在真空热压烧结中，石墨模具具有三个主要功能：容纳松散的高熵合金粉末、定义涂层的宏观几何形状以及传递致密化所需的轴向压力。它充当机器液压系统与材料之间的关键结构界面，在典型的 950°C 和 30 MPa 条件下保持完整性。
核心要点 选择石墨不仅是因为它能保持形状，还因为其独特的耐高温机械强度、导热性和天然润滑性相结合，能够实现均匀致密化，并且易于脱模，不会造成化学污染。
极端条件下的结构完整性
精密成型与约束
模具的主要作用是将松散的合金粉末约束成特定的、固定的形状。通过限制粉末流动，模具定义了涂层和基材界面的最终尺寸。在烧结过程开始之前，这种约束对于实现近净尺寸精度至关重要。
轴向压力传递
为了实现高熵合金的高密度，材料必须经过显著压缩。石墨模具将来自液压缸的轴向压力——通常为 10 至 30 MPa——直接传递到粉末压坯上。由于石墨在高温下仍能保持其机械强度，因此能够有效地传递力，而不会软化或变形。
热管理与加热
均匀热分布
石墨具有优异的导热性，这对于烧结涂层的质量至关重要。模具确保热量均匀分布在粉末样品上，防止热梯度。这种均匀性是形成合金涂层与基材之间牢固冶金结合所必需的。
能量转换（感应加热）
在使用感应加热的系统中，石墨模具作为能量接收器发挥着积极作用。它将电磁能转化为热能，然后传递给合金粉末。这使得样品能够快速高效地加热，同时保持受控的温度环境。
工艺便利性与脱模
化学稳定性和耐用性
石墨在化学上是稳定的，并且在可能超过 1500°C 的温度下不易变形。在真空保护环境下，氧化损失被降至最低。这种稳定性确保模具在整个烧结周期内保持其尺寸精度，从而延长其使用寿命并降低生产成本。
天然润滑性便于脱模
石墨固有的润滑性和不粘附性对于烧结后阶段至关重要。在还原气氛中，石墨通常不会与金属基体粘结。这有助于轻松移除（脱模）成品复合材料，防止新形成的涂层损坏。
操作注意事项与局限性
真空的必要性
虽然石墨在真空中非常稳定，但在烧结温度下暴露于空气时，它容易发生快速氧化。真空环境不仅是为了保护合金，也是防止模具本身降解或烧毁的强制性要求。
“消耗品”因素
尽管石墨模具具有高温强度，但它被视为“核心消耗品”。虽然真空条件可以延长其使用寿命，但极端的热循环和高机械压力相结合最终会导致磨损。需要定期检查模具的表面光洁度和尺寸公差，以防止合金涂层出现缺陷。
优化您的烧结策略
为了最大限度地利用您的热压工艺，请根据您的具体生产目标调整您的模具设计：
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择高密度石墨牌号，它们具有优异的机械强度，能够抵抗最大轴向载荷（30 MPa）下的变形。
- 如果您的主要重点是涂层均匀性：确保模具设计允许完全对称的感应加热，以利用石墨的导热性实现均匀烧结。
- 如果您的主要重点是工艺效率：依靠石墨的天然润滑性进行脱模，但要密切监测表面磨损，以避免随着模具老化而发生机械咬合。
将石墨模具视为烧结热力学和力学动力学中的一个活跃参与者，而不仅仅是一个被动的容器，这样可以确保获得更致密、更均匀的高熵合金涂层。
总结表：
| 功能 | 描述 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 约束 | 将松散合金粉末约束成固定形状 | 实现近净尺寸精度 |
| 压力传递 | 将 10-30 MPa 的轴向力传递给压坯 | 确保材料高密度化 |
| 热管理 | 通过高导热性均匀分布热量 | 防止热梯度和缺陷 |
| 能量转换 | 作为感应加热接收器 | 实现快速高效的加热循环 |
| 脱模 | 利用天然润滑性和不粘附性 | 易于移除且不损坏 |
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