石墨模具在金刚石/铜复合材料的真空热压烧结过程中充当主要的结构容器和主动压力传递介质。它们负责限制粉末混合物以确定其几何形状，传递巨大的液压以使材料致密化，并调节热流，同时抵抗极端的热条件。
核心见解：石墨模具的用途在于其能够同时充当高强度机械活塞和化学惰性容器。它必须传递巨大的物理力来致密化复合材料，同时又不能与铜基体发生物理结合，也不能在烧结所需的高温下发生变形。
结构封装和几何形状
在烧结过程中，石墨模具最直接的作用是确定最终复合材料的物理形状。
确定部件形状
模具充当松散的金刚石和铜复合粉末的精确容器。它将混合物固定在适当的位置，确保最终烧结的部件满足特定的尺寸要求。
在高温下保持完整性
模具在承受高达900°C（甚至可能更高）的温度时，必须保持其形状和强度。与许多在这些温度下会软化的金属不同，高强度石墨在加热阶段能保持其结构刚性，确保复合材料不会翘曲。
压力传递和致密化
除了简单的封装，模具还是材料机械致密化的一个活跃组成部分。
传递液压
模具组件充当将外部液压系统压力直接传递到粉末的介质。它必须承受并传递巨大的压力，通常达到80 MPa（某些应用要求高达 100 MPa），以促使颗粒接触。
促进颗粒扩散
通过有效地传递这种单轴压力，模具将铜和金刚石颗粒压在一起。这种机械压缩会排出捕获的气体，对于实现高材料密度和牢固的金属性结合至关重要。
热调节
选择石墨不仅是因为其强度，还因为它在烧结动力学中至关重要的热性能。
均匀热分布
石墨具有高导热性。这使得模具能够快速而均匀地将热量从炉膛元件传递到复合材料样品。
促进均匀烧结
均匀热传递可防止出现“热点”或铜基体的不均匀熔化。这种一致性对于基体金属的均匀扩散至关重要，可确保最终复合材料在其整个体积内具有均匀的物理性能。
化学相容性和表面质量
模具壁与复合材料之间的相互作用决定了最终表面光洁度的质量。
防止基体粘附
在还原气氛中，石墨与铜在化学上是惰性的。这可以防止铜基体与模具壁粘合或粘附，这是其他模具材料常见的问��。
确保平稳脱模
由于模具不粘附铜，因此冷却后可以轻松取出烧结好的复合材料样品。这可确保高质量的表面光洁度，并减少大量的后处理加工。
理解权衡
尽管石墨是该工艺的标准材料，但它也带来了一些必须加以管理的特定操作限制。
氧化风险
石墨在高温下与氧气接触时会迅速氧化和降解。因此，使用石墨模具严格要求真空或惰性气体气氛，以保持模具的完整性并防止其烧毁。
机械脆性
尽管石墨在高温下具有出色的抗压强度，但与钢相比，它比较脆。液压缸的错位或不均匀加载可能导致模具灾难性断裂，而不是塑性变形。
为您的项目做出正确选择
选择适合您模具的特定石墨牌号取决于您的优先指标。
- 如果您的主要重点是最大密度：优先选择能够承受超过 80 MPa 压力的高强度石墨牌号，以确保最大程度的压实而不会导致模具失效。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择具有细晶结构的等静压石墨，以确保均匀的热膨胀和与铜基体的最小反应。
真空热压的成功取决于将石墨模具视为一个关键的、主动的工具，它同时调节压力、温度和表面化学性质，而不仅仅是一个容器。
总结表：
| 功能 | 在烧结过程中的作用 | 对最终复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 结构封装 | 定义几何形状并在 900°C 以上保持形状 | 确保尺寸精度并防止翘曲 |
| 压力传递 | 传递高达 80-100 MPa 的液压 | 实现高密度和牢固的金属性结合 |
| 热调节 | 通过高导热性提供均匀的热分布 | 防止热点，实现均匀的材料性能 |
| 化学惰性 | 防止铜基体与模具壁之间发生粘合 | 确保易于脱模和卓越的表面光洁度 |
| 气氛支持 | 在真空/惰性环境中运行 | 防止氧化并保持材料纯度 |
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