鎢是重要的工業原料，在冶金機械、石油化工、航空航太和國防工程等諸多領域中有著極其重要的用途，被稱為戰略金屬之一。因而許多國家長期以來都在勘探、開發利用鎢礦，以至作為戰略儲備。

近10幾年來，國內外鎢品供需和價格出現很不正常的現象，在價格上大起大落。如鎢精礦價格，1981年為148美元/噸度、1984年81美元/噸度、1987年49美元/噸度、1990年46美元/噸度、1993年43美元/噸度、1996年52美元/噸度。國際鎢市場出現鎢品價格低位(特別是鎢精礦)，其原因，一是中國前幾年鎢品出口管理失控，甚至多管道相互低價競爭出口大量鎢初級產品；二是俄羅斯等國也拋售鎢儲備，致使國際鎢市場處於供過於求，價格低廉的狀態。

由於國內外鎢市場變化多端，因而鎢的未來需求數量難以作出準確的預測。1992～1995年，原地質礦產部和原有色金屬總公司，就我國主要有色金屬礦產資源對2010年國民經濟建設保證程度進行了研究和論證。其中，預測我國鎢精礦需求總量(國內消費量+出口量)為：2000年4.6萬t，2005年4.8萬t，2010年5.0萬t，2020年5.4萬t。據此預測1992～2020年鎢精礦累計需求量共計137.5萬t。其中，1992～2000年約37.5萬t、2001～2010年約為48萬t、2011～2020年約為52萬t，並根據現有可利用的儲量(WO3)和礦山產能分析，認為礦產資源是可以滿足需求的。

我們根據這個預測進行鎢資源配置，按生產1t鎢精礦需 要可采儲量(WO3)1.2t作保證，即需要可采儲量(WO3)：1992～2000年45萬t，2001～2010年57.6萬t，2011～2020 年62.4萬t，合計共需可采儲量(WO3)為165萬t。全國現有鎢礦可采儲量(WO3)232萬t(據《’96中國礦產資源報告》公佈1994年底礦 產儲量資料)。因此，可采儲量能夠保證到2020年所需要的儲量，資源保證程度從總體和宏觀上看，是較好的。

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之前的兩篇文章已經詳細介紹了鎢合金的特性以及鎢合金在軍事、核工業領域裏的應用。鎢合金還能應用於航空航太領域。

鎢銅合金由於鎢的高密度及高音速特性、良好的粘流特性和銅的出色動態變形性能而用作破甲藥形罩具有很好的發展前景，與傳統的單金屬藥形罩相比，鎢銅合金藥形罩材料其能量轉換與吸收機制更合理，化學能的利用率更充分，破甲性能更優越，越來越受到人們的重視，美國、法國、以色列等國對鎢銅材料藥形罩進行了大量的研究和開發，研究表明鎢銅藥形罩其破甲威力比紫銅藥形罩可提高15—30％，美國某導彈己開始使用鎢銅合金藥形罩。

鎢材料的高熔點、優異的高溫強度以及良好的抗熱衝擊和熱疲勞性能等性能使其在航空航太領域中被廣泛用作高溫結構部件，如，鎢銅材料在高溫下具有發汗自冷卻功能常用作火箭導彈上的噴管、喉襯及燃氣舵等耐高溫部件。


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研製納米晶或納米結構的WC-Co硬質合金的關鍵是探索新型的制粉和燒結工藝，尤其是在抑制晶粒長大方面的研究，通過精減工藝，降低燒結溫度來進一步降低成本，實現納米WC-Co硬質合金的產業化。

我國的鎢和稀土礦資源十分豐富，鎢是生產硬質合金的主要原料。我國是硬質合金生產大國，但其產品平均售價比國外發達國家約低1～2倍，大部分產品仍屬於低技術含量和低附加值的初級產品。納米晶硬質合金材料，具有優異的力學性能，是目前國內外材料研究和開發的熱點之一，也是硬質合金工業發展的重要方向。但是，納米粉末在燒結過程中容易長大，致使獲得納米晶粒的硬質合金變得困難。在硬質合金中添加微量稀土元素，不僅可以抑制燒結過程中合金的晶粒長大，而且還能改善合金的力學性能，從而進一步提高其產品使用壽命。

因此，充分利用好我國的鎢礦和稀土礦資源，研究和開發納米稀土硬質合金粉末材料，對提高我國硬質合金工業生產技術水準，開發高品質高附加值的深加工硬質合金產品，具有十分重要的意義。


