模具系统在真空热压过程中起着决定性的物理约束作用。它通常由高强度、耐高温的石墨制成，主要功能是固定SiC前驱体纤维和TB8包覆层的位置，同时传递复合材料成型所需的压力。通过限制材料在受热塑化时的横向流动，模具确保最终的复合材料板材达到精确的厚度、几何精度和高表面平整度。
炉子提供热量和力，但模具提供约束。它在极端压力（高达40 MPa）下容纳材料，将松散的叠层转化为致密、无缺陷的整体板材。
约束的力学原理
要理解模具的作用，必须超越简单的成型。它充当一个特殊的容器，管理材料在进入塑性状态时的行为。
固定叠层位置
施加压力之前，内部组件——特别是SiC前驱体纤维和TB8包覆层——必须保持精确对齐。
模具系统将这些元件固定在原位。这可以防止纤维在工艺的初始阶段发生移位或堆积，确保在基体中的均匀分布。
限制横向流动
当温度升高到约880°C并施加压力时，金属基体和包覆层软化并开始塑性流动。
如果没有约束系统，这种压力会导致材料向侧面挤出（横向流动）。模具充当刚性屏障，迫使材料垂直固结而不是水平扩散。
促进扩散结合
通过限制向外运动，模具确保施加的压力完全用于材料固结。
这种受限的压力是促使基体填充纤维间隙的关键。它对于实现TC17基体、SiC纤维和TB8包覆层之间所需的高密度扩散结合至关重要。
定义几何精度
热压的最终目标是生产近净形零件。模具是实现这一目标的主要工具。
控制最终厚度
模具设定压机行程或材料可被压缩的极限。
这使得能够精确控制复合材料板材的最终厚度，确保其满足严格的工程公差，而无需过多的后处理加工。
确保表面平整度
不均匀的压力或不受约束的流动会导致表面翘曲或起伏不平。
石墨模具的高结构刚性对复合材料施加了一个平坦的表面。它确保所得板材均匀且平整，这对于零件的结构完整性至关重要。
理解权衡
虽然模具对于成型至关重要，但依赖它会带来必须管理的特定工程约束。
热学和力学要求
模具承受与复合材料相同的极端环境——接近880°C的温度和高达40 MPa的压力（在某些一般情况下可能更高）。
所使用的石墨必须具有出色的热强度。如果模具在此载荷下发生任何微小变形，复合材料板材都会有缺陷。
化学相容性
模具必须与复合材料保持化学惰性。
它必须在不与基体或包覆层发生反应的情况下定义形状。如果发生反应，复合材料可能会粘附在模具上，导致脱模困难或降低零件的表面质量。
为您的目标做出正确选择
热压工艺的有效性在很大程度上取决于模具系统的质量和设计。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先考虑石墨模具的机械强度，以确保其在40 MPa的加工压力下不会发生挠曲。
- 如果您的主要关注点是材料均匀性：确保模具设计具有紧密的间隙，以严格限制横向流动，迫使基体完全渗透纤维束。
模具系统不仅仅是一个容器；它是将原始力转化为结构精度的关键界面。
总结表：
| 功能 | 热压中的作用 |
|---|---|
| 物理约束 | 限制材料横向流动，以保持几何精度。 |
| 叠层固定 | 将SiC纤维和TB8包覆层精确对齐固定。 |
| 压力传递 | 将40 MPa的力导向固结和扩散结合。 |
| 尺寸控制 | 确保板材厚度均匀和表面高度平整。 |
| 材料完整性 | 通过提供刚性、高强度的石墨屏障来防止缺陷。 |
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