低压热等静压技术，是在克服传统真空烧结时会留下一定数量的孔隙和内部缺陷，降低硬质合金球齿性能的缺点，并将生产设备昂贵且产率低热等静压技术加以改进所形成的新型烧结技术。它能最大限度地消除硬质合金内部的残余孔隙，并细化晶粒，消除其工艺造成的粗晶、钴池及表面成分改变等缺陷，从而提高硬质合金球齿的整体致密度，改善其各项性能，现如今已有不少厂商开始采用这项烧结技术，为市场提供了大量优质的硬质合金球齿。

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梯度结构硬质合金的制备原理是采用含碳量较低的硬质合金，通过真空烧结获得η相硬质合金，并在渗碳气氛中处理以改变Co粘结相的分布情况，使硬质合金球齿不同部位分布不同含量的Co。这就是所谓的梯度分布，硬质合金球齿最外层Co含量较低的贫Co层，中间层为Co含量较高的富Co层，而最内层为WC、Co、η三相显微组织。

梯度结构硬质合金最外层WC含量较高，具有较高的耐磨性，而中间层Co含量较高，具有较高的韧性，所以在凿岩或是挖掘钻孔使用时该类的硬质合金球齿所对应的破坏载荷更高，使用寿命更长。例如，在石灰石隧道钻孔中所采用的带DP55圆锥形球齿的φ45mm冲击钻头，在钻进速度1.96m/min下所有的平均使用寿命为3121m，而常规的硬质合金球齿钻头在1.48m/min下使用寿命只能达到1000m。

国内外许多相关的研究人员做了一些关于梯度结构硬质合金球齿方面的研究，主要针对的是烧结体的尺寸、烧结体的碳含量、渗碳气氛、渗碳温度、渗碳时间等因素对硬质合金梯度的影响。实践研究表明，要形成梯度结构硬质合金，烧结体所含的碳量需比理论值低0.1%-0.4%，适当提高渗碳温度有利于液相Co向烧结体内部迁移。此外，对于不同粒度的烧结体，应相应选择不同的渗碳时间。

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硬质合金球齿在凿岩使用的钻具方面的要求越来越高，既要求其有较好的韧性以防止脆性的断裂，且需要其具有极高的硬度和高耐磨性，而利用超细晶结构可 显著提高硬质合金球齿的使用性能。有研究数据表明，在硬质合金粘结相含量不变的情况下，当WC晶粒度小于1μm时，合金的硬度和强度都会得到显著地提升， 与此同时，随着WC晶粒度的进一步减小，硬质合金球齿的性能提高的幅度将更加显著。

由于纳米晶粒本身颗粒度较小，表面积较大，表面 所具有的反应活性较强，这也使得它的某些特异的性能将能同时提高硬质合金球齿的强度和硬度。所以，许多的有关学者或研究者将研究目标和方向放在了细化硬质 合金晶粒至纳米级,使其达到硬度和强度双双增强的效果。经过多组相关实验表明将纳米材料应用到硬质合金球齿的烧结配方上，其所需烧结温度有了明显的降低， 而相应的强度、硬度以及单齿耐磨性和冲击韧性有着不同程度的提高，从而使得相应的使用寿命延长，生产成本降低。

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以下为稀土掺杂钨酸钙Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶的上转换稳态光谱。

在980nm二极管激光器的激发下，对Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺样品进行上转换稳态光谱测试，测试范围450~700nm，测试结果如图 7所示。 

Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶在475nm处有明显的蓝光发射峰，这个波长的蓝光发射对应Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆能级跃迁。在650nm处出现了微弱的红光发射峰，这个波长的红光发射峰对应于Tm³⁺离子的¹G₄→³F₄能级跃迁。

由于Tm³⁺离子同样不能直接吸收980nm激发波长传递的能量，需要通过Yb³⁺离子的敏化作用实现能级跃迁，因此固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，Yb³⁺离子浓度的改变直接影响上转换发光强度。由图中可以看出，当Yb³⁺离子浓度小于6mol%时，随着Yb³⁺离子浓度不断提高，上转换蓝光和红光发光强度逐渐增强。当Yb³⁺离子浓度大于6mol%时，上转换蓝光发光强度反而减弱，红光发光强度基本不变。说明固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，Yb³⁺离子敏化Tm³⁺离子发光的阈值浓度为6mol%。上转换蓝光和红光发光强度出现这种变化趋势的原因如下：当Yb³⁺离子浓度较低时，随着Yb³⁺离子浓度的增大，更多的Yb³⁺离子不断地将能量传递给Tm³⁺离子，能量传递效率增加，因此上转换蓝光和红光发光强度均增强。当Yb³⁺离子浓度较高时，Yb³⁺离子间距离较小，两个相邻的Yb³⁺离子组成一对，发生合作敏化作用，能量传递效率降低，因此上转换蓝光和红光发光强度减弱。 

固定Tm³⁺离子浓度为2mol%时，Yb³⁺离子浓度的改变同时影响蓝光和红光的比例。分别对蓝光和红光的发射峰面积进行积分，得到蓝光和红光比例如图 8所示。 

Zn_0.1Ca_0.9WO₄：Ho³⁺/Yb³⁺多晶上转换蓝光和红光发光强度比例很大，红光强度远远小于蓝光。当Yb³⁺离子浓度低于5mol%时，随着Yb³⁺离子浓度的增加，蓝红光强度比随之增加。当Yb³⁺离子浓度为5mol%时，蓝红光比值最大。当Ho³⁺离子浓度大于5mol%时，蓝红光比例显著下降。这说明Yb³⁺离子浓度不但对上转换发光强度有影响，还对蓝红光的比例影响显著。

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