高纯石墨模具作为关键的加工界面，能够同时实现钼纤维增强 TiAl 复合材料的加热、成型和致密化。在真空热压过程中，这些模具充当电阻加热元件，将温度维持在 1000°C 至 1200°C 之间，同时作为机械介质，将高达35 MPa的单轴压力传递给复合材料。
核心要点 烧结过程的成功取决于石墨模具在承受高压而不变形的同时产生强热量的能力。这种结合迫使 TiAl 基体进入流变流动状态，确保其完全填充钼纤维之间的空隙，从而实现复合材料的完全致密化。
致密化的力学原理
作为电阻加热元件
在这种特定的真空热压装置中，模具不仅仅是一个被动的容器；它是热系统的有源组件。石墨充当电阻加热元件，产生必要的加工热量。
模具必须维持 1000°C 至 1200°C 的稳定温度。这种高热能直接传递给复合材料预制件，激活铝化钛基体内的烧结机制。
促进流变流动
模具最复杂的角色是使基体材料像流体一样围绕刚性纤维流动。
通过传递高达35 MPa的压力，模具迫使粉末基体发生流变流动。这种流动对于渗透和填充钼纤维之间的微观间隙至关重要，从而消除孔隙并确保形成坚固、完全致密的结构。
精密压力传递
模具充当液压缸和精细复合材料堆叠之间的直接连接点。
它必须充当压力传递介质，将外部载荷均匀地施加到预制件表面。这种均匀性对于防止密度梯度至关重要，否则会导致最终复合材料板出现薄弱点或翘曲。
极端条件下的结构完整性
尺寸保持
石墨模具负责定义和固定复合材料的最终几何形状。
它们充当刚性容器，将堆叠的预制件保持在对齐状态。即使在极端的热应力和机械应力下，模具也能保持零件的“净尺寸”，从而减少后处理加工的需求。
抗变形能力
为了实现完全致密化，模具材料本身在加工过程中必须比内部材料更坚硬、更稳定。
选择高纯石墨是因为它能够在烧结温度下承受35 MPa 的单轴压力而不会屈服。如果模具发生变形或鼓胀，复合材料上的压力就会下降，导致致密化不完全以及纤维周围出现空隙。
理解权衡
真空环境的必要性
虽然高纯石墨具有优异的热学和力学性能，但在烧结温度下极易发生氧化。
工艺必须在保护性真空下进行。这不仅可以防止石墨降解（烧毁），还可以延长模具的使用寿命，与非真空工艺相比，使其更具成本效益。
机械极限
石墨是脆性的，并且具有有限的机械极限。虽然它可以承受此特定 TiAl 复合材料所需的 35 MPa 压力，但超过模具的额定压力可能会导致灾难性断裂，而不是逐渐变形。必须严格控制工艺参数，使其保持在石墨的安全工作范围内。
为您的目标做出正确选择
在设计纤维增强复合材料的烧结工艺时，模具的选择决定了基体与纤维之间界面的质量。
- 如果您的主要关注点是最大密度：确保您的石墨牌号的额定压力略高于您的目标（例如，>35 MPa），以保证基体在不冒模具失效风险的情况下发生足够的流变流动。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先选择具有高热稳定性和低热膨胀系数的石墨牌号，以在加热循环期间保持纤维堆叠的精确对齐。
石墨模具不仅仅是一个容器；它是一个主动工具，迫使基体适应增强材料，从而定义最终复合材料的结构完整性。
总结表：
| 特性 | 真空热压中的功能 | 对 TiAl 复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 电阻加热 | 产生 1000°C - 1200°C 的温度 | 激活基体烧结机制 |
| 压力传递 | 施加高达 35 MPa 的单轴载荷 | 迫使流变流动以消除孔隙 |
| 结构刚度 | 高抗热变形能力 | 保持净尺寸几何形状和纤维对齐 |
| 材料纯度 | 真空中的高纯石墨 | 防止污染和模具氧化 |
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