石墨模具同时充当几何约束容器和机械压力传递介质。在W-Si合金靶材的生产中，模具将高纯合金粉末约束在其中以确定最终形状，同时充当刚性界面，将液压——通常为20至30 MPa——直接传递给材料。
核心要点 烧结过程的有效性完全取决于石墨模具在高温下保持结构刚度的能力。它必须能够承受极端的热条件而不变形，以确保外部液压能够转化为合金粉末的内部致密化。
角色一：几何约束与成型
定义宏观形态
石墨模具的主要功能是作为高精度容器。在烧结之前，W-Si合金以松散的高纯粉末形式存在，缺乏结构完整性。
模具约束这些粉末，确定最终靶材的特定直径和几何形状。这种约束必须是绝对的，防止粉末泄漏，同时容纳松散材料的初始体积。
烧结温度下的结构稳定性
要有效地充当容器，模具必须具有出色的高温稳定性。烧结环境的温度可能非常高（根据具体的合金组合，通常超过900°C，甚至高达1600°C）。
在这些条件下，普通材料会软化或变形。高纯石墨能够保持其形状，确保最终的W-Si靶材保持高尺寸精度，而不是在热量和约束应力的联合作用下变形。
角色二：机械压力传递
充当力的传导器
第二个关键作用是作为液压系统的传递介质。机器产生机械压力，但没有稳定的界面，它无法直接施加到松散的粉末上。
石墨模具充当了这个桥梁。它接收来自液压缸的轴向压力（对于W-Si靶材，通常为20至30 MPa），并将其均匀地传递给被约束的粉末。
驱动材料致密化
这种压力传递的最终目标是致密化。通过有效地传递载荷，模具迫使W-Si粉末颗粒相互靠近。
这种机械压缩与热量相结合，消除了微观结构中的孔隙。如果模具因断裂或弹性而未能有效地传递压力，靶材将保持多孔且机械强度不足。
理解权衡
变形的风险
虽然石墨因其强度而被选用，但它并非坚不可摧。施加的压力与模具的壁厚和等级之间存在关键的权衡。
如果压力超过了石墨在高温下的机械极限，模具可能会发生塑性变形。这将导致靶材的尺寸不正确，并可能出现不均匀的密度梯度。
热场均质化
补充数据表明，虽然压力是主要的“主动”作用，但模具也影响热分布。高纯石墨具有优异的导热性。
然而，如果模具设计有缺陷或石墨质量差，可能会导致加热不均匀。这种不均匀的热应力可能导致氧化铟锡（IZO）或W-Si靶材在冷却阶段破裂。
为您的目标做出正确的选择
为确保W-Si合金靶材的成功烧结，您必须根据具体的加工参数选择石墨模具。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先选择具有最高可用热稳定性的石墨等级，以防止在最高烧结温度下发生蠕变或翘曲。
- 如果您的主要关注点是最大密度：确保模具壁厚经过计算，能够承受超过30 MPa的压力，以便在不发生故障的情况下进行强力压实。
选择一种能够平衡导热性与足够机械硬度的模具，将液压转化为冶金固性。
总结表：
| 角色 | 主要功能 | 对W-Si合金靶材的影响 |
|---|---|---|
| 几何约束 | 定义宏观形态并防止粉末泄漏。 | 确保高尺寸精度和特定的靶材几何形状。 |
| 压力传递 | 将20-30 MPa的轴向力传递给松散粉末。 | 消除孔隙并驱动材料致密化以获得最大密度。 |
| 热量调节 | 通过高导热性提供均匀的热量分布。 | 防止在冷却过程中开裂并确保均匀的微观结构。 |
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