CN103958045A - 具有梯度结构的高压碳化物构件 - Google Patents

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Abstract

公开了一种砧，包括：硬质相以及金属基体相，所述硬质相分散在所述金属基体相中，其中，所述金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。该砧可用于高压压机中。还公开了制造砧的方法，所述砧包括形成分散在金属基体相中的硬质相，所述金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。

Description

具有梯度结构的高压碳化物构件
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。
本申请的公开的主题的实施例总体上涉及一种包括浓度梯度(即，梯度结构)的砧。例如，所述砧可以包括硬质相及金属基体相，所述硬质相分散在该金属基体相中，其中，金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。在某些实施例中，所述砧包括金属基体相浓度梯度，使得所述砧在砧的工作表面处(即，邻近于压机的最高压力的表面)具有相对较低浓度的金属基体相，而在砧内的一梯度深度处具有相对较高浓度的金属基体相。也就是说，所述砧中的金属基体相浓度最低是在所述砧的所述工作表面处，所述金属基体相浓度可以根据浓度梯度(如，金属基体相浓度梯度)增至其最高浓度，所述浓度梯度从砧的工作表面延伸至砧内的梯度深度。
砧梯度结构在压机压力增至超过60千巴时特别有用。为了增加内部压机压力，通常对砧施加更高的施加载荷。这增加了发生在接触位置处的塑性变形量。这种塑性变形在金属相中产生局部永久应变，这将弱化材料，降低所述砧的使用寿命。塑性变形还使得所述砧在产生内部压机压力时效率降低，这进而导致施加额外载荷以补偿效率的损失，从而进一步降低砧的使用寿命。减少接触区域的钴的局部梯度结构，能够降低塑性变形量，从而减少金属相中的永久应变，砧能在使用过程中更好地保持它们的形状。
包括在超高压的压机中的砧在美国专利No.5780139中被更详细地描述，其整个内容在此以参考的形式被特别地引用。高硬度碳化钨硬质合金的硬度适合于砧的工作表面，但其断裂韧度较低，并可能在使用过程中当峰值应力作用在砧上时形成裂缝。因此，单块式砧在所需要的砧表面处的抗塑性变形性和具有阻止灾难性的裂缝生长的足够韧性之间折中，并且目前砧硬度限于约90-92Rc(洛氏硬度)。
为了克服上述问题，砧已由多个包括不同级的碳化钨硬质合金的层制成，其中，邻近于压机的最高压力的工作层比其背后的支撑层具有更高的硬度，且支撑层比工作层具有更高的韧性。但是，这种砧的每一层包括一致成分的碳化钨硬质合金，该碳化钨硬质合金在整个层中几乎不具有碳化钨或钴浓度的变化。相似地，仅包括单层碳化钨硬质合金的砧在整个材料中几乎不具有碳化钨或钴浓度的变化。因为碳化钨硬质合金的硬度取决于碳化钨的浓度，韧性取决于钴的浓度，所以这种层在整个层内具有大致恒定的硬度和韧性。另外，层状结构不易制造，因为粉末要么通过层合技术，要么在生料状态下通过机加工细致地形成层。在烧结中，各个层以不同的速率结合，这能导致进而可产生裂缝的与烧结相关的应力。在使用中，具有不同层的砧可具有明显的缺点，因为出现在层之间的分界面区域的残余应力可能导致过早形成裂缝和层剥离。相应地，对于砧而言需要碳化钨硬质合金同时具备高硬度和韧性，而且要避免在不同层中的分界面处形成应力集中，以提供能够提供压机中的极高压的超高压压机砧，同时能保持抗裂性和一致的寿命。
作为示例，使用用于六面顶压机的砧来描述实施方式。附图1中，示出了六面顶压机砧100，其包括从工作表面112延伸至砧内的一梯度深度113的浓度梯度111。例如，浓度梯度111可以是梯度层。砧还包括砧的邻近于浓度梯度111的部分114、基部115和顶部116。在某些实施例中，浓度梯度111可以从整个工作表面112(即，顶部116的整个外表面)延伸至砧内的梯度深度113。在其他实施例中，浓度梯度111可以仅从工作表面112的一部分延伸至仅砧内的梯度深度113的一部分。砧的实施例可以用于在金刚石和立方氮化硼稳定的压力范围操作的任何超高压压机。
