硬質(zhì)合金概念最早出現(xiàn)在20世紀初，與制備鎢絲的拉絲模有關(guān)，用來替代昂貴的金剛石模具。1927年，德國Krupp公司將WC-6Co合金應用于切削工具，并命名為Widia(類金剛石)，隨后合金成分根據(jù)應用要求，增加了TiC，TaC，NbC，VC等組元，通過固溶強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)最初在德國進行，但該材料在美國、奧地利、瑞典等國家發(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)廠家。硬質(zhì)合金發(fā)展的一個重要的里程碑是在20世紀60年代，采用化學氣相沉積在硬質(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，20世紀70年代出現(xiàn)了等離子化學氣相沉積以及硬質(zhì)合金表面的復合涂層技術(shù)，一直到現(xiàn)在都是高性能硬質(zhì)合金切削刀片的設計和生產(chǎn)方式。涂層種類也越來越多，從簡單的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)變也是一個重要的進步。采用可轉(zhuǎn)位刀片能夠成倍的提高刀具的應用壽命，因為刀片的6個角(三角形刀片)或8個角(矩形刀片)均可用來工作。長期以來，在礦用和模具用硬質(zhì)合金方面，技術(shù)進步主要依賴于材料制備設備的更新。20世紀80年代開發(fā)的燒結(jié)熱等靜壓設備，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90年代以來，隨著制造工業(yè)和納米材料的發(fā)展，硬質(zhì)合金在微觀結(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。在微觀結(jié)構(gòu)方面，納米及超細晶結(jié)構(gòu)、梯度結(jié)構(gòu)以及超粗晶結(jié)構(gòu)等，使得硬質(zhì)合金的力學性能和使用壽命大幅提高。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，硬質(zhì)合金在制備和應用方面將會有更多的突破。

硬質(zhì)合金產(chǎn)品從應用上基本可分為切削刀片、礦用工具和耐磨零件3大類。在切削刀片方面，硬質(zhì)合金主要作為刀具材料，如車刀、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。在切削方面的新應用是硬質(zhì)合金可作為微型鉆頭，對印刷電路板進行微孔加工。由于微型鉆頭的形狀非常復雜、精度和性能要求高，其價格也是普通硬質(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)、石油開采、基礎設施建設等方面發(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4萬噸左右，而中國占了大約50%，是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的大國。但是，作為附加值高的切削刀片，在發(fā)達國家，如日本、美國占其硬質(zhì)合金總產(chǎn)量的約70%，而中國僅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是熔點高、硬度高。在硬質(zhì)合金中應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。下面簡單介紹幾種金屬碳化物的結(jié)構(gòu)、特性和制備方法。