高强度石墨模具在金刚石/铝复合材料的真空热压过程中，既充当结构容器，又充当主动的压力传递系统。它们在保持约 650°C 的温度和超过 67.7 MPa 的压力下，将粉末混合物保持在规定的几何形状中。
至关重要的是，这些模具将来自液压机的单轴力直接传递给复合材料。这促进了铝基体的塑性变形，使其能够填充金刚石颗粒周围的空隙，确保最终产品致密无孔。
核心要点 石墨模具并非被动容器；它是一个关键的机械部件，可将液压转化为内部致密化。它在极端高温和高压下保持尺寸稳定性的能力，是使铝基体在没有结构缺陷的情况下围绕金刚石增强材料流动和固化的主要因素。
致密化的力学原理
实现塑性变形
制造金刚石/铝复合材料的主要工程挑战是消除孔隙。石墨模具通过有效地将外部液压系统施加的单轴压力传递到粉末混合物上来解决这一问题。
由于模具保持其刚性，施加的力（通常约为 67.7 MPa）不会因模具膨胀而损失。相反，它驱动铝基体的塑性变形。这迫使金属流入金刚石颗粒之间的间隙，从而有效地填充孔隙。
保持尺寸稳定性
在真空热压（约 650°C）的特定条件下，标准材料可能会软化或变形。高强度石墨之所以被选中，正是因为其热稳定性。
它在负载下保持形状，不会蠕变或断裂。这确保了复合材料板的最终尺寸准确，并且在整个烧结过程中压力保持恒定。
热调节和气氛控制
确保均匀的微观结构
除了机械强度，模具在传热方面也起着至关重要的作用。石墨具有高导热性。
这种特性使模具能够将热量均匀地从加热元件传递到粉末样品中心。均匀加热对于防止局部缺陷和确保复合材料的微观结构在整个板材中一致至关重要。
防止氧化
石墨自然会在真空室中产生还原气氛。
这种化学环境有助于清除残留的氧气，保护铝粉免受氧化。这对于实现铝基体与金刚石颗粒之间的牢固结合至关重要，因为氧化层会严重削弱界面。
理解权衡
模具蠕变的风险
虽然石墨很坚固，但并非坚不可摧。如果选择的石墨等级不符合压力要求（根据具体的合金和密度目标，压力可能差异很大），模具可能会发生蠕变（随时间缓慢变形）。
模具蠕变会导致在关键的烧结阶段压力损失。如果模具向外膨胀，粉末上的有效压力就会下降，导致致密化不完全，复合材料多孔且强度低。
平衡强度和脱模
模具必须足够坚固以承受压力，同时也要便于取出成品。
石墨具有固有的润滑性，通常可以防止铝粘附在模具壁上。然而，如果温度控制不精确或压力对于模具设计来说过大，则可能发生机械咬合，导致在不损坏复合材料表面的情况下难以脱模。
为您的目标做出正确的选择
为了优化您的真空热压工艺，请根据您的具体质量目标选择模具等级：
- 如果您的主要重点是最大密度：优先选择具有最高抗压强度的石墨等级，以确保在峰值压力（67.7 MPa 及以上）下模具无变形。
- 如果您的主要重点是微观结构一致性：优先选择导热性高的石墨，以保证整个样品体积的均匀加热速率。
您的复合材料的成功取决于模具在迫使铝基体屈服时保持刚性的能力。
总结表：
| 特性 | 在真空热压中的功能 | 对复合材料质量的影响 |
|---|---|---|
| 单轴力传递 | 将 67.7+ MPa 的压力传递到粉末 | 确保完全致密化且无孔隙 |
| 热稳定性 | 在高达 650°C 的温度下保持形状 | 保证尺寸精度和恒定压力 |
| 高导热性 | 将热量均匀分布到整个样品 | 产生均匀的微观结构，无局部缺陷 |
| 还原气氛 | 清除真空中的残留氧气 | 增强铝-金刚石界面结合 |
| 固有的润滑性 | 便于取出成品 | 防止脱模过程中表面损坏 |
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