在铜石墨复合材料的制造中，实验室液压机在初始成型阶段充当机械致密化的主要工具。它施加高机械压力——通常在 200 MPa 左右——将松散的混合粉末转化为称为“冷压生坯”的粘结固体形状。
该压机不仅仅是塑造材料；它通过迫使颗粒重排和塑性变形来消除夹带的空气。这会形成一个具有足够结构完整性的压坯，能够承受后续的处理和烧结而不会碎裂。
固结机理
施加高压
液压机的首要功能是向粉末混合物施加巨大的机械力。在铜石墨制造中，这通常涉及施加特定压力，例如200 MPa，并保持一段设定的时间，通常为1 分钟。
颗粒重排
当首次施加压力时，松散的铜和石墨颗粒会改变位置。它们相互滑动以填充粉末堆积中自然存在的大空隙。这种初始重排显著减小了材料的体积。
塑性变形
当压力超过材料的屈服强度时，颗粒会发生塑性变形。铜颗粒和软石墨薄片会发生物理变形和压扁。这种变形最大化了颗粒之间的接触面积，通过机械互锁形成实体。
建立绿色强度
消除夹带空气
冷压阶段的关键作用是去除粉末混合物中夹带的空气团。液压机在压缩颗粒时将空气强制排出。消除这些空隙对于实现高初始密度至关重要。
创建“生坯”
该过程的结果是形成“生坯”——一种保持形状但尚未烧结（加热）的固体物体。该生坯具有足够的绿色强度，意味着它足够坚固，可以从模具中弹出并在转移到炉子时进行处理而不会散架。
石墨作为固体润滑剂
在此压缩过程中，石墨成分作为固体润滑剂发挥次要作用。当液压机施加力时，石墨有助于颗粒的移动，并有助于减少压坯内的密度梯度，确保压力分布更均匀。
理解权衡
平衡压力和完整性
虽然高压对于致密化是必需的，但该过程需要精确控制。目标是施加足够的压力以破坏表面氧化膜——这有助于后续的烧结——而不会在复合材料结构中引起缺陷。
密度梯度
即使使用液压机，粉末与模具壁之间的摩擦也可能导致密度不均匀。虽然石墨有助于缓解这种情况，但压力施加（例如单轴压制）不可避免地会在样品顶部到底部产生轻微的密度变化。
为您的目标做出正确选择
为确保铜石墨制造的成功，您必须根据具体要求定制压制阶段。
- 如果您的主要重点是结构完整性：确保停留时间（例如 1 分钟）足以让空气排出并使塑性变形完全固定，防止生坯回弹或开裂。
- 如果您的主要重点是烧结密度：优先达到机械互锁颗粒和破坏氧化层所需的压力阈值（例如 200 MPa），这是后续成功热致密化的先决条件。
液压机通过确定将决定材料性能的初始密度和颗粒分布，有效地设定了最终复合材料的“DNA”。
总结表：
| 工艺阶段 | 主要机理 | 目的与结果 |
|---|---|---|
| 初始压缩 | 颗粒重排 | 填充空隙并减小初始粉末体积 |
| 高压阶段 | 塑性变形 | 最大化颗粒接触和机械互锁 |
| 排气 | 气体排出 | 消除夹带空气以防止内部缺陷 |
| 生坯形成 | 机械结合 | 形成具有高结构完整性的固体“生坯” |
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