硬质合金是由硬质相（如WC、TaC、TiC等）和粘结相（如Co、Ni、Fe等）经烧结后制备的合金块体材料,因其兼具高硬度、高强度、高韧性、良好的耐磨性和化学稳定性等综合性能,被认为是最重要的金属陶瓷材料之一。随着社会的不断发展,WC基硬质合金广泛地应用于各个领域,不同的应用环境也对硬质合金的性能提出了更高的要求。研究表明通过细化WC晶粒到超细甚至纳米级时,可显著提升WC-Co硬质合金的力学性能。而超细WC粉体是制备超细晶硬质合金的重要原料。因此,超细WC粉体的制备及烧结制备超细晶硬质合金成为了近些年研究的热点。目前工业制备WC粉体及WC-Co硬质合金的方法可总结为三步:1.氢气还原钨氧化物（WO3、WO2.9、WO2.72等）制备W粉;2.W粉碳化制备WC粉;3.WC和Co烧结制备硬质合金。由于氢气还原钨氧化物过程中气相水合物的生成,导致的化学气相迁移机理使得制备的钨粉颗粒较大,从而制约了超细WC粉体及超细晶硬质合金的制备。因此,为解决超细WC粉体的低成本、高效率制备难题,本论文摒弃了首先使用氢气还原法制备W粉的工艺流程,而直接基于碳热还原法开发了“碳热还原-固相渗碳”及“碳热还原-气相渗碳”的超细WC粉体制备新工艺。通过将渗碳和烧结过程合并,进一步开发了“碳热还原-渗碳+烧结一体化”及原位增强WC-Co硬质合金的短流程工艺,实现了超细晶硬质合金的制备。论文详细分析了材料制备过程的热力学及反应机理,以及C/WO3摩尔比、反应温度、反应时间等因素对各阶段产物物相、微观形貌、晶粒尺寸、合金性能等的影响规律。取得的研究成果如下:（1）基于碳热还原法开发了“碳热还原-固相渗碳”工艺制备超细WC粉体。通过第一段碳热还原WO3移除所有的氧原子,并控制产物粒度;再根据还原产物与WC理论碳含量的差值精准补碳后进行第二段固相渗碳,控制产物纯度,成功制备了超细WC粉体。研究发现,原料的配碳比和反应温度对各阶段产物的粒径有着重要的影响。随着配碳比的增加和反应温度的降低,产物的粒径逐步减小。并通过调控原料的配碳比及反应温度,实现了 180-820nm不同粒度WC粉体的可控制备。（2）围绕“抑制渗碳阶段导致的WC颗粒长大”这一核心问题,开发了“碳热还原-气相渗碳”法制备超细WC粉体。采用CH4-H2混合气体进行低温气相渗碳,有效解决了渗碳阶段WC颗粒的长大问题。通过调控混合气体中CH4比例,实现完全渗碳的同时,避免了 CH4析碳反应的发生,有效地控制了产物的纯度。针对高配碳比情况下还原产物中部分炭黑残余的问题,提出了在气相渗碳前将游离碳转化为结合碳的焙烧预处理。当C/WO3摩尔比为2.1-2.6时,还原产物的游离碳含量较低,可直接采用CH4-H2混合气体进行气相渗碳。当C/WO3摩尔比为2.7-3.5时,还原产物中残留了部分未反应的炭黑,在1100℃下焙烧4 h,将游离碳转化为W2C或WC中的结合碳后,再进行气相渗碳。最终成功制备了 77-192 nm的超细WC粉体。（3）根据上述“碳热还原-固相渗碳”和“碳热还原-气相渗碳”两种工艺的特点,进一步降低碳热还原阶段的还原温度、延长反应时间制备粒径更细的还原产物。并根据还原产物的残余碳含量,选择不同的低温渗碳工艺。当配碳比为2.1-2.6时,还原产物残余碳含量极低,采用10%CH4-90%H2混合气体低温气相渗碳法;当配碳比为2.7-3.8时,还原产物中残余部分未反应的炭黑,经测碳补碳后,采用低温固相渗碳法。最终成功制备了比表面积为3.88-4.25 m2/g、平均粒度为90.39-98.81 nm的纳米WC粉体。（4）基于“碳热还原-固相渗碳”工艺的研究基础,将固相渗碳和烧结过程合并,开发了“碳热还原-渗碳+烧结一体化”短流程工艺制备WC-Co硬质合金。以WO3、Co2O3和炭黑为原料,1150℃下还原2h后,经测碳、补碳和压制成型后,在1200℃渗碳2h后直接升温至1450℃烧结4h,成功制备了硬度为1972 HV、断裂韧性为12.3 MPa·m1/2的细晶WC-Co硬质合金。可根据不同的目标产物进行原料混合,制备不同Co含量的WC-Co硬质合金。（5）基于短流程工艺的研究基础,以仲钨酸铵、草酸钴、偏钒酸铵和炭黑为原料,通过短流程工艺原位增强WC-Co硬质合金,成功制备WC平均晶粒度为0.46 μm,且W、Co和V元素均匀分布、力学性能优异的超细晶硬质合金。研究发现,V元素的添加和高配碳比有利于细化还原产物粒径,且最终产物中VC的原位生成显著强化了 WC-Co硬质合金的性能。当VC的添加量小于2%时,V元素以V4WC5薄层的形式存在于WC/Co相界中;当VC含量高于2%时,除了 V4WC5薄层外,还会生成粒径较大的V4WC5相。