[发明专利]具有梯度结构的高压碳化物构件

说明书

背景技术

包括在超高压压机、例如六面顶压机或带式压机中的用于加工金刚石、多晶金刚石复合物和立方氮化硼的砧产生超过50千巴的压力，并且温度接近超过1500℃。一种典型的用于六面顶压机的砧大约有18cm长，具有大约18cm的基圆半径，但这种砧可以更小，或它们可以明显更大。

为了施加一致的压力，砧的工作表面应具有高硬度。随着砧的工作表面的硬度的增加，通过砧施加的压力的一致性也增加。用于形成砧的适宜材料包括例如碳化钨硬质合金，它一般包括分散在钴基体的碳化钨颗粒。

发明内容

本发明内容被提供用于介绍概念的选择，该概念在下文详细的说明书中被进一步描述。本发明内容并不旨在标识所要求保护主题的关键或必要特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护主题的范围。

根据本申请的公开的主题的实施例，一种砧在硬质相中具有金属基体相的浓度梯度。例如，所述砧可以包括硬质相及金属基体相，所述硬质相分散在所述金属基体相中，金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。在一个实施例中，硬质相包括选自以下组的硬质材料：碳化钨、碳化钽、碳化钛和它们的组合物。金属基体相可包括Co、Fe、Ni或它们的组合物。

所述砧可以进一步包括用于施加高压力的工作表面，所述浓度梯度从工作表面延伸至砧内的梯度深度处。在一些实施例中，工作表面处的金属基体相的浓度低于砧内的所述梯度深度处的金属基体相的浓度。例如，相对于硬质材料和金属基体相的总重量，工作表面处的金属基体相的浓度可在约5％重量比至约8％重量比的范围内。相对于硬质材料和金属基体相的总重量，砧内的梯度深度处的金属基体相的浓度可在约9％重量比至约14％重量比的范围内。

在一些实施例中，金属基体相的浓度随着浓度梯度从工作表面向砧内的梯度深度延伸而沿着浓度梯度增加。例如，金属基体相的浓度随着浓度梯度从工作表面向砧内的梯度深度延伸而沿着浓度梯度连续地增加。在一个实施例中，砧内的梯度深度在距离工作表面约0.1mm至约2mm的范围内。例如，砧内的梯度深度可在距离工作表面约0.1mm至约1mm的范围内。

根据一些实施例，砧可以包括多个浓度梯度(例如，多于一个浓度梯度)。例如，砧可以包括第一梯度层，第一梯度层包括第一硬质相和第一金属基体相，所述第一硬质相分散在第一金属基体相中，所述第一金属基体相的浓度根据第一浓度梯度变化。所述砧可以进一步包括第二梯度层，第二梯度层包括第二硬质相和第二金属基体相，所述第二硬质相分散在第二金属基体相中，所述第二金属基体相的浓度根据第二浓度梯度变化。

根据一些实施例，一种制造砧的方法包括：形成分散在金属基体相中的硬质相，金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。在一些实施例中，形成分散在金属基体相中的硬质相包括：获取包括所述硬质相和所述金属基体相的复合材料的样品，所述样品具有第一层和第二层，所述第一层和第二层均包括一定量的金属基体相，其中，一层中的硬质相的元素不足，另一层中的所述硬质相的元素富集。所述方法可以进一步包括：在使所述元素的原子沿从富集层向不足层的方向扩散并使金属基体相的原子沿与所述扩散相同的方向流动的条件下烧结所述样品，从而，在所述样品中产生金属基体的浓度梯度。在一些实施例中，硬质相包括碳化钨，金属基体相包括钴。形成分散在金属基体相中的硬质相还可以包括：烧结金属基体相，所述硬质相分散在金属基体相中，以形成烧结体，并使所述烧结体经受渗碳或再渗碳热处理。

附图说明

以下附图连同详细说明，阐述本发明的实施例，并且连同说明书，用于解释本发明的原理。

附图1是用于六面顶压机的砧的纵向截面图。

附图2是用于六面顶压机的砧的纵向截面的放大图。

附图3是用于六面顶压机的砧的立体图。

附图4是用于六面顶压机的多层砧的立体图。

附图5是用于六面顶压机的多层砧的纵向截面图。

附图6是用于六面顶压机的多层砧的纵向截面的放大图。

附图7是用于带式压机的带和一对砧的纵向截面图。

附图8是用于带式压机的多层带和一对多层砧的纵向截面图。

附图9是描述制造砧的方法的一个实施例的流程图。

附图10是描述制造砧的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中，仅通过示例的方式呈现和描述本发明的某些实施例。本领域技术人员可理解，本发明可以通过许多不同形式实施，且不应解释为限于在此阐述的实施例。