硬質(zhì)合金概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)初，與制備鎢絲的拉絲模有關(guān)，用來(lái)替代昂貴的金剛石模具。1927年，德國(guó)Krupp公司將WC-6Co合金應(yīng)用于切削工具，并命名為Widia(類(lèi)金剛石)，隨后合金成分根據(jù)應(yīng)用要求，增加了TiC，TaC，NbC，VC等組元，通過(guò)固溶強(qiáng)化大大改善了材料的切削性能。雖然硬質(zhì)合金的發(fā)明和生產(chǎn)最初在德國(guó)進(jìn)行，但該材料在美國(guó)、奧地利、瑞典等國(guó)家發(fā)展非常迅速。瑞典的Sandvik公司是世界上最大的硬質(zhì)合金生產(chǎn)廠(chǎng)家。硬質(zhì)合金發(fā)展的一個(gè)重要的里程碑是在20世紀(jì)60年代，采用化學(xué)氣相沉積在硬質(zhì)合金表面沉積TiC涂層，顯著提高了材料的硬度和耐磨性能，使得其切削壽命提高了3倍。該技術(shù)在不斷地改進(jìn)，20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了等離子化學(xué)氣相沉積以及硬質(zhì)合金表面的復(fù)合涂層技術(shù)，一直到現(xiàn)在都是高性能硬質(zhì)合金切削刀片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方式。涂層種類(lèi)也越來(lái)越多，從簡(jiǎn)單的TiC涂層發(fā)展到了Ti(C，N)，Al2O3，TiN和金剛石涂層。硬質(zhì)合金刀具在結(jié)構(gòu)上從焊接刀片方式向可轉(zhuǎn)位刀片方式的轉(zhuǎn)變也是一個(gè)重要的進(jìn)步。采用可轉(zhuǎn)位刀片能夠成倍的提高刀具的應(yīng)用壽命，因?yàn)榈镀?個(gè)角(三角形刀片)或8個(gè)角(矩形刀片)均可用來(lái)工作。長(zhǎng)期以來(lái)，在礦用和模具用硬質(zhì)合金方面，技術(shù)進(jìn)步主要依賴(lài)于材料制備設(shè)備的更新。20世紀(jì)80年代開(kāi)發(fā)的燒結(jié)熱等靜壓設(shè)備，能夠顯著消除硬質(zhì)合金中的殘余孔隙。由于孔隙是硬質(zhì)合金在工作中發(fā)生失效的起源，孔隙的消除能夠提高材料的疲勞壽命、抗沖擊和耐磨損性能。20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著制造工業(yè)和納米材料的發(fā)展，硬質(zhì)合金在微觀(guān)結(jié)構(gòu)和外形上都出現(xiàn)了新的形式。在外形方面，硬質(zhì)合金產(chǎn)品出現(xiàn)了異形復(fù)雜形狀，如螺旋帶內(nèi)孔結(jié)構(gòu)、微型鉆頭和模具、薄壁件等。在微觀(guān)結(jié)構(gòu)方面，納米及超細(xì)晶結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)以及超粗晶結(jié)構(gòu)等，使得硬質(zhì)合金的力學(xué)性能和使用壽命大幅提高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，硬質(zhì)合金在制備和應(yīng)用方面將會(huì)有更多的突破。

硬質(zhì)合金產(chǎn)品從應(yīng)用上基本可分為切削刀片、礦用工具和耐磨零件3大類(lèi)。在切削刀片方面，硬質(zhì)合金主要作為刀具材料，如車(chē)刀、銑刀、刨刀、鉆頭、鏜刀等，用于切削鑄鐵、有色金屬、塑料、化纖、石墨、玻璃、石材和普通鋼材，也可以用來(lái)切削耐熱鋼、不銹鋼、高錳鋼、工具鋼等難加工的材料。硬質(zhì)合金刀具的切削速度是普通碳素鋼的數(shù)百倍，可用于高速切削。在切削方面的新應(yīng)用是硬質(zhì)合金可作為微型鉆頭，對(duì)印刷電路板進(jìn)行微孔加工。由于微型鉆頭的形狀非常復(fù)雜、精度和性能要求高，其價(jià)格也是普通硬質(zhì)合金產(chǎn)品的數(shù)十倍。礦用工具方面，硬質(zhì)合金主要作為鑿巖工具、采掘工具、鉆探工具，在礦產(chǎn)、石油開(kāi)采、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面發(fā)揮重要作用。硬質(zhì)合金耐磨零件主要包括金屬成形和制造模具(如金剛石合成腔體中的頂錘)、氣缸襯里、密封件、軸承和噴嘴等。目前全世界每年硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量在4萬(wàn)噸左右，而中國(guó)占了大約50%，是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的大國(guó)。但是，作為附加值高的切削刀片，在發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、美國(guó)占其硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的約70%，而中國(guó)僅25%，因此仍然需要大力提升技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次。

2.1.1 難熔金屬碳化物

難熔金屬硬質(zhì)化合物通常指元素周期表第Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族中過(guò)渡元素(鈦、鋯、鉿；釩、鈮、鉭；鉻、鉬、鎢)的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等。這些化合物的共同特點(diǎn)是熔點(diǎn)高、硬度高。在硬質(zhì)合金中應(yīng)用最多的是金屬碳化物，比較典型的有WC、TiC、TaC、NbC、(Ti，W)C、Ti(C，N)、VC和Cr3C2等。下面簡(jiǎn)單介紹幾種金屬碳化物的結(jié)構(gòu)、特性和制備方法。