在VC/Cu复合材料的制造过程中，金属模具充当了必不可少的容纳容器。它们定义了样品的几何边界，将混合的铜和碳化钒粉末固定在适当位置。在液压机的巨大作用力下，金属模具将垂直压力转化为将松散粉末转化为固体、粘结在一起的“生坯”所需的压缩力，为后续加工做好准备。
金属模具提供了必要的刚性约束，将松散粉末压缩成致密、成型的固体，有效消除气孔，并建立起可处理所需的结构完整性。
容纳和致密化的力学原理
定义组件几何形状
金属模具最直接的作用是确定最终复合材料的形状。
它充当了所需组件的精确负模。通过将松散的粉末混合物限制在特定尺寸内，模具确保了样品初始形状的均匀性。
促进颗粒重排
当液压机施加载荷时——通常压力达到约200 MPa（或200 kN力）——金属模具会抵抗膨胀。
这种阻力迫使粉末颗粒向内而不是向外移动。这种约束迫使颗粒重新排列并发生塑性变形，相互啮合，形成固体结构。
排气和压实
金属模具的刚性对于实现高相对密度至关重要。
当压机运行特定时间（例如1分钟）时，模具可以显著减小孔隙体积。这个过程会排出颗粒之间夹带的空气，通常在生坯中达到约75%的相对密度。
结果：创建“生坯”
建立生坯强度
金属模具阶段的主要产物是“生坯”。
模具确保粉末被压缩得足够紧密，无需粘结剂固化即可保持其形状。这赋予了零件足够的机械强度，使其能够被弹出、处理和移动而不会碎裂。
实现烧结阶段
冷压过程中的适当成型简化了后续的制造步骤。
通过创建预致密的固体，金属模具便于将其轻松装入石墨模具中进行最终的高温烧结。这个预处理步骤提高了最终烧结产品的尺寸精度。
理解权衡
工具的机械限制
虽然金属模具设计用于承受高应力，但它们并非坚不可摧。
施加超过模具屈服强度的压力会使模具本身变形。这会导致复合材料的尺寸公差差或压制设备损坏。
壁面摩擦和密度梯度
粉末与金属模具壁之间的相互作用会产生摩擦。
如果不加以控制，这种摩擦会阻止压力均匀地分布在整个粉末中。这可能导致“密度梯度”，即压坯的外边缘比中心更致密，可能在烧结过程中导致翘曲。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高冷压阶段的效率，请根据您的具体目标调整您的工具方法：
- 如果您的主要重点是尺寸精度：确保您的金属模具按照严格的公差加工，以最大限度地减少烧结后加工的需求。
- 如果您的主要重点是生坯强度：使用能够承受更高压力（>200 MPa）的模具，以最大限度地提高颗粒互锁和密度。
通过选择正确的金属模具配置，您可以为高性能VC/Cu复合材料奠定必要的结构基础。
总结表：
| 角色阶段 | 金属模具内的功能 | 对VC/Cu复合材料的结果 |
|---|---|---|
| 容纳 | 定义几何边界并限制膨胀 | 确保精确的组件形状和尺寸 |
| 致密化 | 在高力作用下促进颗粒重排 | 减小孔隙体积；达到约75%的相对密度 |
| 生坯强度 | 实现粉末颗粒的机械互锁 | 创建可处理/烧结的粘结生坯 |
| 预烧结 | 建立预致密的固体形态 | 提高最终热处理过程中的尺寸精度 |
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