例如，砧的实施例可以用于多砧式六面顶压机，例如以下文中所述的那些顶压机：Walker David在“美国矿物学家”(American Mineralogist)第76卷，1092-1100页(1991)上发表的“Lubrication,gasketing,and precisionin multianvil experiments”；Shatskiy,T等在“地球与行星内部物理学”(Physics of the Earth and Planetary Interiors)(2011年8月11日)上发表的“High pressure generation using scaled-up Kawai-cell”；Frost在“地球与行星内部物理学”(Physics of the Earth and Planetary Interiors)第143卷,第1-2期，507-514页(2004)上发表的“A new large-volume multianvil system”；以及美国临时申请No.61/564,816的附录1，以上每篇文献的全部内容在此以参考的形式引用。特别地，砧的实施例可以用于单轴多砧式压机，其中，载荷传递至六个楔子，进而围绕压机立方体装入8个砧。可选地，砧的实施例可以用于6砧式六面顶压机，其用于加载如美国临时申请No.61/564816的附件1所示的8砧系统。
附图2是浓度梯度111和邻近于所述浓度梯度111的砧体部分114的展开图。如附图2中的箭头所示，金属基体相的浓度可以随着浓度梯度111从工作表面112向砧内的梯度深度113延伸而沿着浓度梯度111增加。在一些实施例中，金属基体相的浓度可以随着浓度梯度111从工作表面112向砧内的梯度深度113延伸而沿着浓度梯度111连续增加。例如，金属基体相的浓度可以随着浓度梯度111从工作表面112向砧内的梯度深度113延伸而沿着浓度梯度111线性变化。但是，本发明并不限于连续或线性的浓度梯度，相反，金属基体相的浓度也可以沿着浓度梯度非线性变化、或甚至非连续地变化。
通过包括金属基体相浓度梯度，砧的硬度和韧性可以在砧内的不同位置处变化，以便在砧内提供适合于每个特殊位置的硬度和韧性。例如，通过使工作表面处的金属基体相的浓度比传统砧材料中的金属基体相的典型浓度低且低于砧内的梯度深度处的金属基体相的浓度，砧的工作表面的硬度(即，抗压强度)可以相对于砧的其他部分以及传统的砧材料增加。在一些实施例中，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在约5％重量比至约8％重量比的范围内。另外，通过使砧内的梯度深度处的金属基体相的浓度高于工作表面处的金属基体相的浓度，砧内的梯度深度处的韧性可(相对于工作表面)增加。在某些实施例中，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在约9％重量比至约14％重量比的范围内。
硬质相可以包括任何适宜的硬质材料，例如碳化钨、碳化钽、碳化钛或它们的组合。另外，金属基体相可以包括任何适宜的结合材料，例如Co、Fe、Ni或它们的组合。在某些实施例中，砧包括碳化钨硬质合金。也就是说，例如硬质相可以包括碳化钨，金属基体相可以包括钴。通过包括浓度梯度，砧在工作表面处的钴浓度可以低于砧内的梯度深度处的钴浓度，并低于典型的碳化钨硬质合金砧材料中的钴浓度。由于较低的钴浓度，砧的工作表面可具有增高的硬度(相对于砧内的梯度深度处及相对于典型的碳化钨硬质合金砧材料)，因此，工作表面能施加更高和更一致的压力。这种砧在工作表面处也可以具有减小的韧性(相对于砧内的梯度深度处及相对于典型的碳化钨硬质合金砧材料)，这导致工作表面易碎，并比砧的其他部分更易开裂。
同时，浓度梯度可以导致砧内的梯度深度处的钴浓度比工作表面处的钴浓度更高，并等于或高于(例如，稍微高于)典型的碳化钨硬质合金砧材料中的钴浓度。因此，砧内的梯度深度处的韧性可以比工作表面处的韧性更高，而且它可以等于或高于典型的碳化钨硬质合金砧材料的韧性。这种砧也可以在砧内的梯度深度处具有减小的硬度(相对于工作表面)。
在一些实施例中，砧内的梯度深度在距离工作表面约0.1mm至约3mm的范围内。例如，砧内的梯度深度可在约0.1mm至约1mm的范围内，或在约0.1mm至约0.5mm的范围内。通过具有仅延伸至所述砧内的较浅深度处(例如，约2mm或更少)的浓度梯度，可以确保砧的低钴含量的部分(即，高硬度，但低韧性)不会暴露在压机的最高剪切应力下(即，可能导致砧开裂的最大剪切应力)。也就是说，为防止易碎的高硬度工作层开裂，工作层不暴露在砧的最大应力下。典型地，峰值剪切应力产生在工作层的压力施加表面之下的小的距离处。梯度深度选取小于该距离，以确保峰值剪切应力产生在砧的钴浓度高于工作表面的钴浓度的部分处。通过使用钴(或其他结合材料)浓度梯度，允许在砧内包括砧的邻近于高硬度工作表面的较高韧性部分。换句话说，通过使用结合金属浓度梯度调整砧，允许形成性能更好的砧，该砧应能够比不包括梯度结构的砧持续地更长时间地经受它的作业环境。