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鎢銅合金綜合了金屬鎢和銅的優點，其中鎢熔點高(鎢熔點為3410℃，銅的熔點1534℃)，密度大(鎢密度為19.34g/cm3，銅的密度為7.8g/cm3) ；銅導電導熱性能優越，鎢銅合金(成分一般範圍為WCu7~WCu50)微觀組織均勻、耐高溫、強度高、耐電弧燒蝕、密度大；導電、導熱性能適中，廣泛應 用於軍用耐高溫材料、高壓開關用電工合金、電加工電極、微電子材料，做為零部件和元器件廣泛應用於航太、航空、電子、電力、冶金、機械、體育器材等行業。

鎢銅合金在航太航空中用作導彈、火箭發動機的噴管、燃氣舵、空氣舵、鼻錐，主要要求是要求耐高溫(3000K~5000K)、耐高溫氣流沖刷能力，主要利用銅在高溫下揮發形成的發汗製冷作用(銅熔點1083℃)，降低鎢銅表面溫度，保證在高溫極端條件下使用。


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1.組織性能。納米晶硬質合金的顯微組織非常細小，決定了其優良的力學性能。但由於納米粉末的製備方法、燒結工藝不同。其顯微組織也各不相同。Jia等在1350℃燒結用噴霧轉化法製備的納米WC-Co粉末，得到納米硬質合金WC晶粒尺寸約為70 nm，其晶粒的邊界與普通的硬質合金相同，同樣是平直的邊界。但其位元錯密度反而明顯少於普通的硬質合金。用不同的製備方法來製備的納米硬質合金粉末，其粉末的顯微結構有很大的不同，如採用化學法合成與機械球磨方法合成的WC/Co粉末，尤其是機械球磨使晶粒發生較大的變形，而且堆積大量的位錯。儘管燒結時位錯大部分消除，但仍然有很高的位能。

2.力學性能。隨著粘結相自由程的減小，硬質合金的維氏硬度顯著提高:當鈷粘結相平均自由程為30 mn時，其維氏硬度高達2300kg/mm²以上。而且裂紋擴展阻力也隨著提高，相應提高合金的韌性。

3.刀具切削性能。納米晶硬質合金製作的刀具產品具有非常優異的使用性能。


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(1)納米晶硬質合金的研製打破了常規硬質合金生產中的一些定律，即硬度提高必然伴隨韌性下降的結論。

(2)研究和開發還處在初級階段、工藝與技術有待完善和創新，批量生產還有待突破。

(3)根據WC-Co的納米尺度來推斷產品的晶粒度和性能的理論已起步。

(4)納米WC-Co硬質合金材料燒結過程中晶粒長大迅速，材料中很易出現緻密度不高、晶粒粗大。有關添加晶粒生長抑制劑防止燒結過程中晶粒瘋長的報導文獻較多，但有關低溫燒結納米硬質合金的報導不多。

(5)對於納米材料晶界的研究多為表像研究，尚未形成明確、深刻、系統的理論，而且對於納米WC-Co硬質合金材料晶界作用機理的研究報導很少。

(6)納米WC-Co硬質合金的燒結工藝的改進和創新，以及對其燒結特性、燒結機理的研究是今後研究的重點。


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60年代初，中國首先研製了W-20Cu材料替代純銅和銅合金觸頭用做10kV以上的高壓電器開關觸頭，提高了使用性能和延長了使用壽命。60年代末，為配合航空航太工程發展的需要，中國自主研製開發了W-7Cu合金用做火箭彈的噴管喉襯材料，當時中國鎢銅產量僅有40t。隨後在70年代相繼開發了W-13.2Cu、W-7.6Cu、W-5.9Cu三種牌號的高溫用W-Cu材料，用做製備飛行器的噴管、喉襯、燃氣舵、空氣舵等高溫部件，此時中國鎢銅產量已達到80t。80年代初，為了適應高中壓電器設備的需要，中國先後開發了W10CuV、WCu15V、W20CuV、W33CuV、W35CuV、W35CuSbV等多個牌號的真空電觸頭，其工作電壓在200kV以上。

與此同時，相繼開發了CuW55%（RWMA Class10），鎢銅CuW75%（RWMA Class11），鎢銅CuW80%（RWMA Class12），F6002E等牌號的鎢銅合金製備電火花加工電極其抗電弧燒蝕性能較傳統銅合金大為提高，推動了中國電火花工業的發展。

上世紀90年代以來，中國陸續開發了90W-10Cu、85W-15Cu、80W-20Cu等體系鎢銅合金，用做電子封裝材料。隨著資訊化時代的來臨，其成為鎢銅發展最為迅速的方向。經過50多年的發展，該合金的研究與開發應用得到了長足的進步，形成了多種合金成分體系與合金牌號，開發了真空電觸頭、電火花加工電極、電子封裝材料、高溫結構材料等多種系列產品，廣泛應用在軍工、航空航太、電子資訊、
電氣工業、機械加工等領域。


