石墨模具在石墨烯薄膜和铜（GFs/CFs）层状复合材料的制造中，充当了关键的成型和加工容器。它们负责容纳交替的石墨和铜预制件层，传递必要的机械压力，并在承受高达1150°C的加工温度时确保结构稳定性。
核心见解 石墨模具不仅仅是惰性容器；它们是制造过程中的活性热部件。其高导热性确保了均匀的热量分布，这对于一致的粘合至关重要，而其固有的自润滑特性可防止铜层粘附在模具上，确保最终复合材料能够无损地取出。
模具的功能力学
精密容纳与成型
石墨模具的主要功能是定义复合材料的几何形状。
在GFs/CFs工艺中，模具容纳石墨烯薄膜和铜的交替层。它必须保持高尺寸稳定性，以确保这些层在从松散的预制件转变为固体复合材料的过程中完美对齐。
高温结构完整性
制造过程涉及极端的热环境，特别是高达1150°C的温度。
普通金属在这种条件下会软化或变形。石墨在这些高温下仍能保持其机械强度，确保模具在内部复合材料加工过程中不会坍塌或翘曲。
机械压力传递
要获得致密、高质量的复合材料，需要施加显著的机械压力来消除层间间隙。
石墨模具充当传递介质，将压力机的力（通常是液压缸）直接传递到分层材料上。它能承受这种压缩力而不破裂，确保压力均匀施加在薄膜表面。
热力学与表面化学
均匀热量分布
石墨具有出色的导热性。
在热压过程中，模具吸收热量并将其均匀地分布到铜和石墨层上。这可以防止局部“热点”或“冷点”，这对于在整个复合材料结构中实现均匀熔化和粘合至关重要。
自润滑与脱模
石墨在此应用中最有价值的特性之一是其自润滑性。
在高温下，铜变得柔软且粘稠。石墨天然不粘，并且对铜呈化学惰性，可防止金属熔接到模具壁上。这有助于轻松脱模，使成品复合材料能够干净地取出而不会损坏表面。
理解权衡
氧化敏感性
虽然石墨在真空或惰性气体中具有热稳定性，但在高温空气中极易氧化。
如果保护性真空环境受到破坏，模具会迅速降解。这需要严格控制真空热压环境，以延长模具寿命和尺寸精度。
机械磨损与寿命
石墨是一种消耗性工具材料。
尽管其高温强度高，但与金属相比，它很脆，并且会因反复的热循环和机械压力而逐渐磨损。随着时间的推移，模具表面可能会被侵蚀，从而可能影响GFs/CFs复合材料的表面光洁度或尺寸公差。
最大化复合材料质量
为确保石墨烯薄膜和铜复合材料的成功制备，请根据您的具体加工目标考虑以下几点：
- 如果您的主要重点是界面粘合：确保石墨模具设计允许均匀的单轴压力传递，以消除铜层和石墨层之间的间隙。
- 如果您的主要重点是表面光洁度：依靠石墨的高纯度和自润滑特性，防止铜粘附，确保烧结后干净地脱模。
- 如果您的主要重点是工艺效率：利用模具的高导热性来加快加热循环，但要保持严格的真空以防止模具氧化并延长工具寿命。
石墨模具是复合材料结构完整性的保证，它弥合了原材料层状材料与高性能成品之间的差距。
总结表：
| 功能方面 | 在GFs/CFs制造中的作用 | 对复合材料的好处 |
|---|---|---|
| 结构容纳 | 定义几何形状和层对齐 | 精确的尺寸稳定性和形状 |
| 压力传递 | 将液压机的力传递到各层 | 消除间隙，实现致密、高质量的粘合 |
| 导热性 | 在1150°C下均匀分布热量 | 防止热点，实现均匀的材料粘合 |
| 表面化学 | 自润滑和不粘特性 | 确保轻松脱模，无表面损伤 |
| 热稳定性 | 在高温下保持机械强度 | 在热压过程中保持模具完整性 |
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