硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能。它被广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，被喻为“工业的牙齿”，是重要的先进制造领域的加工工具材料，也是一种工业耗材。
坐拥丰富的钨资源，我国是世界上*大的硬质合金生产国，硬质合金产量居世界首位，同时也是*大的消费国。据统计，2021年我国硬质合金产量约为5.2万吨，占全球产量的55%。预计未来5年我国硬质合金需求量仍会逐年稳步增长。
硬质合金对于我国的工业制造如此重要，那么它是如何生产出来的呢？下面我们以硬质合金刀具为例，简述硬质合金的生产与加工流程。
硬质合金的生产主要包括混合料制备、成形、烧结3个工艺过程。
● 硬质合金的基体由两部分组成，其中一部分是硬化物，就是我们常说的碳化钨、碳化钛等，*初它们都是粉末状。这些粉末是硬质合金的主要原材料。比如碳化钨是以钨和碳为原料，将平均粒径为3～5μm的钨粉与碳黑用球磨机干混，充分混合后放入石墨盘，再在石墨电阻炉中加热至1400～1700℃，在高温反应下生成碳化钨。硬质合金基体的另一部分就是粘结金属，一般是铁族金属，加工中常用钴和镍。
● 在研磨室中，各种材料在添加了乙醇、水和有机粘结剂的环境下，被研磨到所需的颗粒大小。这一步在行业里被称为湿法研磨，是在研磨过程中加入有机或无机溶剂作为助磨剂的研磨。
● 液状混合物再被泵送至喷雾干燥器，在热氮气的作用下使乙醇和水蒸发，干燥后的粉末就是尺寸均匀的颗粒状。混合浆料干燥后，会将样品送去质检，此时的粉末由一系列直径为20~200微米的小球组成。
● 通过质检，混合后的粉末会被输送至制造刀片的冲压机。将冲压模具置入机器，控制冲压机的冲头和冲模进行压制，得到基本形状和尺寸的刀具。
● 刚压制好的刀片非常脆弱，需要在烧结炉内进行硬化处理。刀片在1500℃下进行13小时的热处理，使融化的钴与碳化钨颗粒粘结在一起。
● 经过烧结，刀片中聚乙二醇会消失，体积会缩小约50%，刀片也具备了一定硬度。为使刀片具备一定精度，会再对刀刃进行珩磨，磨削刀片的顶部和底部。
● 磨削完成后，进行清洁并喷涂刀片，也就是涂层，再进行质检。
烧结是指把粉末压坯经高温转变为致密体的工艺过程，是硬质合金生产过程中*关键的一个步骤。由于烧结工序产生的废品一般无法通过后续工序进行处理，所以其生产设备的选择对烧结产品的微观组织和性能有着决定性的影响。
上世纪80年代我国硬质合金烧结开始广泛采用真空烧结工艺。在炉内压力小于大气压的条件下进行烧结，叫真空烧结。真空烧结炉分为真空烧结脱蜡一体炉，和脱蜡与真空烧结分开进行的单独真空烧结炉。目前，卧式真空烧结炉使用较广泛。
真空烧结炉主要由真空系统、冷却系统和炉体组成。这种烧结炉是采用石墨棒作为发热体进行加热。发热体外围有由石墨板制成的支承体，碳毡保温层就放在它的四周。此种真空烧结炉它所形成的加热空间，可以根据炉子生产能力的需要而设计碳棒的笼形加热器。此种烧结炉一般有四个面碳棒发热，大型炉子可以六个面均有石墨棒做发热体。卧式真空烧结炉具有装卸料和工艺操作方便、可靠性高、维修性好的特点，可有效地消除氧化物杂质，明显提高烧结产品的纯度和产品物理性能，对于TiC、TaC、NbC等过渡金属碳化物硬质合金的烧结产品效果更加明显。
