石墨模具充当了原材料与热压炉极端力之间的关键界面。它同时作为分层 Ti2AlN/TiN 堆叠的精确几何容器以及热能和机械压力的活性传递介质。
石墨模具充当导电容器，将外部炉况转化为内部材料特性。通过确保均匀的热量分布和直接的压力传递，它能够将松散、分级的粉末层转化为致密、高密度的块状材料。
FGM 形成的力学原理
定义几何结构
石墨模具的主要作用是作为原材料的容纳容器。
它容纳了从纯 Ti2AlN 到纯 TiN 的分层粉末的特定堆叠。
这种容纳定义了功能梯度材料 (FGM) 的最终几何形状，通常将其制成圆柱体或类似的简单几何形状。
均匀导热
石墨因其在高温下优异的导热性而被特别选用。
在真空热压环境中，热源通常在样品外部。
模具捕获热量并将其均匀地传导到内部粉末层，确保整个材料梯度中的烧结温度一致。
机械压力传递
除了加热，模具是通过其施加单轴压力的物理介质。
模具在保持结构完整性的同时，将机械力直接传递到粉末堆叠上。
这种压力驱动颗粒重排和塑性流动，这对于消除气孔和实现复合材料的高密度是必需的。
操作注意事项和局限性
石墨的消耗性
认识到石墨模具是该过程中核心消耗品至关重要。
虽然它可以承受高温，但压力和热循环的组合会随着时间的推移而使模具退化。
它不是永久性装置，需要更换以保持几何精度和表面质量。
环境要求
模具的性能在很大程度上依赖于热压炉的真空环境。
虽然石墨导热性好，但在烧结 Ti2AlN 和 TiN 所需的高温下容易氧化。
因此，模具只有在真空条件下才能有效运行，以防止材料退化。
优化热压策略
为了在 Ti2AlN/TiN 复合材料的生产中有效利用石墨模具，请考虑以下战略重点：
- 如果您的主要关注点是几何精度：确保模具设计考虑到 Ti2AlN 和 TiN 的特定收缩率，以在致密化后保持所需的形状。
- 如果您的主要关注点是材料致密化：优先考虑石墨接触面的质量，以确保最大的压力传递而不会产生不均匀的应力分布。
石墨模具不仅仅是一个容器，而是使高温致密化在物理上成为可能的主动传递工具。
总结表：
| 功能 | 描述 | 对 FGM 的影响 |
|---|---|---|
| 几何容纳 | 容纳分层粉末堆叠 | 定义最终形状和结构完整性 |
| 导热 | 将热量传递到内部层 | 确保均匀的烧结温度 |
| 压力传递 | 施加单轴机械力 | 驱动致密化并消除孔隙 |
| 材料界面 | 充当导电容器 | 将炉况转化为材料特性 |
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