石墨模具是钛铝 (TiAl) 合金真空热压过程中原材料与加工设备之间的关键界面。它们的主要功能是牢固地确定松散 TiAl 粉末的几何形状，并有效地将液压系统施加的机械压力（通常为 25 MPa）直接传递到粉末体上。
核心要点 石墨模具不仅仅是容器；它们是主动的机械部件，必须保持高尺寸精度，并在承受超过 1300°C 的温度的同时传递巨大的压力。成功取决于模具在不化学降解反应性钛合金的情况下保持物理稳定性的能力。
热压中的核心功能
定义几何形状
石墨模具最直接的功能是作为容器。在固结之前，它将松散的钛铝粉末限制在特定的、固定的形状（例如圆柱体）中。
由于粉末最初是松散的，模具定义了烧结坯料的最终尺寸。这要求石墨具有出色的刚度，以防止在负载下发生鼓胀或变形。
机械压力传递
在真空热压中，仅靠热量不足以实现致密化；需要施加物理力。石墨模具充当液压系统的传递介质。
它将轴向压力——对于 TiAl 合金通常约为25 MPa——均匀地传递到粉末压坯上。这种压力有助于消除孔隙并使材料致密化。
高温下的热稳定性
烧结 TiAl 合金需要严苛的热环境，通常超过1300°C。所使用的石墨必须具有优异的高温强度，才能在这些条件下承受而不软化。
如果模具在这些温度下失去强度，它将无法准确传递液压，从而导致最终零件出现缺陷或尺寸不准确。
均匀热分布
虽然主要是结构部件，但石墨模具也充当热导体。
它有助于将热量均匀地分布在粉末压坯周围。这确保了 TiAl 合金内部的温度梯度最小化，从而在整个坯料中获得一致的微观结构。
理解权衡
管理化学相互作用
烧结钛基合金的一个关键挑战是其高化学反应性。虽然石墨通常是稳定的，但在高温下，模具与 TiAl 粉末之间的界面可能是发生不希望的反应的场所。
主要参考资料指出了防止过度化学反应的必要性。在某些情况下，来自模具的碳会扩散到合金中，可能在表面形成脆性碳化物（如碳化钛）。
平衡强度和纯度
选择合适的石墨需要在机械耐久性和化学惰性之间取得平衡。
密度不足的模具可能在 25 MPa 的压力下破碎。然而，使用石墨而不考虑表面相互作用可能会导致零件上出现“反应层”，需要大量机加工才能去除。
为您的目标做出正确选择
您的石墨模具的选择和设计应取决于您的具体项目要求。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先选择高强度、高密度的石墨牌号，这些牌号在 1300°C 以上的温度下已被证明能抵抗蠕变和变形。
- 如果您的主要关注点是表面纯度：研究具有特定涂层的石墨牌号或使用阻挡层以最大程度地减少碳向反应性 TiAl 合金的扩散。
石墨模具不仅仅是一个被动容器；它是一个决定最终合金密度、形状和表面质量的工具。
总结表：
| 功能 | 描述 | 对最终产品的影响 |
|---|---|---|
| 几何定义 | 将松散的 TiAl 粉末限制在固定形状中 | 确保尺寸精度和近净形 |
| 压力传递 | 从液压系统传递 25 MPa 的轴向力 | 消除孔隙并实现材料完全致密化 |
| 热稳定性 | 在 1300°C 以上保持结构完整性 | 防止模具变形并确保压力一致 |
| 热分布 | 将热能均匀地传导到压坯周围 | 最小化温度梯度以获得均匀的微观结构 |
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