高强度石墨模具充当机械力与材料转变之间的关键界面。 在 Ti/Al2O3 复合材料的真空热压烧结过程中，这些模具主要充当耐高温的容器，定义了层压样品的宏观形状。至关重要的是，它们充当传输介质，将液压缸的垂直力转化为在 1450°C 和 25 MPa 等极端条件下结合钛和氧化铝层的内部压力。
核心要点 石墨模具不仅仅是被动的容器；它是一个主动的机械部件，有助于金属层的塑性变形。其承受高温负荷并传递液压的能力，是实现钛和氧化铝等异种材料之间扩散结合的基本机制。
压力辅助烧结的力学原理
垂直力传递
石墨模具的主要技术功能是充当压力传递介质。模具有效地充当活塞，将液压缸产生的单轴力垂直地直接传递到样品堆叠上。
这种传递必须是均匀的，以防止缺陷。模具确保 25 MPa 的压力均匀地施加在复合材料的整个表面积上，而不是集中在接触点。
实现扩散结合
通过模具施加压力是驱动该过程材料科学的关键。传递的力促进了钛层塑性变形，并确保与 Al2O3 层紧密接触。
这种物理接触是扩散结合的先决条件。通过在原子层面将各层压合在一起，模具允许原子跨越界面迁移，从而形成一个内聚的复合材料结构。
保持宏观形状
在 1450°C 的烧结温度下，材料可能会软化或移动。高强度石墨模具充当刚性容器，保持层压堆叠的尺寸稳定性。
这种约束防止了金属相的“挤出”，并确保最终产品保留预期的几何形状。它充当定位工具，在整个热循环中保持多层堆叠的对齐。
热量调节
选择石墨不仅是因为其强度，还因为其导热性。虽然主要参考强调压力，但模具在将热量从炉膛元件传递到样品方面也起着至关重要的作用。
这确保了烧结区域内的均匀温度分布。均匀加热对于防止可能导致复合材料翘曲或烧结不均匀的热梯度至关重要。
操作注意事项和局限性
模具的消耗性
需要认识到这些模具是“核心耗材”。尽管强度很高，但真空热压的恶劣环境最终会使石墨结构退化。
反复在室温和 1450°C 之间循环，加上高机械应力，限制了其使用寿命。必须定期检查它们，以确保表面光洁度和结构完整性不受损害。
极端条件下的尺寸稳定性
虽然石墨在热学上是稳定的，但所使用的特定牌号必须与工艺参数相匹配。模具在 25 MPa 的压力下必须保持其形状而不发生变形。
如果模具发生任何轻微变形，压力传递就会变得不均匀。这可能导致局部结合不良或最终复合材料板材厚度不均匀。
优化您的烧结策略
要获得高质量的 Ti/Al2O3 复合材料，您选择的模具和工艺参数必须与您的具体目标一致。
- 如果您的主要关注点是界面结合强度：优先考虑模具作为压力介质的能力；确保冲头和模具之间的配合精度，以最大限度地将压力传递到各层。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：关注石墨的高温强度牌号，以确保容器壁在 1450°C 下无变形。
- 如果您的主要关注点是微观结构均匀性：利用模具的导热性，确保壁厚一致，以实现样品均匀传热。
最终，石墨模具是工艺的保证，它将原始能量转化为熔合金属和陶瓷所需的精确物理条件。
汇总表：
| 功能 | 描述 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 压力传递 | 将液压转化为内部压力 (25 MPa) | 促进塑性变形和结合 |
| 结构约束 | 在 1450°C 下保持样品几何形状的刚性容器 | 防止金属相泄漏和翘曲 |
| 热量调节 | 用于传热的高导热性 | 确保均匀的温度分布 |
| 界面驱动器 | 促使 Ti 和 Al2O3 之间实现原子级接触 | 实现牢固的扩散结合 |
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