1 納米晶硬質(zhì)合金顯微組織和力學(xué)性能

1. 顯微組織
   
   納米晶硬質(zhì)合金的顯微組織非常細(xì)小，決定了其優(yōu)良的力學(xué)性能。但由于納米粉末的制備方法、燒結(jié)工藝不同。其顯微組織也各不相同。Jia等在1350℃燒結(jié)用噴霧轉(zhuǎn)化法制備的納米WC-Co粉末，得到納米硬質(zhì)合金WC晶粒尺寸約為70 nm，其晶粒的邊界與普通的硬質(zhì)合金相同，同樣是平直的邊界。但其位錯(cuò)密度反而明顯少于普通的硬質(zhì)合金。用不同的制備方法來制備的納米硬質(zhì)合金粉末，其粉末的顯微結(jié)構(gòu)有很大的不同，如采用化學(xué)法合成與機(jī)械球磨方法合成的WC/Co粉末，尤其是機(jī)械球磨使晶粒發(fā)生較大的變形，而且堆積大量的位錯(cuò)。盡管燒結(jié)時(shí)位錯(cuò)大部分消除，但仍然有很高的位能。
   
   
2. 力學(xué)性能
   
   隨著粘結(jié)相自由程的減小，硬質(zhì)合金的維氏硬度顯著提高:當(dāng)鈷粘結(jié)相平均自由程為30 mn時(shí)，其維氏硬度高達(dá)2300kg/mm²以上。而且裂紋擴(kuò)展阻力也隨著提高，相應(yīng)提高合金的韌性。
   
   
3. 刀具切削性能
   
   納米晶硬質(zhì)合金制作的刀具產(chǎn)品具有非常優(yōu)異的使用性能。比如RTW公司制造的印刷電路板納米硬質(zhì)合金鉆頭與普通硬質(zhì)合金鉆頭相比較，鉆相同數(shù)量的微孔時(shí)其磨損量小很多。

2 在硬質(zhì)合金領(lǐng)域，納米技術(shù)的一些開發(fā)和應(yīng)用方向

1. 納米晶硬質(zhì)合金的開發(fā)
   
   納米晶硬質(zhì)合金的開發(fā)可歸納如下幾方面:(1)納米晶硬質(zhì)合金的研制打破了常規(guī)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中的一些定律，即硬度提高必然伴隨韌性下降的結(jié)論。(2)研究和開發(fā)還處在初級(jí)階段、工藝與技術(shù)有待完善和創(chuàng)新，批量生產(chǎn)還有待突破。(3)根據(jù)WC-Co的納米尺度來推斷產(chǎn)品的晶粒度和性能的理論已起步。(4)納米WC-Co硬質(zhì)合金材料燒結(jié)過程中晶粒長大迅速，材料中很易出現(xiàn)致密度不高、晶粒粗大。有關(guān)添加晶粒生長抑制劑防止燒結(jié)過程中晶粒瘋長的報(bào)導(dǎo)文獻(xiàn)較多，但有關(guān)低溫?zé)�結(jié)納米硬質(zhì)合金的報(bào)導(dǎo)不多。(5)對(duì)于納米材料晶界的研究多為表象研究，尚未形成明確、深刻、系統(tǒng)的理論，而且對(duì)于納米WC-Co硬質(zhì)合金材料晶界作用機(jī)理的研究報(bào)道很少。(6)納米WC-Co硬質(zhì)合金的燒結(jié)工藝的改進(jìn)和創(chuàng)新，以及對(duì)其燒結(jié)特性、燒結(jié)機(jī)理的研究是今后研究的重點(diǎn)。
   
   納米晶或納米結(jié)構(gòu)以下的硬質(zhì)合金，將是本世紀(jì)的開發(fā)重點(diǎn)，會(huì)是一次技術(shù)革命。目前，將是重點(diǎn)對(duì)描述納米晶硬質(zhì)合金的專業(yè)名詞術(shù)語進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)想，對(duì)晶粒尺寸進(jìn)行預(yù)測，能對(duì)硬度和磁性能推導(dǎo)出一個(gè)理想模型。對(duì)一些合適的經(jīng)驗(yàn)公式講行規(guī)范化整理，晶粒尺寸測量標(biāo)準(zhǔn)化。
   
   未來納米晶硬質(zhì)合金的開發(fā)，無金屬粘接相的合金開發(fā)將是熱門。具有高度催化制造WC-Co復(fù)合超微粉的構(gòu)造系統(tǒng)將最有前途。納米晶硬質(zhì)合金的開發(fā)將給人類帶來巨大的效益。納米晶硬質(zhì)合金的產(chǎn)業(yè)化即將來臨。
   
