高强度石墨是真空热压模具的决定性材料选择，因为它独特地结合了极高的耐热性和机械刚性。它在超过 1300°C 的温度下保持尺寸稳定性并传递巨大的液压（通常超过 40 MPa），同时与硅锗 (SiGe) 合金等敏感热电材料保持化学兼容性。
核心用途 石墨不仅仅是一个容器；它是一种力传递介质，能够承受金属会熔化或变形的环境。选择它的驱动因素是需要施加巨大的挤压力来将粉末致密化成精确的形状，同时防止化学污染并确保热均匀性。
石墨在力传递中的作用
在高温下承受极端压力
模具的主要功能是作为粉末成型的容器。它必须将液压系统施加的机械力直接传递到粉末压坯上。
选择高强度石墨是因为它能在其他材料失效的温度下保持其强度。它可以在 1400°C 的温度下承受单轴压力（例如 40.8 MPa），而不会发生显著的变形或断裂。
确保尺寸精度
在真空热压中，目标是实现“近净形”成型，这最大限度地减少了昂贵的后处理加工的需要。
石墨提供了出色的尺寸稳定性。由于它在高热和高压的组合下不会翘曲或蠕变，因此可以确保最终的热电样品保持高形状精度和均匀密度。
热性能和化学性能
化学兼容性和惰性
诸如硅锗 (SiGe) 之类的热电合金对污染敏感。模具材料在烧结过程中不得与粉末发生反应。
石墨在这些环境中表现出优异的化学稳定性。它充当一个中性容器，限制粉末的形状，而不会引起会降低合金性能的严重界面反应。
热冲击稳定性和导热性
烧结过程涉及快速的温度变化。石墨具有出色的热冲击稳定性，可防止模具在加热或冷却循环中开裂。
此外，其高导热性确保热量均匀地传递到合金粉末。这可以防止“热点”，并确保整个样品均匀烧结，从而在整个锭中获得一致的材料性能。
操作效率
自润滑性能
热压中的一个主要实际挑战是完成循环后将成品样品从模具中取出。
石墨天然具有自润滑性。这种特性极大地简化了脱模过程，降低了在顶出过程中损坏样品或模具的风险。
理解权衡
机械极限和脆性
虽然石墨具有出色的高温强度，但它并非坚不可摧。与金属相比，它是一种脆性材料。
补充数据表明，在某些配置中，必须仔细控制液压（例如，在特定情况下限制在 30 MPa），以防止模具断裂。模具设计必须考虑所用石墨牌号的特定拉伸极限。
消耗和磨损
石墨模具被归类为“关键消耗品”。尽管它们很坚固，但轴向压力和极端高温的恶劣环境最终会使它们退化。它们不是永久性部件，需要定期更换以保持公差精度。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高真空热压工艺的成功率，请根据您的具体烧结目标选择模具：
- 如果您的主要关注点是纯度：优先选择高纯度石墨牌号，以确保与 SiGe 等敏感合金零化学反应。
- 如果您的主要关注点是密度：确保所选的石墨牌号具有能够承受超过 40 MPa 压力以强制完全粉末致密化的机械额定值。
- 如果您的主要关注点是效率：利用石墨的自润滑特性，通过简化脱模阶段来加快循环时间。
通过选择高强度石墨，您可以确保一个在结构完整性与热电合金合成的精细热要求之间取得平衡的工艺。
摘要表：
| 特征 | 石墨性能 | 对热电合金的好处 |
|---|---|---|
| 耐压性 | 在 1400°C 下承受 >40 MPa | 确保高致密化而无模具失效 |
| 化学稳定性 | 惰性/非反应性 | 防止敏感 SiGe 合金污染 |
| 导热性 | 高且均匀 | 消除热点，实现一致的材料性能 |
| 尺寸稳定性 | 低蠕变和翘曲 | 实现高精度的近净形成型 |
| 脱模 | 自润滑性能 | 简化样品顶出并减少零件损坏 |
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