综述：无粘结相WC的发展及应用

陶瓷“粘结相”是一种新型非金属粘结相，是将特定陶瓷相（Al₂O₃, MgO, ZrO₂, La₂O₃, Y₂O₃, TiC, VC等）替代传统WC-Co中粘结相Co用于WC材料的制备。相比金属粘结相，陶瓷“粘结相”更为经济，并且具有更高的化学稳定性、硬度、耐腐蚀性、抗氧化性及高温性质。陶瓷“粘结相”选择的基本目标是实现无粘结相WC材料的强化烧结：1）固溶活化烧结（缺陷强化烧结），烧结助剂与WC基体形成固溶体，活化晶格，增加缺陷（格位取代、位错等）浓度，促进WC材料致密化；2）液相强化烧结，烧结助剂具有相对基体WC低的熔点，烧结过程中产生少量能够润湿晶界的液相，降低烧结体的晶界能，加快晶界迁移和传质速率，促进WC材料致密化。例如，图2a及b，以TiC作为碳化物陶瓷“粘结相”，烧结过程中形成(Ti, W)C固溶体，实现晶格活化，促进了无粘结相WC材料致密化并降低了烧结温度。图2c-e，以Al₂O₃作为氧化物陶瓷“粘结相”，烧结过程中产生液相Al₂O₃，通过促进颗粒重排和液相填充后的溶解-析出提高了无粘结相WC材料的致密度。

传统的无粘结相WC材料强韧化方法主要包括：颗粒弥散强韧化、相变强韧化、晶须或纤维强韧化及协同强韧化等。颗粒弥散强韧化是指通过掺杂Al₂O₃, MgO, Y₂O₃, TiC, TaC, SiC及ZrC等第二相颗粒的均匀分布，使得裂纹被阻断或扩展方向发生改变，是其他强韧化方法的基础。相变强韧化是指以ZrO2颗粒作为强韧化相，利用应力诱导马氏体相变起到强韧化作用。晶须或纤维强韧化是指将高模量、高强度的晶须（SiC_w、Si₃C_4w及Al₂O_3w等）或者纤维与WC基体复合，通过晶须或纤维的拔出与桥联以及裂纹偏转与钝化等实现强韧化。

2.2 新概念无粘结相WC材料强韧化方法

新概念无粘结相WC材料强韧化方法主要包括：纳米复合强韧化、原位强韧化、梯度结构强韧化及碳纳米管或石墨烯强韧化等。纳米复合强韧化是指将纳米尺度第二相与WC基体复合而引入的强韧化（例图3）。原位强韧化是指通过设计调控制备工艺，在烧结过程中形成具有一定长径比的基体相WC或者掺杂第二相，实现强韧化。梯度结构强韧化是指通过合理设计梯度结构，在材料表层引入残余压应力，实现强韧化。碳纳米管或石墨烯强韧化是将碳纳米管或石墨烯加入到无粘结相WC材料中以提高其强度和韧性。