超高压压机可以包括根据本发明的实施例的砧。附图3中示出了能使用在六面顶压机中的六面顶压机砧100的更多细节视图。六面顶压机是用于制造金刚石或立方氮化硼、或将这些材料加工为多晶复合物的高温高压压机的一种形式。这种压机广泛记载在专利或文章中，并被众多金刚石及相关材料生产者使用。在这种压机中，六个正交布置的砧通过液压驱动器同步相向运动。会聚的砧施加增大的压力在由砧面限定的立方容积内的材料上。砧的边缘之间的缝隙由高压垫圈材料、例如叶腊石密封。压力施加在砧的正方形端面，并通过垫圈材料施加到岔开的侧面。
如附图3所示，在本发明的砧的示例实施例中，六面顶压机砧100包括基部115和顶部116。基部115具有近似圆柱的形状，顶部116具有被截头的四方棱锥形状。工作表面112相对于砧的其他部分具有最高硬度和最低韧性。工作表面112具有面向压机的最高压力腔的正方形端部或工作面117。四个侧面118以约45°的角度倾斜远离端面的边缘。当通过砧施加压力时，垫圈材料挤出进入侧面之间的缝隙中。工作表面是压机向被压材料施加压力的表面。工作表面的高硬度是有利的，因为它确保一致的超高压力能够施加至被压材料。同时，较高的硬度有助于抵抗使用期间的塑性变形。如前所述，在此描述的砧仅为举例说明。本发明并不是仅局限于这种类型的砧。砧可以被调整以适配任何适宜的应用场合，以确保高压的一致施加。
在另一实施例中，砧包括多个层，例如美国专利No.5,780,139中描述的多个层，该专利的整个内容在此以参考的形式特别合并引用。例如，在附图4中，六面顶压机砧200包括七层(如，描述了硬度和韧性不同的第一或工作层219、第二层220、第三层221、第四层222、第五层223、第六层224以及第七层225)。根据美国专利No.4,350,528，包括多个层的每个砧可以由扩散结合在一起的多个碳化钨硬质合金层制作，该专利的整个内容在此以参考的形式特别合并引用。
与上文描述的砧类似，包括多个层的砧包括工作表面212、基部215和顶部216。该基部包括大致圆柱形层，顶部包括被截头的棱锥层。一个或多个中间层可能是部分棱锥形状、部分圆柱形的。
第一或工作层219为截头的棱锥形式，并包括如上描述的浓度梯度(即，梯度结构)。例如，工作层可包括第一硬质相和第一金属基体相，该硬质相分散在该第一金属基体相中，其中，该第一金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。在某些实施例中，工作层包括第一金属基体相浓度梯度，使得工作层在工作层的工作表面处具有相对较低的金属基体相浓度，在工作层内的第一梯度深度处(即，附图5中所示的第一梯度深度313)具有相对较高的第一金属基体相浓度。第一硬质相、第一金属基体相和第一浓度梯度与上述对应特征是相似的，因此将省略对这些特征的进一步描述。
如附图4中所示，工作层219具有正方形端部或工作面217，其朝向压机的高压腔。四个侧面218以约45°的角度倾斜远离端面的边缘。如美国专利No.5,780,139中描述，砧还可以包括第二层220、第三层221、第四层222、第五层223、第六层224和第七层225。这些层可以以与美国专利No.5,780,139中描述的方式相同的方式形成。但是，这些层中的至少一个可包括第二浓度梯度。例如，所述砧可以包括第二层，该第二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所述第二金属基体相中，其中，所述第二金属基体相的浓度根据第二浓度梯度变化。例如，在附图5中，六面顶压机砧300包括：第一浓度梯度311，其从工作表面312延伸至工作层319内的第一梯度深度313；以及第二浓度梯度331，其从第二层320内的第二梯度深度333延伸至第二层320的表面332。在附图5中，砧300还包括第三层321、第四层322、第五层323、第六层324和第七层325。
附图6是包括第二浓度梯度331的第二层320的一部分的展开图。在某些实施例中，第二层320包括第二金属基体相浓度梯度，使得第二层320在第二层的表面332处具有相对较高的第二金属基体相浓度，在第二层内的第二梯度深度333处具有相对较低的第二金属基体相浓度。如附图6中的箭头所示，第二金属基体相的浓度可随着第二浓度梯度311从第二层320内的第二梯度深度333向第二层320的表面332延伸而沿着第二浓度梯度311增加。在某些实施例中，第二金属基体相的浓度可以随着第二浓度梯度311从第二层320内的第二梯度深度333向第二层320的表面332延伸而沿着第二浓度梯度311连续增加。
