复式碳化物是硬质合金生产中的一种重要原料，是高温下WC固溶于TiC中或者WC固溶于TiC-TaC（NbC）中得到的固溶体，它具有良好的高温机械性能，常常作为硬质合金、金属陶瓷的添加剂和刀具涂层。在实际的复式碳化物的生产过程中，复式碳化物的粒度和固溶氧含量是非常重要的两个参数指标，了解影响这两个参数的因素十分重要。

一、 粒度：

1、碳化温度

碳化温度越高，原料分子活性越强，颗粒长大越快，同样时间下，粒度越粗。

2、碳化时间

碳化时间越久，颗粒越粗，反之相反。

3、原料粒度

Ti-WC固溶体颗粒是而是将WC分解成W和C分别溶进TiC形成的，TiC颗粒越粗，制得的固溶体颗粒也越粗。而碳化钛颗粒大小又取决于TiO2和WC颗粒粒度。

二、固溶氧含量：

TiO2转化成TiC时要经过TiO2一Ti2O3一TiO一TiC三个反应过程。因为低价一氧化钛(Tio)与TiC 同晶形且晶格常数很接近,若单独制造TiC时很难生成理想状态TiC，往往会形成Ti(CO) 的固溶体。只有加人WC当形成( TiC一WC)固溶体后才能把固溶氧大部分或全部赶掉。TiC属立方晶格,晶格常数为α=4.320Å，TiO也属立方晶格，晶格常数为α=4.154 Å。由于它们的晶格常数接近,复式碳化物中就易固溶氧

1、碳化温度

固溶氧含量与碳化温度有明显的负相关系，即碳化温度越高，固溶氧含量越低。

2、TiC:WC的比值

同等条件下，TiC:WC的比值越高，固溶氧含量也越高。

3、碳含量

TiO随着CK料碳含量的增加而被WC中的碳完全置换而转化成理

想TiC。也可以说固溶氧是随着碳量的增加而降低直到完全消失。

 

复式碳化物是一种硬质合金行业和其他新材料行业广泛使用的原料,作为硬质合金及金属陶瓷的添加剂可以改善硬质合金的各项性能，如高温强度，高温抗氧化，抗月牙洼磨损和抗刀屑瘤的能力等，还应用于热喷涂等离子喷涂硬质薄膜电子行业的导电领域。复式碳化物主要有两种：Ti-WC（YT合金的主要成分）复式碳化物、WC-Ti-TaC（NbC）复式碳化物。

 

一、Ti-WC复式碳化物的制备

1、将WC、TiO2、炭黑的混合物在1700℃-2000℃温度下于氢气氛围中碳化制取。此工艺为硬质合金工业普遍采用的工艺。

反应原理：

在高温下，二氧化钛还原并生成碳化钛：

TiO2+3C=TiC+2CO

其实，反应分三段进行：

2TiO2+C=Ti2O3+CO

Ti2O3+C=2TiO+CO

TiO+2C=TiC+CO

在TiC-WC体系中，碳化钛即使在高温中也不在碳化钨中溶解，WC向TiC中的溶解过程并非是整体向里溶解，而是将WC分解成W和C分别溶进。因为，它们的固溶分两种形式，W溶解于TiC中为置换式固溶，而C向TiC中溶解为填隙式固溶。

2、将WO3、TiO2、炭黑的混合物在1700℃-2000℃温度下于氢气氛围中直接碳化制取。

3、将钨粉、TiO2和炭黑的混合物在1700℃-1800℃温度下于氢气氛围中碳化制取。

 

二、WC-Ti-TaC（NbC）复式碳化物

1、将TiC、WC和TaC(NbC）经高温碳化制取。

2、将WC、TiO2、Ta2O5（Nb2O5）、炭黑的混合物经高温固溶。

3、将WC、TiO2、TaC(NbC）、炭黑的混合物经高温固溶。

 

复式碳化物是硬质合金生产中的一种重要原料，是高温下WC固溶于TiC中或者WC固溶于TiC-TaC（NbC）中得到的固溶体，它具有良好的抗氧化能力。含TaC的复式碳化物高温硬度好，能够提高刀具连续切削的寿命。向硬质合金中添加复式碳化物不仅可以提高合金的抗氧化能力，而且可以提高合金刀具抗月牙洼磨损和抗刀屑瘤的能力，是改变硬质合金性能的一种重要方式。常用的复式碳化物由WC、TiC、TaC等组成的二元或多元固溶体组成，俗称CK料。

