石墨模具是真空热压过程的结构和热支撑骨架。它们同时充当定义复合材料形状的高强度容器、传递巨大单轴压力的机制以及均匀热分布的传导器，确保铜-碳纳米管复合材料达到所需的密度和结合强度。
核心要点 石墨模具并非被动容器；它们是烧结物理过程中的积极参与者。它们在承受高压的同时保持结构完整性并高效导热的能力，是实现全致密、无缺陷铜-碳纳米管复合材料的关键因素。
形状和致密化的力学原理
要理解模具的作用，必须超越其作为容器的功能。它充当将机械力转化为物理密度的主要工具。
应力下的几何形状定义
石墨模具最直接的功能是充当成型容器。它将松散的复合材料粉末保持在特定的配置中，以定义材料的最终尺寸和形状。
至关重要的是，它必须在承受高温（通常超过 1150°C）时保持这种形状而不发生变形。如果模具发生翘曲，最终的部件就会失去尺寸精度。
单轴压力的传递
模具充当力的传递介质。它将热压机压头施加的外部液压直接传递到粉末样品。
这并非微不足道的载荷；模具必须承受并传递通常在 35 至 55 MPa 范围内的压力。这种压力对于消除气孔和促使铜基体与碳纳米管紧密结合至关重要。
热管理和烧结
铜-碳纳米管界面质量在很大程度上取决于温度控制。在此环境中，石墨因其优异的热性能而被特别选用。
均匀传热
石墨具有出色的导热性。这使得模具能够快速而均匀地将热量从加热元件传递到内部的粉末样品。
促进基体软化
均匀加热可确保铜基体在整个样品体积内均匀软化。这有助于碳纳米管与铜之间的间隙均匀填充，从而防止最终复合材料中出现结构薄弱点。
理解权衡
虽然石墨是该工艺的标准材料，但理解其与特定材料的相互作用对于工艺成功至关重要。
化学稳定性和脱模
在高温下，许多模具材料会与铜或碳纳米管发生化学反应，从而毁坏样品。石墨与这些材料具有良好的化学相容性，在烧结过程中保持稳定。
脱模优势
由于石墨不易与铜基体粘结，因此便于脱模。烧结完成后，可以干净地取出样品，而不会损坏复合材料表面或模具本身。
为您的目标做出正确选择
在设计用于铜-碳纳米管复合材料的真空热压设备时，请根据您的具体质量目标来确定模具规格的优先级。
- 如果您的主要关注点是最大密度：确保所选的石墨牌号具有高抗压强度，能够承受超过 50 MPa 的压力而不发生断裂。
- 如果您的主要关注点是微观结构均匀性：优先选择导热性高的石墨，以确保铜基体在整个样品几何形状上均匀软化。
石墨模具通过平衡热流与极高的机械稳定性，弥合了松散粉末与固体高性能复合材料之间的差距。
总结表：
| 功能 | 工艺中的作用 | 对复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 结构约束 | 在 1150°C 以上定义最终几何形状 | 高尺寸精度 |
| 压力传递 | 传递 35-55 MPa 的单轴力 | 消除孔隙并增强结合 |
| 导热性 | 将热量从加热元件分布到样品 | 确保基体均匀软化 |
| 化学稳定性 | 抵抗与铜和碳纳米管的反应 | 防止样品污染 |
| 易于脱模 | 与铜的粘结亲和力低 | 便于干净地取出样品 |
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