石墨模具是成功进行铜/还原氧化石墨烯 (Cu/rGO) 复合材料真空热压的基础。它们被认为是关键耗材，因为它们结合了出色的高温强度和优异的导热性。这些特性使得模具能够承受显著的单轴压力（高达 80 MPa）而不变形，从而确保复合材料在烧结过程中精确成型并获得均匀的微观结构。
石墨模具的核心价值在于其在确保热平衡的同时保持结构刚度的能力。它们传递致密化所需的巨大机械力，同时创造一个稳定的化学环境，保护铜基体免受氧化。
极端载荷下的机械完整性
承受单轴压力
石墨模具的主要功能是作为承载容器。
在真空热压中，必须压缩 Cu/rGO 粉末混合物以实现高密度。石墨模具能够承受显著的单轴压力，例如 80 MPa，而不会断裂或蠕变。这使得复合粉末能够最大程度地致密化。
限制侧向变形
当压力机施加垂直力时，模具必须在水平方向上容纳粉末。
高强度石墨可抵抗侧向膨胀，有效约束粉末混合物。这确保施加的压力完全用于固结材料，而不是使容器变形。
精确的几何成型
由于石墨在高温下能保持其尺寸，因此它充当精确的成型工具。
它定义了样品的最终几何形状，确保烧结的 Cu/rGO 复合材料具有精确的尺寸和光滑的表面。这减少了对大量后处理或加工的需求。
热力学和均匀性
促进均匀传热
石墨具有出色的导热性，这对于烧结过程至关重要。
它能快速而均匀地将热量从加热元件传递到内部复合粉末。这消除了模具内的“热点”或“冷区”，否则可能导致烧结不均匀或开裂。
确保均匀的微观结构
热均匀性直接转化为结构质量。
通过确保整个样品同时达到烧结温度，石墨模具促进了均匀的微观结构。这对于 Cu/rGO 复合材料至关重要，因为它确保了石墨烯增强材料在铜基体内的均匀分布和结合。
化学稳定性和工艺控制
创造保护性气氛
石墨在处理铜时具有独特的化学优势。
在真空环境中，石墨模具可以产生微还原气氛。这有助于清除残留氧气，在高温循环过程中进一步保护铜基体免受氧化。
防止化学粘附
石墨在化学上是稳定的，并且在烧结温度下对铜基体通常是惰性的。
它能抵抗严重的化学粘附，这意味着熔融或烧结的金属不会与模具壁粘合。这种兼容性对于保持复合材料的表面完整性至关重要。
简化脱模
石墨的物理特性有助于制造流程。
石墨天然具有自润滑性，并且对许多金属不湿润。这使得烧结后的脱模操作明显更容易，降低了在取出样品时损坏样品的风险。
理解权衡
耗材性质与成本
尽管石墨模具在机械上很坚固，但它们最终是耗材。
由于反复的热循环和机械应力，它们会随着时间的推移而降解。您必须将模具的定期更换计入运营成本，因为使用磨损的模具会影响尺寸精度。
冲击下的脆性
石墨在压缩下很强，但在拉伸或冲击下很脆。
在处理和装载过程中必须小心。在烧结过程开始之前，突然的冲击或压力机设置过程中的不均匀加载可能会导致模具破裂。
为您的目标做出正确的选择
为了最大化您的 Cu/rGO 复合材料的质量，您必须将模具选择与您的特定加工参数相匹配。
- 如果您的主要重点是最大密度：确保您的石墨等级额定压力超过 80 MPa，以防止在压实阶段模具壁发生挠曲。
- 如果您的主要重点是微观结构纯度：依靠高纯度石墨来增强微还原效果，确保铜界面保持无氧化。
- 如果您的主要重点是工艺效率：优先选择高导热系数的石墨，以缩短加热周期并提高产量。
石墨模具不仅仅是一个容器；它是您最终材料热学和力学历史的积极参与者。
总结表：
| 特性 | 对 Cu/rGO 复合材料的好处 | 为何至关重要 |
|---|---|---|
| 机械强度 | 承受高达 80 MPa 的压力 | 在模具不变形的情况下实现最大程度的致密化。 |
| 导热性 | 均匀传热 | 消除热梯度，实现均匀的微观结构。 |
| 化学稳定性 | 微还原气氛 | 在烧结过程中保护铜基体免受氧化。 |
| 不湿润性 | 自润滑表面 | 确保易于脱模并保持样品表面完整性。 |
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