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W-Ni-Fe合金具有高的強度和塑性，其應用更加廣泛。20世紀70年代初，首先開發了95W-Ni-Fe和WNF-185合金用做遮罩材料，應用於Co60治療機和BJ-10電子直線加速治療機，結束了長期依賴進口的局面，隨後該合金又被應用到探測煤層厚度的“小口徑放射性測井儀”和“低能γ源螢光分析儀”該合金產量不足50t。

70年代末，隨著坦克防禦技術的不斷發展，曾在第二次世界大戰中大量使用的WC-Co硬質合金彈頭已不能滿足破甲要求，為了滿足中國反坦克兵器發展的需要，北京有色金屬研究院研製了GW-1型鎢合金（其成分為95.5W-2Ni-2.2Fe-0.3Co）用做第一代鎢合金穿甲彈彈芯材料，其強度達到904MPa，延伸率達到15%，填補了國內空白。為了適應高初速、高膛壓穿甲彈，中國相繼開發了GW-2S和GW-3S牌號的鎢合金用做穿甲彈彈芯材料，抗拉強度達1274MPa，穿破甲性能進一步提高，穿甲厚度達到178mm。


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(3)木材加工。早在50年代，硬質合金鑲尖工具就被用於木材加工行業。而今，各種材質的板材的出現，對加工精度和外觀的要求大大提高，高速切割時的離心力、切削力使普通硬質合金難以滿足加工要求，於是納米晶粒WC硬質合金有了用武之地。

(4)醫學應用。醫用牙鑽是精細儀器，其切口必須鋒利，而且要求具有很好的耐磨性和韌性，超細晶粒WC硬質合金以其高強度、高韌性和耐磨性在這一領域得到廣泛的應用。

(5)其他應用。納米晶粒WC硬質合金由於其晶粒細小，作刀具可以磨出精度極高、鋒利的切削刃和刀尖圓弧半徑;因其高強度就可用於製作大前角、小進給量和小吃刀量的精細刀具，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，可用于製作高精度模具、沖頭等；另外還可用于製作高耐磨、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。另外科學家們還正在研製圓形刀具、鑿岩刀具以及納米WC-Co基增強複合材料等。

因此開發納米WC硬質合金和尋求更為廣闊的應用領域成為發展的熱點，而製備的關鍵技術在於納米原料粉末的製備及隨後的燒結過程。減小粒徑是提高WC-Co硬質合金性能(強度、硬度和抗磨性鈞的有效途徑，因此研製納米晶硬質合金是下階段研究者的開發重點，它將大大拓寬WC-Co硬質合金的應用領域，並因此帶動各種精密儀器、模具、刀具及電子通信技術的飛速發展。


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納米WC-Co硬質合金，因其特殊的耐磨蝕、高硬度，以及優異的斷裂韌性和抗壓強度被廣泛應用于現代科技各個領域，己被製成加工積體電路板的微型鑽頭、點陣印表機列印針頭、整體孔加工刀具、木工工具、精密模具、牙鑽、難加工材料刀具等。其主要應用概括為以下幾個方面：

(1)金屬加工。當初，亞微細WC硬質合金的開發是為了解決高溫合金等難加工材料的切削加工的需要，現代納米WC硬質合金在強度和韌性方面優於亞微細合金，因而更適用於高溫合金、鈦合金、不銹鋼、各種噴塗(焊)材料、淬火鋼、冷硬鑄鐵等的加工。納米WC硬質合金突破了普通硬質合金的抗彎強度遠比高速鋼低這個局限，其應用已延伸到高速鋼占統治地位的領域。

(2)電子工業。電子工業產品的發展趨勢是小型化、集成化、精密化。積體電路板材質是環氧樹脂粘結玻璃纖維或玻璃纖維增強的塑膠。這就要求微型鑽頭有很高的硬度和耐磨性;而鑽頭直徑很小(一般0.2～0.3mm，甚至0.05mm)、易折斷，還要求鑽頭有高的強度和韌性：並且鑽孔需要正確的孔位元精度，又要求鑽頭有高的剛度(彈性模量)，這些要求相互矛盾。致使普通硬質合金以及亞微細晶粒硬質合金鑽頭都難以滿足這些要求，只有用晶粒度小於0.5µm的納米晶粒硬質合金才行。又如點陣列印針，其直徑僅有0.2-0.35mm；加工積體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硬質合金來製作以實現其功能。


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