通过使第二层的表面332处的钴浓度高于第二层内的第二梯度深度333处的钴浓度，第二层的表面332可以比第二层内的第二梯度深度333处的韧性具有相对更高的韧性。另外，第二层的表面332的钴浓度可比典型的碳化钨硬质合金材料中的钴浓度相对更高，因此，第二层的表面332可以具有比典型的碳化钨硬质合金砧材料的韧性相对更高的韧性。由于其增加的韧性，第二层的表面332可具有增高的抗裂缝生长性。相应地，第二层的表面332可定位在砧中，使得其暴露于砧上的最大剪切应力，因此改善了砧的疲劳寿命。例如，第二层的表面332定位于邻近工作层319。根据本发明的实施例的砧可以根据需要进一步包括附加的金属基体相浓度梯度。
另一种已知的通常应用于金刚石工业的压机类型是带式压机。附图7中示出了示例性的带式压机400。带式压机具有环形的“带”或环，该“带”或环具有被收缩至环上的环形体442环绕的中央环形体441。中央环形体441可以是硬质合金(如碳化钨硬质合金)，并可以包括在此描述的浓度梯度。一对大致圆锥形的砧443轴向移动进入带中的锥形孔444，以在砧之间产生带内的高压。砧可以包括硬质合金(如碳化钨硬质合金)，并包括在此描述的浓度梯度。砧被环445(如钢环)围绕。如上所述，砧和带之间的缝隙由叶蜡石或类似物密封。
在此描述的技术可以用于制作用于带式压机的碳化钨硬质合金带和砧。例如，承受高压的带的环形工作表面451可以包括浓度梯度，使得工作表面451具有增高的硬度和降低的韧性。每个砧具有进入带的中央孔内来施加高压的工作表面450。相应地，工作表面450可以包括浓度梯度，使得工作表面450具有增高的硬度和降低的韧性。
附图8示出了一种示例性的带式压机500，其包括多层带和多层砧。如上所述，带式压机500具有环形体541和542、砧543、孔544以及工作表面550和551。砧543被环545(如钢环)围绕。但是，在该实施例中，环形体541还包括环形工作层546和支撑层547。如上所述，环形工作层546可以包括浓度梯度，以提高工作表面551的硬度。另外，如上所述，支撑层547中的至少一层可以包括浓度梯度，以提高支撑层的表面的韧性。
在该带式压机500中，砧543包括工作表面550，如上所述，并且它们包括工作层548和支撑层549。如上所述，工作层548可以包括浓度梯度，以提高工作表面550相对于梯度深度处的硬度。另外，如上所述，支撑层549中的至少一层可以包括浓度梯度，以提高支撑层的表面的韧性。砧的任何表面和/或带的工作表面551可以包括在此所述的浓度梯度。
砧和带的实施例可以通过任何适宜的用于形成包括分散在金属基体相中的硬质相的砧或带的方法形成，其中，金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。砧或带的形状可以使用众所周知的机加工方法形成。浓度梯度可以在砧或带的形状形成之前或之后形成。例如，砧或带可以通过烧结、磨削来形成砧或带的形状，然后处理以形成浓度梯度。可选地，砧或带可以通过烧结、处理来形成浓度梯度，然后磨削以形成砧或带的形状。在另一个实施例中，砧或带可以同时通过烧结和形成浓度梯度来形成，然后磨削以形成砧或带的形状。
浓度梯度可以根据美国专利No.7569179和7699,904中描述的方法形成，它们的整个内容在此以参考的形式特别引用。例如，形成分散在金属基体相中的硬质相的方法600可以包括：获取包括硬质相和金属基体相的复合材料(610)，该复合材料具有第一层和第二层，第一层和第二层均包含一定量的金属基体，其中，一层中的硬质相的元素不足，另一层中的该硬质相的元素富集。所述方法600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的原子沿与所述扩散相同的方向流动的条件下烧结所述复合材料(620)，从而，在所述复合材料中产生金属基体的浓度梯度。还可以在烧结过程之后进行的单独的高温过程中产生所述梯度。例如，根据在此引用的任何工艺，完全成型的砧可以经受后烧结处理来形成浓度梯度。
可选地，浓度梯度可以根据美国专利No.5279901、5453241、5856626以及6706327中描述的方法形成，它们的整个内容在此以参考的形式特别引用。例如，一种形成分散在金属基体相中的硬质相的方法700可以包括：烧结所述金属基体相，所述硬质相分散在所述金属基体相中，以形成烧结体(710)；以及使烧结体在高温下经受渗碳或再渗碳热处理(如，部分渗碳或再渗碳热处理)(720)。