   
2. 納米晶硬質(zhì)合金的應(yīng)用
   
   納米WC-Co硬質(zhì)合金，因其特殊的耐磨蝕、高硬度，以及優(yōu)異的斷裂韌性和抗壓強(qiáng)度被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科技各個(gè)領(lǐng)域，己被制成加工集成電路板的微型鉆頭、點(diǎn)陣打印機(jī)打印針頭、整體孔加工刀具、木工工具、精密模具、牙鉆、難加工材料刀具等。其主要應(yīng)用概括為以下幾個(gè)方面：
   
   (1)金屬加工 當(dāng)初，亞微細(xì)WC硬質(zhì)合金的開發(fā)是為了解決高溫合金等難加工材料的切削加工的需要，現(xiàn)代納米WC硬質(zhì)合金在強(qiáng)度和韌性方面優(yōu)于亞微細(xì)合金，因而更適用于高溫合金、鈦合金、不銹鋼、各種噴涂(焊)材料、淬火鋼、冷硬鑄鐵等的加工。納米WC硬質(zhì)合金突破了普通硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)比高速鋼低這個(gè)局限，其應(yīng)用已延伸到高速鋼占統(tǒng)治地位的領(lǐng)域。
   
   (2)電子工業(yè) 電子工業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是小型化、集成化、精密化。集成電路板材質(zhì)是環(huán)氧樹脂粘結(jié)玻璃纖維或玻璃纖維增強(qiáng)的塑料。這就要求微型鉆頭有很高的硬度和耐磨性;而鉆頭直徑很小(一般0.2～0.3mm，甚至0.05mm)、易折斷，還要求鉆頭有高的強(qiáng)度和韌性：并且鉆孔需要正確的孔位精度，又要求鉆頭有高的剛度(彈性模量)，這些要求相互矛盾。致使普通硬質(zhì)合金以及亞微細(xì)晶粒硬質(zhì)合金鉆頭都難以滿足這些要求，只有用晶粒度小于0.5µm的納米晶粒硬質(zhì)合金才行。又如點(diǎn)陣打印針，其直徑僅有0.2-0.35mm；加工集成電路引線的框架用的多工位跳步模，沖頭厚度≤0.2mm,誤差僅為0.002mm；另外還有印刷電路板引線切頭用的圓片切刀，以及精密的小模具等，都要求使用納米晶粒WC硬質(zhì)合金來制作以實(shí)現(xiàn)其功能。
   
   (3)木材加工 早在50年代，硬質(zhì)合金鑲尖工具就被用于木材加工行業(yè)。而今，各種材質(zhì)的板材的出現(xiàn)，對(duì)加工精度和外觀的要求大大提高，高速切割時(shí)的離心力、切削力使普通硬質(zhì)合金難以滿足加工要求，于是納米晶粒WC硬質(zhì)合金有了用武之地。
   
   (4)醫(yī)學(xué)應(yīng)用 醫(yī)用牙鉆是精細(xì)儀器，其切口必須鋒利，而且要求具有很好的耐磨性和韌性，超細(xì)晶粒WC硬質(zhì)合金以其高強(qiáng)度、高韌性和耐磨性在這一領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。
   
   (5)其它應(yīng)用 納米晶粒WC硬質(zhì)合金由于其晶粒細(xì)小，作刀具可以磨出精度極高、鋒利的切削刃和刀尖圓弧半徑;因其高強(qiáng)度就可用于制作大前角、小進(jìn)給量和小吃刀量的精細(xì)刀具，如小直徑立銑刀、小鉸刀等；因其高彈性模量、抗磨擦磨損性能，可用于制作高精度模具、沖頭等；另外還可用于制作高耐磨、耐沖蝕工具，如高壓噴嘴、閥門、高壓槍、玻璃刀、紡織品切刀以及磁帶、錄相帶切刀等等。另外科學(xué)家們還正在研制圓形刀具、鑿巖刀具以及納米WC-Co基增強(qiáng)復(fù)合材料等。因此開發(fā)納米WC硬質(zhì)合金和尋求更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域成為發(fā)展的熱點(diǎn)，而制備的關(guān)鍵技術(shù)在于納米原料粉末的制備及隨后的燒結(jié)過程。減小粒徑是提高WC-Co硬質(zhì)合金性能(強(qiáng)度、硬度和抗磨性鈞的有效途徑，因此研制納米晶硬質(zhì)合金是下階段研究者的開發(fā)重點(diǎn)，它將大大拓寬WC-Co硬質(zhì)合金的應(yīng)用領(lǐng)域，并因此帶動(dòng)各種精密儀器、模具、刀具及電子通信技術(shù)的飛速發(fā)展。研制納米晶或納米結(jié)構(gòu)的WC-Co硬質(zhì)合金的關(guān)鍵是探索新型的制粉和燒結(jié)工藝，尤其是在抑制晶粒長大方面的研究，通過精減工藝，降低燒結(jié)溫度來進(jìn)一步降低成本，實(shí)現(xiàn)納米WC-Co硬質(zhì)合金的產(chǎn)業(yè)化。

3 發(fā)展與展望