高强度石墨模具是真空热压过程中机械设备与材料之间的关键结构界面。它们主要作为坚固的容器，定义金刚石/铜复合材料的最终几何形状，同时充当传递巨大机械压力到粉末混合物中的传导介质。如果没有模具在超过 800°C 的温度和数几十兆帕 (MPa) 的压力下保持刚性的特定能力，就不可能实现所需的材料密度和尺寸精度。
核心见解 高强度石墨的价值在于其将热耐久性与机械故障分离的独特能力。与许多在高温下会软化的金属不同，石墨能够保持将液压传递到粉末体所需的结构完整性，从而驱动高性能复合材料所必需的致密化过程。
机械作用：压力与形状
定义几何轮廓
最基本地说，石墨模具充当精密容器。在烧结前，它将松散的金刚石和铜粉混合物固定在原位。
由于粉末最初是松散的，模具是最终样品形状和尺寸精度的唯一决定因素。
传递单轴力
在真空热压 (VHP) 中，压力通常由液压缸从外部施加。模具充当此力的传输载体。
它必须将单轴压力——通常范围在 30 MPa 到 100 MPa 以上——直接传递到粉末体。有效的传递是将粉末颗粒压在一起，促进塑性变形和机械结合。
热稳定性与材料密度
承受极端环境
金刚石/铜复合材料的烧结需要高热能，通常要求温度高于 800°C（在某些变体中高达 1000°C）。
高强度石墨至关重要，因为它具有优异的高温机械强度。在标准金属模具会软化、变形或失效的条件下，它能抵抗变形和蠕变。
确保高密度
复合材料的最终目标是高密度和低孔隙率。只有在整个加热周期中保持一致的压力才能实现这一点。
由于石墨模具在热量和压力的联合作用下不会屈服，因此它确保了力有效地施加到粉末上。这导致了完全致密、无孔的烧结样品。
化学和工艺稳定性
均匀传热
石墨具有优异的导热性。这种特性使模具能够将热量均匀地分布到整个粉末混合物中。
均匀加热对于防止内部应力或不均匀烧结至关重要，这可能导致金刚石/铜复合材料出现裂纹或薄弱点。
化学惰性和脱模
高强度石墨在化学上是稳定的，并且通常对铜基体呈惰性，尤其是在真空或还原气氛中。
这可以防止模具与复合材料粘结。缺乏化学反应可以保持样品的纯度，并确保成品棒材平稳、轻松地脱模。
操作注意事项和权衡
氧化风险
虽然石墨在真空中具有热稳定性，但在高温下暴露于空气时会迅速氧化。
权衡：您必须严格维持真空或惰性气体气氛。真空系统中的任何泄漏都会导致模具退化，并可能污染复合材料。
机械磨损和寿命
尽管石墨强度很高，但与韧性金属相比，它很脆。
权衡：在高压（几十兆帕）下反复循环最终会使模具疲劳。它们应被视为精密耗材，需要定期检查微裂纹，以防止在负载下发生灾难性故障。
为您的项目做出正确选择
选择用于金刚石/铜烧结的石墨模具时，您的具体要求决定了所需的石墨等级。
- 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等级的石墨等级，以承受超过 50 MPa 的压力而不会发生微观变形。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：确保石墨具有低热膨胀系数，以最大程度地减小冷却阶段的尺寸变化。
- 如果您的主要重点是工艺效率：选择高密度石墨并进行抛光处理，以减少摩擦并便于快速脱模，而不会损坏样品边缘。
高强度石墨不仅仅是一个容器；它是一个主动的机械部件，能够将松散的粉末转化为固体、高性能的复合材料。
总结表：
| 特性 | 对金刚石/铜复合材料的好处 |
|---|---|
| 高抗压强度 | 在无变形的情况下承受 30-100 MPa 的压力，确保最大密度。 |
| 热稳定性 | 在金属软化的温度 >800°C 下保持结构完整性。 |
| 导热性 | 提供均匀的热分布，防止内部应力和开裂。 |
| 化学惰性 | 防止与铜基体粘结，便于脱模和高纯度。 |
| 尺寸稳定性 | 确保最终零件的精确几何轮廓和严格的公差。 |
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