高纯石墨模具主要用作热稳定性的容器，它们定义了金刚石/铜复合材料的几何形状，同时在烧结过程中保护内部结构。它们被设计用于承受极端环境——特别是大约 900°C 的温度和 28 MPa 的压力——确保在致密化过程中金刚石棒的垂直排列不受干扰。
核心见解： 石墨模具不仅仅是一个被动的保持器；它是一个主动的机械界面。它充当了将液压转化为均匀致密化压力的关键桥梁，保证复合材料在不损害金刚石增强材料的精细排列的情况下达到所需的密度。
在负载下确保结构完整性
热稳定性和机械稳定性
在真空热压过程中，加工环境非常恶劣。石墨模具必须能够承受高达 900°C 的温度和约 28 MPa 的压力而不会变形。模具在这些高温下保持高强度的能力对于防止工艺过程中的结构失效至关重要。
保持微观结构排列
对于金刚石/铜复合材料，特别是那些具有垂直排列的金刚石棒的材料，模具起着至关重要的保护作用。它限制了横向移动，确保金刚石棒保持其方向。这种排列对于实现最终复合材料预期的特定热学或力学方向性至关重要。
最终尺寸精度
模具充当最终产品的负形。通过在整个烧结周期中保持刚性，石墨模具保证了整体复合材料获得精确的最终尺寸。这最大限度地减少了对大量后处理加工的需求，而这对于金刚石增强材料来说是困难的。
压力传递的作用
均匀的载荷分布
石墨是传递力的有效介质。它将液压机的载荷均匀地传递到样品表面。这确保了复合材料板的每个部分都承受相同的致密化力，从而防止了局部非粘合或厚度不均等缺陷。
促进致密化
模具壁提供了抵抗液压所需的必要阻力。这种约束作用迫使铜粉颗粒与金刚石增强材料紧密接触。这种作用消除了空隙，并将粉末压实成固体、致密的基体。
热力学和材料纯度
高效传热
石墨具有优异的导热性。这种特性使模具能够快速而均匀地将热量从加热元件传递到铜/金刚石样品。均匀加热对于避免可能导致复合材料变形或烧结不一致的热梯度至关重要。
防止污染和粘附
高纯石墨在化学上是稳定的，并且在烧结温度下通常与铜不发生反应。这可以防止模具严重粘附到铜基体上。它确保复合材料可以干净地脱模，而不会造成表面污染或损坏模具本身。
理解权衡
机械强度限制
虽然石墨可以作为坚固的容器，但与金属相比，它很脆。如果压力施加不是完全单轴的，或者压机存在错位，石墨模具在高载荷（28 MPa 及以上）下可能会破裂或碎裂。
扩散的可能性
尽管使用高纯石墨是为了最大限度地减少反应，但长时间在峰值温度下暴露理论上可能会允许少量碳扩散。虽然对于铜基体来说通常可以忽略不计，但这需要仔细监控时间和温度参数，以确保界面特性保持在规格范围内。
为您的目标做出正确的选择
为了优化您的真空热压工艺，请关注模具设计的这些特定方面：
- 如果您的主要重点是尺寸精度：确保选择的石墨牌号具有高热稳定性和低热膨胀系数，以匹配复合材料的冷却速率。
- 如果您的主要重点是结构均匀性：验证模具设计是否允许“浮动”模具作用，以确保压力从顶部和底部均匀施加，防止密度梯度。
- 如果您的主要重点是工艺效率：使用高密度石墨和抛光表面处理，以最大限度地减少摩擦并防止与铜基体发生机械咬合。
成功烧结金刚石/铜复合材料的关键在于将石墨模具视为精密工具，它决定了材料内部结构的最终质量。
总结表：
| 功能 | 烧结中的关键作用 | 技术优势 |
|---|---|---|
| 结构约束 | 定义几何形状并保持排列 | 在 900°C 和 28 MPa 下抵抗变形 |
| 压力传递 | 将液压转化为致密化 | 确保密度均匀并消除空隙 |
| 热管理 | 将热量从元件传递到样品 | 优异的导热性可防止热梯度 |
| 材料保护 | 最大限度地减少化学相互作用 | 高纯度可防止污染和粘附 |
| 尺寸控制 | 充当刚性负形 | 减少了对困难的后处理加工的需求 |
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