 

复式碳化物主要有两种：Ti-WC（YT合金的主要成分）复式碳化物、WC-Ti-TaC（NbC）（NbC）复式碳化物。

1、TiC-WC复式碳化物

TiC-WC复式碳化物是WC在TiC中的固溶体，其能保持TiC所固有的高硬度，高耐磨性与高红硬性等特点。一般将WC(或WO3)、TiO2、炭黑的混合物在1700℃-2000℃温度下于氢气氛围中直接碳化制取。

典型碳化物	W2C	WC	Mo2C	TaC	NbC	TiC	ZrC	HfC	VC
显微硬度		1730	1480	1550	2050	2850	2840	2846	2010

2、WC-Ti-TaC（NbC）复式碳化物

WC-TiC-TaC合金是一类综合性能较佳、用途较广的合金。有文献表明，在硬质合金中添加Ta能有效提高合金的常温硬度高温硬度和强度，提高抗扩散和抗氧化磨损能力，从而改善切削性能。制备一般分别制取TiC、WC和TaC(NbC），然后经高温碳化制得固溶体，或者先制取WC，然后与TiO2、Ta2O5（Nb2O5）、炭黑混合，再碳化成固溶体。

 

粗晶粒碳化钨粉具有一些与中、细晶粒碳化钨粉不同的特殊性能和特殊用途,越来越获得各工业领域的重视。制取粗晶粒碳化钨粉的传统方法是:采用WO3高温还原取制粗颗粒钨粉,再将粗颗粒钨粉高温碳化制取粗晶粒碳化钨。这种方法一直沿用至今。

粗颗粒碳化钨的国家标准：

WC晶粒粗，比表面积小，使合金中钴层增厚，即钴的平均自由程增加，缓解使用时WC晶粒之间的冲击，从而提高合金的冲击韧性。同时，WC-Co合金抗热疲劳和抗机械疲劳随WC晶粒变粗而增加，这是因为邻接的两颗WC之间的晶界，最容易使裂纹扩展，要求钴相在合金中分布均匀，尽量避免邻接的WC。

 

高温碳化、高温还原、添加碱土金属或碱金属元素高温碳化法、铝热法等。

钨粉高温碳化：除传统的高温碳化法外，还出现了中颗粒钨粉高温碳化和细颗粒钨粉高温碳化法。粗颗粒高温碳化这是目前国内的主要生产方式。高温碳化，可以使WC的晶格缺陷降至最低、微观应变最小，WC的塑形得到改善。中、细颗粒钨粉高温碳化通过提高碳化温度和碳化时间等方法达到制备粗颗粒碳化钨粉的目的。

 

添加碱金属高温碳化：通过加入添加剂，加速WO3还原工程中的挥发沉淀速率，致使钨粉在较低温度下长大，添加剂主要为锂盐。

添加钴、镍或其氧化物高温碳化：

通过添加钴、镍或其氧化物可以改变碳化机理，提高碳化的速度，此法受配钴量的影响极大，配钴量越大所得WC越粗。碳与钨反应生成W2C的速度比W2C与碳反应生成WC的速度快。因此碳化时起决定作用的是W2C与碳反应转变成WC的反应速度。加钴碳化加速T W2C向WC的转变速度：

1、Co、C在钨粉表面，5W+2C+3Co-W2C+W3Co3C(η相）

2、W2C和η相与C作用生产WC和Co,W2C+W3Co3+3C-5WC+3Co

3、新生的Co与内侧的W2C反应生产η相和C，C再与颗粒中心的W反应生产W2C，6Co+3W2C-2W3Co3C+C

C+2W-W2C

η相(富钴区)也随着碳化的进程不断向中心移动,直至整颗钨完全变成WC。钴在碳化过程中并不损失,最后也不生成新相而逐渐分散到WC晶界中。镍与钴作用类似。

 

添加钠盐法：在APT中添加钠盐，然后在较高温度下还原，可得粒度大于10μm的粗钨粉，再经高温碳化可得粗颗粒WC粉。这主要是因为在较低温度下能促进气相挥发物的形成,增大还原气氛中气相挥发物的浓度,从而促使钨粉粒度长粗