根據(jù)碳化鎢（WC）晶粒尺寸的不同，硬質(zhì)合金可以分為細(xì)晶硬質(zhì)合金、超細(xì)晶硬質(zhì)合金、粗晶硬質(zhì)合金和超粗晶硬質(zhì)合金等，它們的熱力學(xué)性能和用途略有區(qū)別。值得一說(shuō)的是，與其他晶粒度的硬質(zhì)合金相比，超細(xì)晶硬質(zhì)合金的機(jī)械性能、韌性和硬度都會(huì)更好一些，所以在刀具領(lǐng)域應(yīng)用范圍也會(huì)更大一些。
然而，超細(xì)晶硬質(zhì)合金的生產(chǎn)相對(duì)困難。當(dāng)前，雖然可以通過(guò)添加抑制劑的方法來(lái)抑制碳化鎢晶粒的長(zhǎng)大，但是需要較長(zhǎng)的球磨時(shí)間才能混合均勻。然而，長(zhǎng)時(shí)間的球磨處理卻會(huì)增加粉末的缺陷數(shù)量和表面能，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)致密化過(guò)程中碳化鎢晶粒異常長(zhǎng)大。
為了解決上述的問(wèn)題，北京科技大學(xué)研究者在原位添加法的基礎(chǔ)上，采用三步法合成了全新的超細(xì)晶硬質(zhì)合金，即碳化釩（VC）增強(qiáng)的鎢鈷（WC-Co）類(lèi)硬質(zhì)合金——WC-Co-VC硬質(zhì)合金。
WC-Co-VC硬質(zhì)合金的制備步驟包括前驅(qū)體形成、脫氧和碳化燒結(jié)。前驅(qū)體形成是指將仲鎢酸銨、草酸鈷和偏釩酸銨的混合物煅燒，得到三氧化鎢、鎢酸鈷和五氧化釩的混合物的過(guò)程；脫氧是指加入適量的炭黑，將前驅(qū)體粉末中所有的氧氣去除的過(guò)程；碳化燒結(jié)是指將所需炭黑量與脫氧產(chǎn)物再次混合，通過(guò)碳化-燒結(jié)反應(yīng)生成WC-12Co-xVC硬質(zhì)合金的過(guò)程。
研究表明，隨著VC含量的增加，硬質(zhì)合金的硬度會(huì)隨之增大，而斷裂韌性會(huì)變差。當(dāng)VC含量小于2wt%時(shí)，WC晶粒間分布的V4WC5薄層會(huì)顯著阻礙WC晶粒的生長(zhǎng)；當(dāng)VC含量大于2wt%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生V4WC5薄層和粒徑較大的V4WC5，使最終燒結(jié)試樣中WC和V4WC5的平均晶粒尺寸大于VC含量較低的硬質(zhì)合金。
該研究成果已以“Enhancement of the mechanical properties of ultrafine-grained WC-Co cemented carbides via the in-situ generation of VC”為題發(fā)表在Journal of Alloys and Compounds上。
