石墨模具在真空热压过程中主要充当结构容器和活性传压介质。它们负责将松散的金刚石和铝粉混合物保持在正确的几何形状中，同时传递使复合材料致密化所需的液压。
核心要点 石墨在此过程中的独特价值在于其能够同时承受高温和高物理压力的矛盾要求。它确保铝基体在流动并与金刚石颗粒结合的同时，不会粘附在模具壁上，从而在关键的固液相烧结过程中实现精确成型。
机械作用：压力与成型
石墨模具最直接的作用是机械作用。它将松散的原材料混合物转化为固结的固体。
确定部件的几何形状
模具是主要的精密容器。它决定了复合材料板的最终尺寸和形状。
由于起始材料是金刚石和铝粉的混合物，模具必须保持刚性的尺寸稳定性，以确保最终产品符合精确的规格。
传递轴向压力
模具充当液压机和粉末之间的物理界面。它将单轴压力（通常超过 65 MPa）直接传递到复合材料。
这种压力传递对于迫使铝基体发生塑性变形至关重要。它驱动金属进入金刚石颗粒之间的空隙，填充孔隙并确保高材料密度。
确保均匀的载荷分布
除了简单的力传递外，模具还经过精心设计，以均匀分布载荷。
均匀分布可防止复合材料板出现局部未结合或厚度不均等缺陷。它确保致密化过程在整个样品表面均匀发生。
热学作用：稳定与传递
真空热压涉及铝接近熔点（固液相烧结）的温度。模具在管理这种热环境方面起着至关重要的作用。
在高温下保持完整性
石墨模具具有出色的耐热性。它们在烧结温度（通常约为 650°C 至 900°C）下保持其强度和形状，而不会软化或变形。
这种稳定性至关重要，因为模具在这些温度下的任何变形都会导致复合材料部件翘曲或有缺陷。
促进高效传热
石墨具有优异的导热性。模具充当导管，将热量从加热元件传递到粉末混合物。
这确保样品能够快速均匀地达到烧结温度，这对于实现铝和金刚石之间一致的层间结合至关重要。
工艺效率：脱模与表面质量
模具壁与复合材料之间的相互作用决定了烧结后阶段的成功。
防止材料粘附
石墨具有固有的润滑性。在固液相烧结过程中，铝基体软化或熔化。
如果没有石墨的天然不粘性，铝将严重粘附在模具壁上。这种润滑性可防止粘连，从而保护复合材料表面和模具本身。
便于脱模过程
由于复合材料不与石墨粘合，最终部件可以干净地取出。
此功能降低了在取出过程中损坏复合材料的风险，并允许在某些高强度应用中重复使用模具。
理解权衡
虽然石墨是标准选择，但并非没有局限性。了解这些限制对于过程控制至关重要。
机械限制与脆性
石墨是一种类陶瓷材料，本质上是脆性的。虽然它具有很高的抗压强度，但其抗拉强度很低。
如果施加液压过快或不均匀，或者模具设计包含应力集中尖角，模具可能会断裂。需要高强度石墨牌号来承受压力，具体取决于具体应用，压力可能从 60 MPa 到 390 MPa 不等。
孔隙率与氧化
石墨是多孔的，如果真空环境受到破坏，在高温下容易氧化。
虽然真空热压工艺可以缓解这种情况，但系统中的任何泄漏都可能导致模具快速退化，改变其尺寸并可能污染铝基体。
为您的目标做出正确的选择
具体石墨牌号和模具设计的选择取决于您的主要制造目标。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择高强度、高密度石墨，以尽量减少重液压载荷下的模具变形。
- 如果您的主要重点是表面光洁度：确保使用高纯度、细晶粒结构的石墨，以最大限度地提高润滑性并降低最终复合材料的表面粗糙度。
通过利用石墨的热稳定性和润滑性，您可以将不稳定的粉末和热量混合物转化为尺寸精确的结构复合材料。
摘要表：
| 功能类别 | 石墨模具的作用 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 机械 | 压力传递 | 确保均匀致密化和塑性变形（高达 390 MPa） |
| 结构 | 尺寸成型 | 保持刚性几何形状以实现精确的部件尺寸 |
| 热学 | 导热性 | 促进粉末混合物快速、均匀地传热 |
| 界面 | 不粘表面 | 固有的润滑性可防止铝粘附并有助于干净脱模 |
| 耐用性 | 高温稳定性 | 在烧结温度（650°C - 900°C）下保持强度 |
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