石墨模具在真空热压烧结过程中充当核心加工容器，同时充当容器、加热元件和机械柱塞。对于钛基复合材料，这些模具不仅仅是被动支架；它们是负责传递使粉末致密化成固体高性能材料所需的精确热能和机械能的活性组件。
核心要点 石墨模具能够同时施加烧结钛复合材料所需的极端高温和机械压力（轴向载荷）。它们在传导热量均匀的同时保持结构完整性的能力，是在实现高材料密度和尺寸精度方面的决定性因素。
石墨模具的三重功能
在真空热压过程中，模具执行三个不同但相互关联的功能。成功取决于模具在所有三个方面无故障运行。
1. 容纳作用（成型）
最基本层面，石墨模具充当粉末成型的容器。它定义了钛基粉末混合物的初始几何形状。
由于粉末在烧结前是松散的，模具壁提供了决定复合材料样品最终形状和尺寸精度的必要边界。
2. 机械作用（压力传递）
模具充当重要力的传递介质。它必须将来自压机柱塞的轴向压力直接传递到粉末。
对于钛基复合材料，这通常涉及约20 MPa的压力。石墨必须具有足够的高温强度，才能在不破裂或变形的情况下承受此载荷，确保粉末颗粒被机械地压实。
3. 热作用（热量传递）
石墨因其优异的导热性和导电性而被选用。在许多热压装置中，电流通过模具，或者模具从加热元件吸收热量并将其传递给粉末。
这种导电性确保热量快速而均匀地传递到内部粉末。均匀加热对于防止热梯度至关重要，热梯度可能导致最终产品烧结不均匀或产生残余应力。
关键材料特性
为了有效运作，这些模具中使用的石墨必须具备特定的物理特性。如果这些特性受损，烧结过程就会失败。
高温强度
烧结环境结合了真空条件、高温和重载。石墨的独特之处在于它在高温下能保持（并且通常会增加）其机械强度。
这使得模具能够在不坍塌的情况下承受钛复合材料所需的20 MPa轴向压力，从而保持零件的精确尺寸。
导热性和导电性
模具本质上成为加热系统的一部分。其导电和导热能力可实现高效的能量传递。
这确保钛复合材料的核心达到与表面相同的温度，从而保证样品整体材料性能的一致性。
工程考虑和权衡
虽然石墨是标准选择，但了解使用它进行此过程所固有的操作限制和要求很重要。
尺寸稳定性与压力
模具在载荷下必须抵抗蠕变（随时间变形）。如果石墨牌号太软或壁太薄，20 MPa的压力可能会导致模具变形。
这种变形将导致最终产品的尺寸精度不佳，从而抵消了热压工艺的优势。
热均匀性风险
虽然石墨导热性好，但模具组件的设计很重要。
如果模具质量过大或加热方式不对称，即使是石墨也可能出现热梯度。然而，当设计得当，它仍然是确保复合材料最终密度的最佳材料。
为您的目标做出正确选择
在设计钛复合材料的真空热压工艺时，您对模具的关注应根据您的具体目标而有所不同。
- 如果您的主要关注点是高密度：优先选择具有最大机械强度的石墨牌号，以承受更高的轴向压力（20 MPa+），从而强制颗粒压实。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：确保模具壁厚和石墨牌号足以防止在烧结温度下的载荷下发生任何变形。
石墨模具不仅仅是一个容器；它是将原始能量转化为结构完整性的活性界面。
总结表：
| 功能 | 烧结过程中的作用 | 对钛复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 容纳 | 定义初始粉末几何形状 | 确保尺寸精度和最终形状 |
| 机械 | 传递 20 MPa 轴向压力 | 强制颗粒接触以实现最大致密化 |
| 热 | 高导热性传递 | 防止热梯度和残余应力 |
| 结构 | 高温强度 | 在真空条件下承受载荷时保持完整性 |
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