA92.1，橫向斷裂強度（TRS）約為3800MPa。因此，利用等離子球磨技術開發(fā)的“碳化燒結一步法”制備WC-Co硬質合金，可以實現(xiàn)WC在多形態(tài)和多尺度上的微觀調控，有利于制備出高硬度、高強度的硬質合金。
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