高强度石墨模具是在高熵合金粉末真空热压烧结（VHPS）过程中主要的承载和压力传递容器。它们充当结构界面，将显著的液压载荷传递给金属粉末，同时在足以引发烧结的高温下保持几何完整性。
核心要点 石墨模具在 VHPS 中的基本目的是实现金属粉末的同时致密化和近净成形。通过在高温下保持强度并传递单轴压力，模具创造了将松散合金颗粒转化为固体、全致密块状材料所需的特定物理条件。
压力传递的力学原理
连接液压系统和粉末
模具是连接外部液压机和内部合金粉末的物理介质。
虽然炉子提供热量，但石墨模具负责传递单轴压力。根据标准的加工参数，这通常涉及将大约30 MPa的压力直接传递到粉末床。
促进塑性流动
通过模具施加的压力不仅仅是为了约束；它是微观结构变化的催化剂。
这种机械力促进了合金颗粒之间的颗粒接触和塑性流动。通过模具将颗粒机械地压在一起，与无压烧结相比，该工艺显著降低了致密化所需的活化能。
热稳定性和成形
承受极端环境
这些模具的决定性特征是它们在金属会软化或熔化的高温下保持强度的能力。
在烧结高熵合金的过程中，温度经常达到1373 K (1100°C)或更高。石墨模具必须具备优异的热稳定性，才能在不发生变形的情况下承受这种热量，确保在整个循环中压力保持均匀。
同时致密化和成形
模具同时执行两项关键操作：压实材料并定义其最终几何形状。
随着合金粉末通过扩散消除气孔以实现全致密微观结构，它会呈现模具内部腔的形状。这使得能够生产近净形部件，从而减少了大量的后处理加工需求。
真空环境的作用
保护合金和模具
虽然模具提供了结构，但炉内的真空环境对于模具的生存和合金的纯度至关重要。
在高温下，石墨会产生还原性环境。真空可防止合金元素的氧化，确保高熵合金的化学成分保持纯净。
增强扩散动力学
模具的压力和真空环境的结合加速了烧结过程。
通过去除可能被困在气孔中的气体并通过模具施加压力，该系统最大化了高温扩散动力学。这使得材料能够在比大气条件下所需温度相对较低的温度下达到完全致密。
理解权衡
机械限制
虽然石墨具有优异的高温强度，但它是一种脆性陶瓷材料。
它在承受压缩载荷（挤压）方面表现出色，这使其成为 VHPS 的理想选择。然而，其拉伸强度较低。液压缸的错位或不均匀的粉末装载可能导致模具在单轴压力下开裂。
化学反应性
石墨通常是惰性的，但在极端温度下，可能会发生碳扩散。
操作员必须注意合金表面可能发生的碳污染。虽然模具可以容纳粉末，但界面处发生的轻微相互作用会改变最终零件的表面化学性质，有时需要进行表面加工。
为您的项目做出正确选择
石墨模具的选择和设计直接决定了您最终高熵合金部件的质量。
- 如果您的主要关注点是最大密度：确保模具壁厚足够，能够承受超过 30 MPa 的压力而不发生变形，从而最大化颗粒的塑性流动。
- 如果您的主要关注点是复杂几何形状：优先考虑模具内部腔加工的精度，因为 VHPS 工艺在致密化过程中将精确复制此形状。
总结：高强度石墨模具是 VHPS 工艺的结构实现者，将原始热量和液压力量转化为致密、精确成形的高性能合金。
总结表：
| 特征 | 在 VHPS 中的作用 | 对高熵合金的影响 |
|---|---|---|
| 压力传递 | 传递单轴力（约 30 MPa） | 促进颗粒接触和塑性流动 |
| 热稳定性 | 在 1100°C 以上保持强度 | 确保均匀烧结，无模具变形 |
| 几何控制 | 提供内部腔形状 | 实现近净形、全致密块状材料 |
| 真空界面 | 与真空环境协同工作 | 防止氧化，增强扩散动力学 |
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