1.1.3 碳化钒（铬）的性质及应用
钒、铬的碳化物都属于过渡金属碳化物（晶体结构如图1.4和图1.5所示），具有较高的硬度、熔点和高温强度。同时碳化钒和碳化铬除了具有这些一般的特性外，也展现了良好的导电导热性［6］。这些优良的性能确保了它们在钢铁冶金、硬质合金、电子产品、催化剂和高温涂层材料等方面的广泛应用［7-8］。
图1.4 V8C7的晶体结构
图1.5 Cr3C2的晶体结构
（1）晶粒抑制剂
钒和铬的碳化物作为晶粒抑制剂加入硬质合金和陶瓷领域中是其最广泛的应用，其中在硬质合金领域的应用尤为重要。硬质合金的硬度非常高，仅次于金刚石和陶瓷材料，被喻为“工业的牙齿”，广泛应用于耐磨、抗压、耐腐蚀等几大工具领域中［9-11］。随着硬质合金在核能源、高新尖端科学技术及武器装备等方面显示出越来越重要的价值，高性能的WC硬质合金的制备成为大势所趋。最佳优化途径就是细化WC晶粒尺寸，合成超细甚至纳米尺寸的硬质合金，这已经成为超细硬质合金制备技术的主要部分［12］。在WC的烧结过程中加入晶粒抑制剂可以有效地解决这一问题。它们的加入量一般与液相黏结相的最大饱和浓度有关，加入量越大，最大饱和浓度越大，所起的作用也越大，从而得到最细的显微结构。文献报道［13-15］，各种碳化物抑制剂的抑制效果由它们的热力学稳定性决定，其抑制作用大小顺序为：V8C7>Cr3C2> NbC>TaC>TiC>ZrC。
在纳米级硬质合金的制备过程中，晶粒长大现象发生在1150℃以后 ［14］，所以，如果晶粒抑制剂的溶解温度过高，不但很难起到降低WC晶粒尺寸的作用，甚至会进一步恶化硬质合金的性能，故纳米级的碳化钒、碳化铬、碳化钒/铬复合粉末凭借其优良的抑制效果成为需求越来越多的产品。同时，由于过渡金属碳化物独特的物理性能，在合成硬质合金时，它们还可以作为硬质相，提高硬质合金的硬度和寿命，并且会使硬质合金的磁能积、导磁率、居里温度、饱和磁化强度、剩磁、矫顽磁力等大大降低，生产出无磁合金［15-17］。
（2）钢铁添加剂
碳化钒和碳化铬在钢铁行业中具有非常广泛的应用。碳化钒添加于钢中能使钢的延展性、强度、耐磨性、硬度、耐蚀性以及抗疲劳强度等性能大大提高，使钢的综合力学性能更好，并且使其具有良好的可焊接性，而且能起到消除夹杂物延伸等作用［18-20］。在炼钢过程中，加入碳化铬能大幅度提高钢的韧性、抗弯强度和抗氧化性［21-22］。如果添加碳化钒/铬复合粉末，钢的综合性能会得到很大的改善。尤其是对于一些高强度低合金化和高强度耐磨的特种钢的冶炼，碳化钒、碳化铬或者碳化钒/铬复合粉末的加入，会使钢材内部的晶粒细化过程得到强化，并且会使晶粒在发生位错时伴随的延伸等现象受到极大阻碍，从而不利于晶界迁移的产生，极大程度地增强钢材的综合性能［23］。
在最新的中国钢铁行业报告分析中指出，钢铁行业必然朝着转型升级、结构调整、兼并重组这一方向发展，要想提高市场竞争力，就必须拥有独立自主产权的高质量钢，重视钒、铬等微合金元素的应用。尤其是纳米碳化钒/铬复合粉末的发展，会给钢铁行业带来无限生机。
（3）其他方面的应用
此外，碳化钒和碳化铬除了作为晶粒抑制剂和钢铁添加剂外，由于其独特的性能，而广泛应用于各个领域。例如，作为一种典型的过渡金属碳化物，碳化钒类似于一种高硬度的陶瓷耐火材料。因为其高硬度和磁性，可以在不同的切削和耐磨工具中作耐磨材料，并广泛应用于刀具中。同时，碳化钒在烃类反应中具有抵抗“催化剂中毒”的能力，并且具有较高的稳定性、选择性和活性，故作为一种高性能的催化剂得到了认可及应用。有资料显示，在合成金刚石方面，碳化钒还可以作为一种新型碳源。此外，它可以作为提纯金属纯钒的原料［24，25］。还有，碳化钒由于其扩散系数低，键合能力强，使其在电子器件的制备上具有非常大的优势。碳化铬具有高的硬度、强度、耐蚀性和低密度等特点，广泛应用于轴承、喷嘴、高温炉、密封件和金属加工磨具等工业生产中。在粉末冶金行业中应用也比较广泛［26-28］。碳化钒/铬复合材料作为一种新材料，综合了碳化钒和碳化铬的优点，具有非常广阔的应用前景。