4 先进烧结工艺

采用先进的烧结工艺是获得高性能硬质合金的必要手段。以下几种先进的烧结工艺可以有效地提高合金的致密度，同时抑制晶粒过分长大。

4.1 热等静压

热等静压是在烧结时用惰性气体、液态金属或固体颗粒作为压力传递介质对粉末的各个方向施加相等的压力。可以克服普通热压烧结压力的不均匀和由此引起的产品性能的不均。在普通硬质合金的烧结中，热等静压可以较好地消除合金中的孔隙和烧结后的钴池，抑制WC晶粒的长大。

4.2 微波烧结

微波烧结是利用1m到1mm波长的电磁波，频率从300MHz到300GHz。由于微波加热的热量起源于材料自身与电磁场的祸合，因此微波加热具有高效、快速、节能的特点。Ag-rawal等人用2.45GHz微波烧结WC-6Co和WC-10Co，比热等静压烧结所获得的组织更均匀和细小。Rödiger K等用2.45GHz微波反应烧结W+C+6Co，和普通烧结方法相比，孔隙度明显降低，且可有效地抑制WC晶粒的长大，比添加了VC晶粒长大抑制剂的晶粒还细小。

微波烧结目前存在的问题是烧结的机理还不清楚；不同材料、形状、体积的工件，微波的谐振频率不同，因此还需研制可自动调节频率的的设备。

4.3 场辅助烧结

场辅助烧结起源于电火花烧结，1961年日本的井上潔博士发明了电火花烧结工艺，该工艺将金属粉末在石墨模具内加压同时施加脉冲电压，使粉末活化并加热烧结成形。电火花烧结在日本有较大的发展，并相继有成套的设备推出，在美国和乌克兰等国也有较多的研究。目前的日本的电火花烧结设备在真空条件下，在粉末两端可以施加约200MPa的压力，并同时加3000～8000A的直流脉冲，在粉末颗粒之间产生等离子体，对粉末进行活化和加热，加上电阻热对粉末的作用可以快速的加热粉末，在压力的作用下实现致密化。

烧结过程主要依靠脉冲加热则又称放电等离子体烧结(SPS) ；如果先用短时间脉冲放电活化，然后用直流电加热则称为等离子体活化烧结(PAS)，其设备的基本结构如右图所示。由于该方法用附加的电场，所以研究者们又称之为场辅助烧结(FAST)。上海陶瓷研究所的Gao L等在烧结纳米SiC-Al₂O₃时，用SPS方法烧结获得600℃/min的加热速度，在几分钟内完成烧结致密化其中的SiC仍保持纳米尺度分布在Al₂O₃的基体上。而在烧结9nm左右的ZrO₂(3Y)时，也得到比普通热压更细的晶粒。该方法用于硬质合金烧结的报道较少，但其高的能量密度和高压力的结合非常适合纳米或超细硬质合金的制备，可在短时间内实现致密化，并有效抑制晶粒长大。

除上所述烧结技术外，还有锻造烧结(Sinter forging)。它是将锻造和烧结结合起来，通过粉末的塑性变形可以有效地消除孔隙，并细化晶粒。类似的方法还有热挤压，Parasiris A用等径斜挤压(E-CAE)技术，利用纯剪切变形也可以有效地消除孔隙，提高致密度，细化晶粒。冲击波烧结是利用爆炸产生的大幅度的压应力(最高可达几十个GPa)在粉末压坯中产生大的塑性变形，以达到高的致密度，同时粉末的摩擦热产生的高温也可以使粉末局部熔化粘结，或者再通过后续烧结也可以达到高的致密度。这些方法都可以用于某些WC-Co硬质合金零件的烧结，提高其强度和韧性。