石墨模具在真空热压过程中充当原材料与烧结设备之间的关键界面。它们的主要作用是作为一个耐高温的容器，将铜/石墨烯粉末混合物固定成精确的几何形状，例如圆盘，同时承受炉内的极端环境。同时，它们还充当导电介质，调节热量分布并传递将粉末压实成固体复合材料所需的机械力。
石墨模具不仅仅是一个被动的容器；它是一个主动的热学和力学部件。它在极端压力下平衡高导热性与结构刚度的能力，是实现致密、均匀的铜/石墨烯复合材料的关键因素。
几何约束的作用
定义复合材料结构
石墨模具最直接的功能是定义复合材料的最终形状。它将松散的粉末混合物固定成特定的模压形状，确保最终产品符合精确的尺寸规格，例如 20 毫米直径的圆盘。
高温结构完整性
为了保持这种形状，模具必须具有出色的热稳定性。它充当一个刚性容器，能够承受烧结温度（通常超过 1000°C）而不会变形或失去结构强度。
热量调节与导热性
确保均匀传热
石墨之所以被选用于这些模具，正是因为其优异的导电性和导热性。这使得模具能够充当高效的热交换器，将热能从热源均匀地传递到内部的复合材料粉末。
防止热梯度
通过均匀分布热量，模具可以防止样品内部出现局部“热点”或“冷区”。这种均匀性对于一致的烧结质量至关重要，可确保铜基体在整个样品中均匀地围绕石墨烯增强体熔化或扩散。
机械载荷传递
传递单轴压力
在真空热压过程中，模具充当主要的力传递介质。它必须将来自液压系统的大约 15 MPa 至 50 MPa 的轴向压力直接传递到粉末混合物上。
驱动材料致密化
模具在无故障地承受此机械载荷的能力对于致密化过程至关重要。通过施加恒定的压力，模具会压实颗粒间的孔隙，促进扩散反应，从而形成固体、无孔材料。
理解权衡
化学稳定性和脱模
使用石墨的一个显著优点是其在还原气氛中的化学惰性。它不易与铜基体粘结，这对于成品复合材料样品的顺利脱模至关重要，可防止在取出过程中损坏表面。
机械极限
虽然石墨很坚固，但与金属模具相比，其机械极限是有限的。模具设计必须仔细考虑施加的特定压力（例如，保持在 25-50 MPa 的范围内），以防止在烧结循环的承载阶段发生断裂。
为您的目标做出正确选择
在设计或选择铜/石墨烯复合材料模具时，请考虑您的具体加工重点：
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择高密度石墨等级，它们提供最大的刚度，以防止在轴向载荷下发生微变形。
- 如果您的主要重点是材料均匀性：确保模具壁厚均匀，以最大程度地发挥石墨导热性的优势，确保样品核心与边缘以相同的速率烧结。
成功的真空热压依赖于将石墨模具视为热处理系统的组成部分，而不仅仅是工具。
总结表：
| 功能 | 描述 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 几何约束 | 定义最终形状并固定粉末位置 | 确保尺寸精度和结构完整性 |
| 热量调节 | 通过高导热性均匀分布热量 | 防止热梯度并确保材料均匀性 |
| 机械载荷 | 将轴向压力（15-50 MPa）传递到粉末 | 驱动致密化并消除内部空隙/孔隙率 |
| 化学稳定性 | 在高温烧结过程中提供惰性界面 | 便于脱模并防止表面污染 |
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