碳化钨是重要的硬质合金成分,也是一种性能优良的催化材料,许多研究表明碳化钨的表面电子结构与Pt类似,具有类铂的催化活性,作为催化剂在催化氢化、烷烃氢解和重整、催化合成气反应以及氢化脱卤素等反应中表现出良好的催化活性；同时碳化钨还具有良好的导电性,具有独特的化学稳定性,作为电催化剂对氢气、水和甲醇氧化均表现出优异的催化氧化性能。碳化钨有望替代贵金属催化剂,应用于多相催化和电催化领域。

 

催化加氢/脱氢

研究发现:当没有氧存在的情况下 碳化钨的催化选择性主要体现在对碳链断裂反应的催化,催化活性(反应物转化率)随反应温度的升高而升高,但催化剂对反应物异构化的催化性能随反应温度的升高而下降。当氧被引入后 碳化钨的催化活性降低 但其对反应物异构化的选择性却随着氧的引入而升高，此时异构化是主要反应 这说明了碳化钨表面成份对其催化能力（主要是催化活性和选择性）有直接的影响。

 

烃的异构化

 

S2O8-2/ZrO2类固体超强酸催化剂由于对正构烷烃的异构化反应有着良好的催化活性而备受人们关注。但这类催化剂在反应中稳定性较差、易结焦失活，而载Pt的S2O8-2/ZrO2催化剂可在很大程度上提高对正戊烷异构化反应的稳定性和选择性.烃在引入化学吸附氧的碳化钨表面的异构化反应实际上使一种甲基变换位置的碳链重排反应,引入化学吸附氧的碳化钨表面的WOX 活性中心直接参与了这一反应，它既催化了烃的脱氢又催化了碳链的重排。

以甲基或乙基环戊烷的异构化反应机理为例：

另外在烃的转化、烃的合成、肼的分解和电化学催化领域均有广泛应用。

 

化学气相沉积法是传统的制备薄膜的技术，其原理是利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应，使得气态前驱体中的某些成分分解，而在基体上形成薄膜。CVD技术常常通过反应类型或者压力来分类，包括低压CVD(LPCVD)，常压CVD(APCVD)，亚常压CVD(SACVD)，超高真空CVD(UHCVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，高密度等离子体CVD(HDPCVD)以及快热CVD(RTCVD)。

 

超细硬质合金是近年来发展起来的工具材料,主要以超细WC粉末为基础原料, 并添加适当的粘结剂(如Co)和晶粒长大抑制剂来生产高硬度、高耐磨性和高韧性的硬质合金材料,其性能比常规硬质合金高, 在难加工金属材料工具、电子行业的微型钻头、精密模具、医用牙钻等领域已呈现出越来越广泛的应用前景。

 

化学气相沉积法制备超细碳化钨粉采用氟化钨（WF6）和甲烷（CH4）为前驱体,采用等离子体增强化学气相沉积方法(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD）制备直径为20-35nm的圆球状纳米碳化钨粉末的圆球状纳米碳化钨粉末。

制备过程：

采用等离子体增强化学气相沉积装置以氟化钨（WF6）、甲烷（CH4）和氢气（H2）为原料气体，氩气（Ar）为载气，各气体的流量分别由单独的流量计控制。基底采用金属镍片基底分别用丙酮去离子水、乙醇以及去离子水超声波清洗吹干后放入反应室，在化学气相沉积前先在热气氛下通氢气以去除基底表面上的氧化物。化学气相沉积后的样品在氮气中随炉退火处理。此法的关键在于控制前驱体气体中的碳钨比以及基底温度，并且对原料和基底的纯度要求较高。

主要原理(化学式只表明原理，具体计量数未知)：

借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体与电子发生初级反应电离，在局部形成等离子体

WF6+e=W6++6F-+e

CH4+e=C4-+4H+e

激发出的等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在镍基片上沉积出所期望的薄膜

2W6++3C4-=12WC

 

制备超细碳化钨粉方法较多, 可分为气相法 液相法和固相法三大类，每大类中又可分为许多方法。这些制备方法中,传统流程具有简捷易行、先进合理、稳定可靠、产能大且产品质量好、成本低和效益高等优点, 并与我国碳化钨生产有密切联系, 是一种符合我国国情的工业生产方法。下文主要从原料、碳化工艺、粉碎分级等方面探讨传统流程生产优质超细碳化钨粉的质量控制。

