石墨模具既是最终的成型容器，也是压力传递的活性介质。在铜铝复合材料生坯的真空热压过程中，这些模具限制了粉末的横向流动，确保了压机施加的单向力能有效地转化为致密化能量。
石墨模具并非被动容器；它是一个主动的机械部件，能将轴向力转化为制造致密、无裂纹复合材料所需的静水压力。
压力传递的力学原理
轴向力的转换
热压机沿一个方向（单轴）施加压力。
石墨模具的壁限制了粉末，阻止其向外扩散。这种限制迫使粉末进行压实，有效地将垂直力转化为模具内的静水压力。
限制横向流动
为了使铜铝复合材料生坯致密化而不是变形，必须对粉末进行约束。
模具的刚性壁提供了必要的阻力，以阻止横向流动。这确保了施加的能量能够消除气孔并压实材料。
定义最终几何形状
模具充当最终产品的负模。
它定义了复合材料的确切尺寸和形状。由于模具限制了运动，最终致密的固体保留了由模具内壁决定的精确几何形状。
理解权衡：壁面摩擦
摩擦挑战
虽然模具壁对于约束至关重要，但它们也会带来一个机械副作用：摩擦。
当粉末被压缩时，它会与石墨壁发生摩擦。这种摩擦会吸收一部分施加的力，可能导致整个生坯的压力分布不均匀。
克服阻力
为了抵消摩擦的影响，热压系统必须使用高压。
通过施加显著的力（根据具体设置，通常高达 30 MPa 甚至 100 MPa），系统可以克服壁面阻力，确保材料获得结构完整性和均匀密度。
热稳定性和化学稳定性
高温结构完整性
该过程需要超过 950°C 的温度。
选择石墨是因为它在这些温度下能保持高尺寸稳定性和机械强度。它不会软化或变形，确保在整个烧结周期中压力传递保持一致。
导热性
模具充当热传导器。
石墨优异的导热性确保热量均匀地从加热元件传递到铜铝粉末。这可以防止可能导致开裂或烧结不均匀的热梯度。
化学惰性
模具必须在物理上与粉末相互作用，但不能在化学上。
在真空环境中，石墨对铜基复合材料基本保持化学惰性。这可以防止模具与铜铝复合材料发生反应，从而确保复合材料的纯度，并便于轻松取出（脱模）成品坯料。
根据目标做出正确选择
虽然石墨模具是标准配置，但了解其局限性有助于您优化工艺参数。
- 如果您的主要关注点是密度均匀性：增加施加的压力以克服壁面摩擦，并确保轴向力能够到达生坯的中心。
- 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热稳定性，以防止在峰值温度（950°C+）下发生微小变形。
最终，您的烧结过程的成功取决于模具在保持刚性的同时，能够有效地传递热量和巨大的机械载荷。
总结表：
| 功能 | 物理作用和影响 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 压力传递 | 将单轴轴向力转化为类静水压力。 | 确保高致密化和气孔消除。 |
| 横向约束 | 约束粉末，防止在压缩过程中向外流动。 | 保持精确的最终几何形状和尺寸。 |
| 热传导器 | 将热量均匀地从加热元件传递到生坯。 | 防止热梯度和材料开裂。 |
| 化学稳定性 | 在 950°C 以上保持惰性和结构完整性。 | 保证材料纯度和易于脱模。 |
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