高强度石墨是此应用的决定性材料选择，因为它独特地平衡了机械强度和热精度。它作为一个坚固的容器，能够在高温下承受显著的机械压力（高达 45 MPa）而不变形，同时防止与铝基体发生化学键合。
核心要点 选择高强度石墨是因为它能够在高温和单轴压力下保持结构完整性，同时确保复合材料均匀烧结。它对铝基体的抗粘附性对于保证最终铝硅/石墨复合材料的尺寸精度和表面质量至关重要。
机械完整性的关键作用
承受极端单轴压力
在真空热压过程中，模具不仅仅是容纳粉末，它还充当压力容器。高强度石墨至关重要，因为它必须在不屈服或开裂的情况下承受单轴机械压力——通常在 30 至 45 MPa 之间。
标准材料在这种特定的力与热的组合下会变形（蠕变），从而影响最终零件的尺寸。高强度石墨保持其形状，确保施加的力有效地传递到粉末，以实现最大程度的致密化。
烧结温度下的热稳定性
铝硅复合材料的烧结过程需要高温来促进颗粒重排和塑性变形。石墨表现出卓越的热稳定性，这意味着在加热到这些加工范围（通常铝合金为 600°C–700°C，但石墨可以承受更高的温度）时，它不会软化或失去强度。
这种稳定性确保了“生坯”（压实的粉末）的几何公差在整个加热循环中得到保持。
导热性和工艺控制
确保均匀致密化
烧结中最关键的挑战之一是加热不均匀，这会导致内部应力和翘曲。石墨具有优异的导热性，能够将热量从炉膛环境（或感应线圈）快速均匀地传递到粉末核心。
通过消除热梯度，模具确保铝硅合金颗粒和石墨增强材料在样品体积内以相同的速率烧结。
协同致密化
真空热压依赖于同时施加热量和力。石墨模具充当同步这两种力的介质。
它在传导热量的同时传递液压，从而促进微孔的消除，最终形成高密度复合材料。
与铝的化学相容性
防止粘附
铝是一种高活性金属，尤其是在液态或半固态下，并且容易粘附在模具壁上。石墨的一个关键优势是其相对于铝基体的化学惰性。
在烧结温度下，它不易粘附或与铝发生严重反应。这种“不粘”特性使得脱模更容易，并确保最终复合材料的表面光滑无缺陷。
理解权衡
易氧化性
虽然石墨在真空中非常坚固，但在高温下暴露于空气时，它极易氧化。如果真空完整性受到损害或在富氧环境中操作，石墨模具的使用寿命会急剧下降（例如，从 30 次以上的使用减少到 4-5 次）。
易碎性和处理
尽管石墨具有很高的抗压强度，但它是一种脆性陶瓷状材料。其抗冲击性很差。意外跌落或压头未对准很容易导致模具破裂，从而在负载下突然失效。
化学限制
虽然石墨通常对铝呈惰性，但在非常高的温度或长时间停留时，存在形成碳化铝（$Al_4C_3$）的风险，这是一种脆性且不受欢迎的相。必须严格控制工艺参数以防止在界面处发生这种反应。
为您的目标做出正确选择
在为铝硅复合材料选择模具材料时，您的优先级决定了您的工艺参数。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：优先选择高密度、高强度石墨牌号，以最大限度地减少模具在 45 MPa 压力限制下的变形。
- 如果您的主要关注点是表面光洁度：确保石墨模具具有高纯度表面处理，以防止界面处发生轻微的化学反应和粘附。
- 如果您的主要关注点是成本效益：严格维持高真空环境以防止氧化，将模具的可重复使用寿命从个位数延长到 30 个循环以上。
最终，高强度石墨之所以成为行业标准，是因为它是唯一一种既能作为导热体又能作为高压结构容器，同时又不污染铝合金的材料。
总结表：
| 特性 | 对铝硅烧结的好处 |
|---|---|
| 机械强度 | 在单轴压力（30-45 MPa）下不变形 |
| 导热性 | 确保均匀的热量分布并消除热梯度 |
| 化学惰性 | 防止粘附到铝基体上并确保易于脱模 |
| 高温稳定性 | 在加热过程中保持几何公差和结构完整性 |
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