工业生产流程：APT→微还原→氧化钨→氢还原→超细钨粉→配碳→碳化→球磨或气流破碎分级→超细碳化钨粉。

1、原料

钨粉：蓝色氧化钨电镜形貌为颗粒状相成分复杂有多达5种或5种以上的相成分（WO2.72、WO2.90、WO30及(NH4)х•WO3、HxWO3等）还原时反应机理复杂，所制得的粉末粒度偏粗，很难做到0.6μm 以下的超细钨粉、碳化钨电镜形貌和粒度分布显示（下图）其均匀性也不够理想。紫色氧化钨粉末的电镜形貌为针状，以相同的生产工艺生产出超细钨粉经碳化后制取了超细碳化钨粉经气流粉碎分级后可得到粒度分布均匀分散性好且平均粒度小于0.6μm的超细碳化钨粉。这是因为紫色氧化钨的特殊的针状结构互相搭桥形成分布均匀的孔隙，这种孔隙在相同的还原工艺下就比较有优势。

  

炭黑：目前,钨粉碳化所用碳源主要是炭黑。碳化钨的粒度受炭黑粉粒度的影响,炭黑粉粒度越细,碳化钨粉粒度就越细,而且不同粒度的炭黑,使碳化钨粉的化合碳含量达到理论值的温度也不同。

 

2、碳化工艺

影响WC粉粒度的因素：

碳化温度：影响程度弱于原始粒度。碳化高温作用：破碎细化、烧结长大。当提高碳化温度时，细颗粒的长大加快，中颗粒会长大，粗颗粒不长大略细化；适当提高碳化温度对提高碳化钨粉质量有好处,可减少W2C相,减少微孔缺陷,提高碳化钨的显微硬度,并可增大碳化钨的亚晶尺寸。但是,碳化温度过高,也将使原先疏松的聚集体粘结更紧密而聚合长大,从而导致WC-Co合金晶粒的局部夹粗。

碳化时间：指炉料在高温区停留时间，时间越长（推速慢），WC聚集再结晶会长大；如果碳化时间不够,会导致舟皿中心粉末碳化不完全。

 

为了进一步提高WC-Co硬质合金的力学性能，最佳的途径之一是将其晶粒度细化制备纳米结构的合金材料晶粒越细其缺陷越小这种硬质合金既具有高的硬度和耐磨性，又具有高的强度和韧性，其性能比常规硬质合金高,在难加工金属材料工具、电子行业的微型钻头、精密模具、医用牙钻等领域已呈现出越来越广泛的应用前景。

 

1、木材加工

天然木材呈不均匀结构,刀具在断续加工木材期间亦受到强冲击力影响。刀具在高速加工期间不仅受冲击力影响而且受大的离心力影响,所以韧性很重要，同时还要有较好的耐磨性，除此之外,切刀还必须呈锐利刀刃,超细硬质合金亦是能满足上述应用要求的最佳候选材料。

2、金属加工

金属加工过程中,普通WC一Co合金刀具主要用于加工铸铁,也可用亚微米级超细晶硬质合金刀具切割不锈钢和某些高强度镍基合金材料。在用亚微米级超细晶硬质合金作有、无冷却孔的钻头刀其方面已使生产率大增。

 

3、PCB刀具

WC的晶粒度越小，会使得相应的硬质合金材料致密度更高、硬度更高、强度更高，各项综合性能都有着大幅度的提升。在国外的一些超细晶硬质合金产品企业0.2μm晶粒度的硬质合金材料硬度大于93.5HRA，强度大于4000MPa。在微电子领域常使用的超细晶硬质合金PCB微钻直径可达10μm，微铣直径可达30μm。

后来人们又发现烃可在碳化钨上发生氢解反应以来碳化钨，因其具有类似铂的表面电子特性，因此可以用来代替铂等贵重金属作为催化剂应用在某些有机反应中，如烃的催化加氢脱氢烃的异构化烃的转化烃的合成肼的分解氧化反应及合成氨反应中的催化等 这些已成为当前研究碳化钨的热点通过不断完善碳化钨粉末的制备方法 一定可制得具有更适合用于催化反应的碳化钨粉末。

 

4、牙齿钻孔工具

目前牙科医生所用的大部分现代钻孔和成形工具都是用镶硬质合金材制成。细晶粒硬质合金由于有良好耐磨性和韧性,所以是最好的刀具材料。目前牙科医生所用的大部分现代钻孔和成形工具都是用镶硬质合金材制成。细晶粒硬质合金由于有良好耐磨性和韧性,所以是最好的刀具材料。其粘合剂含量约10 %和硬度约1600HV10亚微米级的超细晶硬质合金最适于作这种刀具材料。