随着硬质合金工艺的发展，真空烧结技术开始无法满足先进工艺的要求，而采用压力烧结炉生产出的硬质合金产品，致密化程度更高，烧结晶粒更细，组织结构更均匀，抗弯强度有明显的提升。尤其对于细颗粒度粉末，烧结出来的产品优势更加明显。
压力烧结炉是将硬质合金的脱蜡、烧结、热等静压功能集中于一台设备、生产时一次完成的烧结设备，是目前硬质合金生产中*先进的烧结设备。此种烧结炉以德国PVA公司或ALD公司生产的产品为代表。
压力烧结炉主要包括炉体、真空系统、脱蜡系统、加热系统、加压系统和控制系统。这种烧结炉的特点是加热体用石墨制造，采用非常*的测量与控制系统，可以使炉子在可用空间里的温度均匀性获得*佳。隔热筒的特殊设计使得其具有相当长的使用寿命和低的热损失。微处理器控制程序可确保工艺的全自动化和可再现性，以及稳定的产品质量。操作和相关数据的电脑处理可以满足高可靠质量的要求。
采用压力烧结炉进行生产的主要流程是将装好料的舟皿放入炉内，关好炉门，压力烧结炉升温至脱蜡温度（500 ℃左右），并充入H2或其他惰性气体。产品成型剂随着温度升高逐渐逸出，并在真空系统作用下被抽入捕蜡系统（此过程就是常说的脱蜡工序），90%以上被吸收。脱蜡过程结束后，开始烧结阶段，在烧结阶段可以充入CH4、CO2或H2等气体调节合金毛坯的碳量，以控制合金在两相结构内或所需要的组织结构，然后进入高温烧结（1400℃左右），在产品烧结后期向炉内充入适当压强的氩气，使碳化钨颗粒随液相黏结金属向产品内部的空隙和裂纹移动，*大限度地消除产品孔隙和缺陷，增加产品密度和强度, 明显改善产品均匀性，晶粒更细，组织更均匀，提升产品质量和使用寿命。
在十多年前，压力烧结炉的制造技术一直牢牢掌握在德、美、日三国手中。因为压力烧结炉对于硬质合金生产的不可替代性，其售价也比较昂贵。以一台德国某公司量产型6兆帕压力烧结炉为例，2010年前后市场售价在110万欧元以上。国内硬质合金企业为此每年从德国进口相关设备高达数亿元，严重制约了我国硬质合金工业的发展。
近年来，我国压力烧结设备取得了突破性进展，其中以株洲瑞德尔智能装备有限公司（以下简称“瑞德尔”）为代表的国内研发企业，打破了西方的技术壁垒。
瑞德尔从建立起就将目标紧盯硬质合金市场，把压力烧结炉这一高技术含量、高附加值装备作为核心产品，力争实现国产化替代。株洲拥有200多家硬质合金生产企业，这给瑞德尔打下了良好的市场基础。2012年，瑞德尔研发的*台2兆帕压力烧结炉下线；2017年，瑞德尔10兆帕压力烧结炉研发成功，实现了该领域国际先进水平。
依附于株洲本地完备的硬质合金产业链，瑞德尔在硬质合金圈内的知名度迅速提升，并在短短数年时间里，做到了硬质合金领域压力烧结装备市场占有率全国*。
“我们坚持非核心零部件国产化，这样既能保证设备性能和质量，又能极大降低制造成本，这才是我们产品性价比高的关键原因。随着我国制造业水平的整体提高，瑞德尔产品的国产化率和价格优势还会进一步提升。”
株洲瑞德尔董事长李应新表示，近两年瑞德尔压力烧结炉在氮化硅陶瓷领域开辟了新的赛道，未来应用于该领域的压力烧结炉市场体量或将远超过硬质合金行业。瑞德尔也将海外市场作为新的增长点，着力将瑞德尔打造成为国际化知名品牌。
本站部分文章系转载，不代表中国硬质合金商务网的观点。中国硬质合金商务网对其文字、图片与其他内容的真实性、及时性、完整性和准确性以及其权利属性均不作任何保证和承诺，请读者和相关方自行核实。据此投资，风险自担。如稿件版权单位或个人不愿在本网发布，请在两周内来电或来函与本网联系。
