高强度石墨模具是此工艺的先决条件，因为它们是唯一能够承受TiAl/Ti6Al4V复合材料极端加工条件下的结构完整性的可行容器。具体来说，这些模具必须在900°C的温度下承受高达40 MPa的机械压力而不发生断裂或变形。这种能力是确保最终复合材料达到所需高密度和精确尺寸精度的主要因素。
真空热压环境同时对材料施加热冲击和巨大的机械载荷。高强度石墨至关重要，因为它是少数几种在这种双重应力下能保持机械稳定性和化学惰性的材料之一，既充当压力容器又充当热导体。
机械要求
模具的主要功能是将液压转化为复合材料。这需要特定的机械特性来防止工艺失败。
承受极端单轴压力
在TiAl/Ti6Al4V的热压过程中，模具承受的压力高达40 MPa。
标准模具材料在这种载荷下会屈服或蠕变，尤其是在高温下。高强度石墨在这种环境下具有保持其刚度和强度的独特能力。
防止变形和断裂
如果模具变形，压力将无法有效地传递到粉末或层压板上。
高强度石墨确保施加的力完全用于致密化材料。这种刚性可以防止模具壁弯曲，这对于保持最终组件的净尺寸至关重要。
定义几何精度
模具充当最终产品的负形。
由于高强度石墨在900°C下能抵抗热膨胀和机械蠕变，因此它能确保烧结的TiAl/Ti6Al4V样品的尺寸与设计规格精确匹配。
化学和热环境
除了机械强度，模具还必须与真空室内的钛合金良好地相互作用。
真空中的化学稳定性
钛合金在高温下具有高度反应性。
高强度石墨在真空条件下与TiAl/Ti6Al4V接触时表现出优异的化学稳定性。这可以防止可能污染样品表面或降解模具界面的不利化学反应。
均匀导热性
石墨是优良的热导体。
这种特性使模具能够将热量均匀地分布到样品上，从而最大限度地减少热梯度。均匀的热场对于确保一致的扩散粘结和防止复合材料内部应力至关重要。
理解操作限制
虽然高强度石墨是最佳选择，但它也带来了一些必须管理的特定操作权衡。
氧化风险
石墨在高温下与氧气接触时会迅速氧化。
该过程必须在真空或惰性气氛中进行。在900°C下真空密封的任何泄漏都会导致模具迅速腐蚀，并可能污染TiAl/Ti6Al4V复合材料。
机械脆性
尽管石墨具有很高的抗压强度，但它仍然是脆性的。
它的抗拉强度很低，几乎没有延展性。虽然它可以承受40 MPa的压缩载荷，但如果液压缸未对准，它容易因剪切力或冲击而失效。
确保复合材料制造的成功
选择正确的模具材料是在机械要求和化学相容性之间取得平衡。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：优先选择具有最高可用抗压强度等级的石墨，以消除900°C下的模具蠕变。
- 如果您的主要重点是材料纯度：确保严格控制真空环境，以利用石墨的化学稳定性并防止表面污染。
高强度石墨不仅仅是一个容器；它是一个主动的机械部件，能够同时施加烧结高性能钛复合材料所需的热量和压力。
总结表：
| 属性 | TiAl/Ti6Al4V的要求 | 高强度石墨的作用 |
|---|---|---|
| 耐压性 | 高达40 MPa | 防止断裂并保持结构完整性 |
| 温度稳定性 | 900°C工作温度 | 在高温下抵抗蠕变和变形 |
| 导热性 | 高均匀性 | 确保一致的扩散粘结和低应力 |
| 化学特性 | 真空惰性 | 防止反应性钛合金污染 |
| 几何精度 | 高净尺寸精度 | 抵抗热膨胀以获得精确尺寸 |
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