石墨模具充当了原材料与烧结设备之间的关键结构界面。它们同时承担三项功能：定义松散粉末的几何形状，作为均匀加热的热导体，并具备在不变形的情况下将巨大的液压传递给高熵合金（HEA）所需的高温强度。
核心要点 真空热压的成功依赖于石墨模具在金属会失效的温度下保持机械完整性的独特能力。它从一个简单的容器转变为一个主动的压力传递介质，确保合金均匀致密化，同时保护其免受氧化。
物理作用：容纳和成型
定义几何形状
石墨模具最直接的功能是充当精密容器。它将松散的金属粉末混合物限制在特定的、预定义的几何形状中（通常是圆柱形）。
保持尺寸精度
与可能软化或变形的金属模具不同，石墨模具保持严格的尺寸稳定性。它在 900°C 至 1700°C 的加工温度范围内抵抗变形。这确保了最终烧结部件精确匹配预期的设计规格。
机械作用：压力传递
充当刚性介质
模具不仅仅是容纳粉末；它还会主动对其进行压缩。它充当传递介质，将外部液压缸的力直接传递到粉末压坯上。
承受高轴向载荷
为了在难熔高熵合金中实现高密度，该工艺需要显著的压力，通常在 25 MPa 至 49 MPa 之间。石墨模具具备必要的高温强度，能够承受这些轴向载荷而不发生塌陷，确保压力有效地施加到粉末上以驱动致密化。
热学作用：传导和分布
促进均匀加热
石墨是优良的热导体。在真空热压过程中，模具确保热量均匀分布到整个粉末压坯中。
消除热梯度
通过均匀传导热量，模具可防止合金内部出现“热点”或冷区。这种热均匀性对于整个高熵合金块的一致微观结构和机械性能至关重要。
化学和操作作用
创造还原气氛
在高温下，石墨会产生局部还原气氛。这种化学环境有助于保护合金粉末（如 CoCrCuFeNi）免受氧化，保持材料的纯度。
便于脱模（润滑性）
石墨具有天然的润滑性。这种表面特性可防止烧结合金粘附在模具壁上，从而在工艺完成后轻松取出样品，而不会损坏部件。
理解权衡
压力限制
虽然石墨强度高，但与延性金属相比，它很脆。它所能承受的液压存在明确的限制（参考资料指出最高约为 49 MPa）。为实现更高密度而超过此限制，则有模具发生灾难性断裂的风险。
化学相互作用风险
虽然还原气氛通常有利于防止氧化，但在极端温度（高达 1700°C）下，碳与特定合金元素之间的相互作用必须受到监控。在所有情况下，模具都不是化学惰性的，如果工艺参数控制不当，可能会发生意外的碳扩散。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的烧结工艺，请考虑模具的哪个功能对您的特定合金成分最为关键：
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先考虑模具的高温刚性，并确保工艺温度保持在经过验证的非变形范围内（始于 900°C）。
- 如果您的主要关注点是材料纯度：利用石墨的还原气氛来防止氧化，但要仔细监控最高温度，以避免过度的碳污染。
- 如果您的主要关注点是致密化：最大化压力传递能力，但要确保液压力保持在 20-49 MPa 的安全窗口内，以防止模具断裂。
最终，石墨模具不仅仅是一个被动的容器，它还是一个积极的参与者，决定着您最终合金的热学和力学历史。
总结表：
| 功能类别 | 烧结过程中的关键作用 | 实际效益 |
|---|---|---|
| 物理 | 容纳和精密成型 | 在 900°C - 1700°C 下保持尺寸精度 |
| 机械 | 高压传递 | 在 25-49 MPa 的轴向载荷下促进致密化 |
| 热学 | 均匀热量分布 | 消除热梯度以实现一致的微观结构 |
| 化学 | 局部还原气氛 | 保护合金粉末免受氧化并简化脱模 |
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