石墨模具充当原材料合金粉末与烧结设备之间的关键结构界面。在 Cu-18Ni-2W 合金的真空热压烧结过程中，其主要功能是作为一个刚性容器，定义样品的形状（例如 50 毫米直径），同时传输高温下使粉末致密化所需的液压。
在烧结过程中，模具从被动容器转变为主动机械部件。它必须在不发生变形的情况下承受极端高温，以确保压力均匀施加，这是在最终合金中实现高密度和结构完整性的必要条件。
机械约束和成型
定义样品几何形状
石墨模具最直接的功能是作为混合 Cu-18Ni-2W 合金粉末的精密容器。
它将松散的粉末约束在特定的几何体积内。这确保了材料在固结时，能够获得最终样品所需的精确尺寸，例如特定的圆柱体直径。
高温下的结构完整性
为了保持这种形状，模具必须具有出色的耐高温性。
在烧结条件下，标准金属模具可能会软化或变形。石墨能够保持其刚性，即使在承受工艺热应力的情况下也能确保尺寸精度。
压力传递和致密化
作为液压界面
除了容纳之外，模具还是力的传递媒介。它将外部液压系统连接到内部粉末压坯。
模具组件（特别是冲头）将液压——通常是约 30 MPa 的单轴压力——直接传递到合金粉末。
促进均匀压实
石墨在高温下保持高机械强度的能力在此至关重要。
由于模具在施加的载荷下不会屈服，因此它确保了粒子之间的紧密接触。这种作用会排出捕获的气体并促进孔隙的闭合，从而得到高密度的烧结产品。
热学和化学功能
导热性和加热
石墨不仅仅是一个容器；它也是热循环的积极参与者。在感应加热系统中，模具通常充当感应体，将电磁能转化为热量。
其高导热性可确保热量均匀分布到内部的 Cu-18Ni-2W 粉末。这可以防止可能导致合金烧结不均匀或产生内应力的热梯度。
创造保护性气氛
在真空环境中，石墨会产生有益的局部化学环境。
在高温下，石墨可以与残留氧气反应生成微量的一氧化碳 (CO)。这种局部还原气氛有助于分解金属粉末表面的氧化层，促进铜、镍和钨颗粒之间更清洁的冶金结合。
理解权衡
机械脆性
虽然石墨在高温下具有出色的抗压强度，但它本质上是脆性的。
与可能在过载时发生塑性变形的金属模具不同，石墨模具在承受突然冲击载荷或剪切力时可能会断裂或开裂。液压缸的仔细对齐对于防止模具失效至关重要。
氧化敏感性
石墨在真空中表现出色，但在高温空气中会迅速降解。
上述“保护性”氧化是一个牺牲过程。如果真空完整性受到损害或氧含量过高，模具会受到侵蚀，导致尺寸损失并可能污染合金。
确保工艺成功
为了最大限度地提高石墨模具在特定烧结环境中的有效性，请考虑以下几点：
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：确保选择的石墨牌号具有高密度和低孔隙率，以抵抗最大载荷下的轻微变形。
- 如果您的主要关注点是材料纯度：严格监控真空度，以利用石墨的还原潜力，同时避免过度的模具侵蚀或碳污染。
- 如果您的主要关注点是循环时间：利用模具的高导热性快速升温，但确保在材料软化后才施加压力，以保护模具。
石墨模具不仅仅是粉末的容器；它们是高性能工具，同时管理几何形状、压力和热能，以驱动烧结反应。
总结表：
| 功能类别 | 石墨模具的关键作用 | 对 Cu-18Ni-2W 合金的特定益处 |
|---|---|---|
| 机械 | 几何形状和约束 | 定义精确的样品尺寸并在高温下确保结构完整性。 |
| 压力 | 液压传输 | 将单轴压力（30 MPa）直接传递到粉末，实现高密度压实。 |
| 热学 | 均匀加热 | 作为具有高导热性的感应体，消除热梯度。 |
| 化学 | 局部还原气氛 | 与残留氧气反应，去除表面氧化物，实现更清洁的冶金结合。 |
| 结构 | 抗压强度 | 在载荷下保持刚性，以排出捕获的气体并促进孔隙闭合。 |
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