实验室液压机和金属模具至关重要，它们可以将松散的金刚石和铜粉混合物转化为称为“绿色压坯”的固体、粘结在一起的形态。这一机械预压步骤旨在排出捕获的空气，优化颗粒排列，并建立特定的相对密度——通常约为 75%——这对于后续热压烧结过程的稳定性和准确性至关重要。
核心要点 预压不仅仅是为了成型；它是一个基础的致密化步骤，可以去除空气并形成稳定的“绿色坯体”。没有金属模具中的初始压缩，混合物将缺乏精确装入石墨烧结模具所需的结构完整性和均匀性，从而影响最终产品的尺寸精度。
预压的物理学原理
创建“绿色压坯”
液压机的首要功能是将松散的粉末压实成半固体形状，技术上称为绿色压坯。
使用特定直径的金属模具，压机施加足够的力以达到目标相对密度（例如 75%）。这会将一种难以处理的粉末混合物转化为一种能保持其形状的粘结在一起的单元。
排出捕获的空气
松散粉末在颗粒之间的空隙中自然含有大量的空气。
预压有效地排出这些空气，然后材料才进入真空热压阶段。早期去除空气对于防止在加热过程中气体团块膨胀至关重要，否则会产生最终复合材料中的空隙或裂纹。
增强颗粒接触
压力促进了颗粒的初始重排。
通过将铜和金刚石颗粒推到更近的距离，压机确保了整个材料中的均匀接触点。这种机械互锁为烧结过程中发生的化学反应和渗透提供了必要的基础。
对烧结的操作优势
便于石墨模具装载
热压烧结通常使用高强度石墨模具，它们具有优良的导热性，但用松散粉末装载可能很脆弱或复杂。
预压会创建一个紧凑的“饼”，可以轻松精确地装入这些石墨模具中。这简化了工作流程，并保护石墨模具免受压缩松散粉末时产生的不均匀应力。
确保尺寸精度
烧结后的金刚石/铜复合材料的最终尺寸很大程度上受粉末初始状态的影响。
通过预致密化材料，您可以显著减少加热阶段发生的收缩量。这确保最终烧结产品保持高尺寸精度和均匀密度。
理解权衡
直接烧结的风险
为了节省时间，直接在热压机中压缩松散粉末，跳过预压的诱惑是很大的。
然而，仅依赖热压机通常会导致宏观缺陷。没有预压阶段，烧结过程中的体积收缩是剧烈且不可预测的，导致样品变形和密度不均，即使高温真空压制也无法纠正。
金属与石墨模具
区分所需的两种模具类型至关重要。
金属模具与液压机一起用于冷预压，因为它们能够承受初始压实所需的高机械冲击。石墨模具保留用于热压阶段，因为它们能够承受高温（超过 800°C），但它们并非设计用于松散粉末的初始冷压。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高金刚石/铜复合材料的质量，请根据您的具体目标调整您的工艺：
- 如果您的主要重点是结构完整性：优先在预压阶段实现高相对密度（约 75%），以最大限度地减少内部空隙。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：确保您的金属预压模具直径与石墨烧结模具的公差紧密匹配，以防止在转移过程中膨胀。
成功的烧结始于加热之前；均匀的绿色压坯是无缺陷最终产品的最佳预测指标。
总结表：
| 特性 | 预压（冷压） | 热压烧结 |
|---|---|---|
| 设备 | 实验室液压机 | 真空热压机 |
| 模具材料 | 高强度金属模具 | 高纯石墨模具 |
| 主要目标 | 创建 75% 密度的“绿色压坯” | 扩散和化学键合 |
| 材料状态 | 松散粉末到粘结的饼状物 | 粘结的饼状物到致密的复合材料 |
| 关键优势 | 排出空气并确保尺寸精度 | 最终致密化和材料性能 |
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