虽然上文中只详细描述了少数的实例性实施例，但对于本领域技术人员来说将很容易理解，在实例性实施例中很多修改是可能的而不会实质上背离本发明。因此，所有这样的修改旨在被包括在下文的权利要求书所定义的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种砧，包括：
硬质相；以及
金属基体相，所述硬质相分散在所述金属基体相中，其中，所述金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。
2.根据权利要求1所述的砧，其中，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。
3.根据权利要求1所述的砧，其中，金属基体相包括选自以下组的材料：Co、Fe、Ni和它们的组合物。
4.根据权利要求1所述的砧，进一步包括用于施加高压力的工作表面，其中，所述浓度梯度从所述工作表面延伸至所述砧内的一梯度深度处。
5.根据权利要求4所述的砧，其中，工作表面处的金属基体相的浓度低于砧内的梯度深度处的金属基体相的浓度。
6.根据权利要求4所述的砧，其中，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在约5％重量比至约8％重量比的范围内。
7.根据权利要求4所述的砧，其中，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在约9％重量比至约14％重量比的范围内。
8.根据权利要求4所述的砧，其中，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。
9.根据权利要求8所述的砧，其中，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连续地增加。
10.根据权利要求4所述的砧，其中，砧内的梯度深度在距离工作表面约0.1mm至约3mm的范围内。
11.根据权利要求4所述的砧，其中，砧内的梯度深度在距离工作表面约0.1mm至约1mm的范围内。
12.根据权利要求1所述的砧，其中，所述砧包括具有硬质相和金属基体相的第一层，所述砧进一步包括第二层，所述第二层包括：
第二硬质相；以及
第二金属基体相，所述第二硬质相分散在所述第二金属基体相中，其中，所述第二金属基体相的浓度根据第二浓度梯度变化。
13.一种超高压压机，包括如权利要求1所述的砧。
14.根据权利要求13所述的超高压压机，进一步包括带，该带包括硬质相和金属基体相，所述硬质相分散在所述金属基体相中，其中，所述金属基体相的浓度根据浓度梯度变化。
15.一种制造包括分散在金属基体相中的硬质相的砧的方法，其中，所述金属基体相的浓度根据浓度梯度变化，所述方法包括：
获取包括所述硬质相和所述金属基体相的复合材料，所述复合材料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，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；以及
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的原子沿与所述扩散相同的方向流动的条件下烧结所述复合材料，从而在所述复合材料中产生金属基体的浓度梯度。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，硬质相包括碳化钨，金属基体包括钴。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述烧结形成烧结体，并且所述方法进一步包括磨削所述烧结体以形成砧。
18.一种制造包括分散在金属基体相中的硬质相的砧的方法，其中，所述金属基体相的浓度根据浓度梯度变化，所述方法包括：
烧结金属基体相，所述硬质相分散在所述金属基体相中，以形成烧结体；以及
使烧结体经受渗碳或再渗碳热处理。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，硬质相包括碳化钨，金属基体包括钴。
20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：在使所述烧结体经受渗碳或再渗碳热处理之前，磨削所述烧结体，以成形砧。
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