机械压力是AZ31/UCF/AZ31复合材料真空热压（VHP）过程中致密化的驱动力。通过施加持续的压力（特别是约为80 MPa），该工艺驱动熔融合金粉末（如AZ91）的塑性流动，迫使其浸渍碳纤维束并消除结构缺陷。
核心要点
施加机械压力不仅仅是为了固定组件；它是一个关键的加工参数，它强制浸渍纤维束并抵消孔隙。这可以得到一个完全致密的复合材料，其层间剪切强度远高于仅通过加热 alone 获得的强度。
浸渍和流动机制
驱动塑性流动
在VHP炉中，仅靠热量通常不足以完全固结复合材料层。机械压力促进位于结构组件之间的熔融合金粉末（通常用作中间层）的塑性流动。
这种强制流动对于将材料输送到重力或毛细作用无法到达的复杂几何形状至关重要。
填充纤维空隙
制造碳纤维（UCF）复合材料中最具挑战性的是“润湿”纤维。施加的压力迫使熔融基体完全填充单个碳纤维束之间的微观空隙。
没有这种外力，表面张力会阻止合金渗透纤维编织，导致出现“干斑”和薄弱点。
结构完整性和粘合
消除层间孔隙
随着材料被加热，原子扩散和体积膨胀会产生间隙。持续的压力作用于消除层间孔隙和在分层过程中自然形成的未粘合缺陷。
通过压缩堆叠层，炉子确保任何潜在的空气口袋或由表面不规则性引起的间隙都被机械性地闭合。
抵消扩散不平衡
在原子层面，不同材料之间的扩散速率可能不同（例如，Kirkendall效应），这可能导致孔隙形成。
机械压力主动抵消由这些原子扩散不平衡引起的孔隙。它迫使颗粒紧密接触，从而在扩散孔隙损害材料完整性之前就被压碎。
增强基底附着力
压力确保了增强层与固体AZ31基底之间紧密、连续的界面。
这种紧密的接触直接负责提高层间剪切强度，确保复合材料作为一个单一的结构单元而不是松散粘合的板堆进行工作。
理解权衡
工艺控制的必要性
虽然压力是有益的，但必须仔细校准。目标是创建一个无缺陷的预制件，但压力具体作用是克服流动阻力。
如果过早移除压力或压力不足，材料可能会遭受Kirkendall 空隙或浸渍不完全。反之，该工艺依赖于熔融相（如AZ91粉末）的存在来促进这种流动；施加到纯固态材料上的压力，如果没有足够的热量，将无法实现纤维束的相同浸渍。
为您的目标做出正确选择
压力在VHP中的作用是多方面的。根据您的具体性能要求，您应该从不同的角度看待压力参数：
- 如果您的主要关注点是结构耐久性：优先在整个冷却阶段维持压力，以防止孔隙重新打开或扩散孔隙的形成。
- 如果您的主要关注点是机械强度：确保压力足够高（例如，80 MPa），以最大化塑性流动，因为这直接关系到更高的层间剪切强度。
最终，机械压力将组件从松散的材料堆叠转变为完全致密的、高性能的复合材料。
总结表：
| 参数 | 对AZ31/UCF/AZ31复合材料的影响 |
|---|---|
| 驱动力 | 促进熔融合金粉末（例如AZ91）的塑性流动 |
| 浸渍 | 强制基体进入微观碳纤维空隙（润湿） |
| 缺陷控制 | 消除层间孔隙并抵消Kirkendall空隙 |
| 粘合 | 通过紧密的基底接触提高层间剪切强度 |
| 压力目标 | 最佳致密化和结构完整性需要约80 MPa |
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