高强度石墨模具是加热系统、液压机和碳化钨 (WC) 粉末之间的关键结构界面。其主要功能是作为一个坚固的容器，限制粉末的横向移动，迫使材料符合特定几何形状，同时在高达 1500°C 的温度下传递巨大的轴向压力（高达 40 MPa）。
核心见解：石墨模具不仅仅是一个被动的容器；它是致密化过程中的一个积极参与者。其高强度机械性能和导热性的特定组合确保压力和热量均匀施加，将松散的粉末转化为致密的、结构牢固的硬质合金。
致密化的力学原理
限制横向流动
在烧结过程中，松散的粉末在受压时会自然向外膨胀。石墨模具充当刚性屏障，限制这种横向移动。
通过径向约束粉末，模具确保施加的垂直力产生压实而不是位移。这是决定部件最终形状的基本力学原理。
传递轴向压力
WC 基硬质合金的致密化需要巨大的力。模具必须承受 32 MPa 至 40 MPa 的轴向压力而不会变形或断裂。
至关重要的是，模具在承受极端高温（1400°C 至 1500°C）的同时必须保持这种结构完整性。普通金属在这些条件下会软化或熔化，但高强度石墨则能保持其刚性，有效地将液压直接传递到粉末，以消除气孔。
热力学和微观结构
促进热传递
石墨具有优异的热导率和电导率。在感应加热装置中，模具与电磁场耦合以产生热量，并将其快速传递到非导电或半导电的粉末混合物中。
这种导热性确保了模具之间的温差最小化。
确保微观结构均匀性
均匀的热传递对于最终合金的质量至关重要。如果模具加热不均匀，产生的硬质合金将出现晶粒生长或粘结剂分布不一致的问题。
石墨模具确保了热环境的均匀性。这促进了均匀的液相烧结，其中钴 (Co) 粘结剂熔化并均匀地流动到碳化钨 (WC) 颗粒周围。
真空环境的协同作用
提高材料纯度
虽然模具提供了结构，但炉内的真空环境负责化学净化。
真空会主动去除粉末表面的吸附气体和挥发性杂质。这种净化对于石墨模具有效发挥作用至关重要，因为否则的话，捕获的气体会对抗压实压力。
改善润湿性和韧性
通过去除杂质，真空提高了液态钴对 WC 颗粒的润湿性。
当粘结剂有效润湿硬质颗粒时，孔隙缺陷就会被消除。这大大提高了材料的断裂韧性和整体机械性能。
理解权衡
高强度等级的必要性
并非所有石墨都适用于此应用。该工艺要求特定的“高强度”石墨等级。
使用低等级的石墨模具会带来严重的失效风险。如果模具无法承受峰值温度下的32–40 MPa 压力阈值，它可能会破裂或变形，导致零件立即失效并可能损坏炉子。
热膨胀不匹配
虽然石墨在热稳定性方面表现良好，但操作员必须考虑石墨模具与压实碳化物粉末之间热膨胀的差异。
需要精确计算以确保在组件冷却和材料收缩后最终尺寸符合公差。
为您的目标做出正确的选择
为了最大限度地提高您的 WC 基硬质合金的性能，请根据您的具体工程目标选择模具材料和工艺参数：
- 如果您的主要重点是最大密度：优先选择经过测试的压缩强度在 1500°C 下超过 40 MPa 的石墨等级，以确保在模具不变形的情况下有效传递压力。
- 如果您的主要重点是微观结构一致性：确保石墨模具具有高且均匀的导热性，以防止在感应加热阶段出现局部热点。
- 如果您的主要重点是机械韧性：验证您的真空系统已完全优化以去除杂质，从而使模具的压力能够有效消除孔隙缺陷。
热压成功的关键在于模具在真空环境净化材料的同时，能够保持刚性和导电性。
总结表：
| 特性 | WC 基硬质合金的要求 | 对最终部件的影响 |
|---|---|---|
| 压力承受能力 | 32 MPa 至 40 MPa | 确保完全致密化并消除气孔 |
| 温度范围 | 1400°C 至 1500°C | 促进均匀的液相烧结 |
| 材料作用 | 刚性横向约束 | 定义几何形状并防止粉末位移 |
| 导热性 | 高且均匀 | 最小化温差以保证晶粒一致性 |
| 环境 | 真空气氛 | 提高粘结剂润湿性和材料纯度 |
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