用于真空热压B4C/Al复合材料的石墨模具必须主要具备高温化学稳定性和卓越的机械强度。具体而言，模具必须在约700°C的温度下保持结构完整性，同时承受高达30 MPa的单轴压力。这些规格是不可协商的，以防止在液态铝在高压下填充材料孔隙时发生变形或破裂。
核心要点 石墨模具既是成型容器，也是承载部件；其在特定温度-压力阈值下抵抗蠕变和化学相互作用的能力决定了复合材料的最终密度和尺寸精度。
机械承载能力
承受单轴压力
模具的主要功能是作为粉末成型的刚性容器。
对于B4C/Al复合材料，模具必须承受高达30 MPa的机械压力。如果石墨的抗压强度不足，它将在该载荷下断裂或变形，从而影响复合材料的致密化。
峰值温度下的尺寸稳定性
室温下的强度是不够的；模具必须在高温烧结温度（约700°C）下保持其机械性能。
模具确保液态铝能有效填充碳化硼结构内的孔隙。在此阶段，模具的任何“蠕变”或膨胀都会导致最终产品的尺寸不规则或密度不足。
化学和热性能
高温化学惰性
选择石墨是因为其在真空环境中的化学稳定性。
在700°C下，模具不得与铝基体发生反应。高化学稳定性可防止模具粘附在复合材料上，这对于确保最终零件的表面质量和便于脱模至关重要。
导热性和均匀性
虽然机械强度是主要要求，但石墨的热性能同样至关重要。
模具必须具有高导热性，以便将热量均匀地传递到粉末样品的中心。这确保了盘状整体材料的微观结构一致，防止了内部应力或不均匀烧结。
理解权衡
强度与成本
高强度、高纯度石墨价格昂贵。使用较低等级的石墨可能会降低模具成本，但会增加在30 MPa下模具失效的风险，导致原材料浪费和设备损坏。
惰性与粘附
虽然石墨通常是惰性的，但低质量模具中的杂质可能在高温下与铝发生反应。
这种反应会导致复合材料粘附在模具壁上。这不仅在取出时会损坏模具，而且通常会毁坏B4C/Al复合材料的表面光洁度，需要昂贵的后处理加工。
为您的目标做出正确选择
要为您的烧结工艺选择正确的石墨等级，请优先考虑您的具体产出要求：
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先选择具有高抗压强度和低热膨胀系数的石墨等级，以抵抗30 MPa下的变形。
- 如果您的主要关注点是表面光洁度：优先选择高纯度石墨，具有优异的化学惰性，以确保易于脱模和无反应层的清洁表面。
理想的模具是“看不见”的——完美地传递热量和压力，而不会在化学或物理上改变最终零件。
总结表：
| 要求 | 规格 | 益处 |
|---|---|---|
| 抗压强度 | 必须承受≥ 30 MPa | 防止模具破裂并确保材料完全致密化 |
| 热稳定性 | 可在700°C+下运行 | 在烧结过程中保持尺寸精度并抵抗蠕变 |
| 化学惰性 | 高纯度碳 | 防止铝反应，确保清洁脱模和表面光洁度 |
| 导热性 | 高且均匀 | 确保微观结构一致并防止内部应力 |
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