石墨模具在烧结铜-金刚石复合材料中的作用是什么？优化精度和密度

石墨模具在铜基金刚石复合材料的真空热压烧结过程中，同时充当成型和能量传递的关键界面。它们作为坚固的容器，定义了产品的几何形状，同时作为传递粉末混合物致密化所需的高机械压力和热能的介质。

核心要点 石墨模具并非被动容器；它们是烧结动力学的活性组成部分。其主要价值在于能够在巨大压力（高达 40 MPa）下保持结构完整性，同时利用高导热性确保铜基体在金刚石周围均匀熔化和扩散。

结构约束和压力传递的作用

石墨模具最直接的功能是充当成型容器。它将铜粉和金刚石颗粒（或垂直排列的金刚石棒）的松散混合物保持在特定的预制形状中，例如圆形盘状。

由于模具在高温下保持其尺寸，因此保证了最终块状复合材料的尺寸精度。它防止内部组件移位，确保在整个过程中特定的排列——例如垂直金刚石棒——保持不变。

烧结需要巨大的力来消除空隙和压实材料。石墨模具将来自压头冲头的轴向压力直接传递到粉末混合物中。

参考资料表明，根据具体的工艺参数，这些模具必须承受 15 MPa 至 40 MPa 的压力。模具在高温下的强度使其在这种载荷下不会坍塌或变形，从而确保压力有效地施加到复合材料上以实现最大程度的致密化。

石墨具有优异的导热性。这一特性至关重要，因为它允许热量从热源快速地通过模具壁传递到复合材料样品中。

如果没有这种高导热性，样品的外部边缘可能会比中心更快地烧结，从而导致缺陷。石墨模具确保了均匀的热分布，为整个工件创造了恒定的热环境。

热传递的最终目标是触发铜基体中特定的物理变化。通过有效地传递热量，模具促进了金属的熔化和扩散反应。

这种热效率对于实现高效致密化至关重要。它确保金属基体在金刚石颗粒周围正确流动，形成固体、无孔的复合材料结构。

铜基复合材料对氧化和化学污染敏感。石墨模具在热压过程中使用的真空或还原气氛中具有化学稳定性。

在这种条件下，石墨不易与铜基体粘结。这种缺乏化学反应可防止模具与零件熔合，确保成品样品顺利脱模而不会损坏表面。

烧结过程通常涉及快速的加热和冷却循环。石墨模具具有很高的抗热震性，能够承受这些波动而不会破裂或失效。这种可靠性确保了样品在整个加热斜坡和冷却阶段的安全性。

虽然石墨是首选材料，但并非所有石墨都适用。该工艺要求高强度、高纯度的石墨。

如果石墨等级的强度不够高，它将在 15–40 MPa 的压力下变形，从而破坏零件的尺寸精度。如果石墨含有杂质，它可能会在真空中释气，或在超过 900°C 的温度下与铜发生反应，从而损害复合材料的材料性能。模具是消耗品，需要严格的质量控制才能正常工作。

为了最大限度地提高真空热压烧结的效率，请根据您的具体项目需求考虑以下几点：

您的烧结工艺的成功，在很大程度上取决于您的石墨模具的质量，就像取决于您的粉末配方一样。