石墨模具在 TiAl-SiC 复合材料的热压烧结过程中兼具容器和导体的双重作用。它们充当高强度容器，在极端高温下传递机械载荷，同时利用其导电性促进粉末混合物的快速致密化。
核心要点 除了作为简单的容器外，石墨模具在 1250°C 的温度下创造了一个对材料合成至关重要的反应环境。它能够实现原位生成核壳结构强化相，特别是 Ti2AlC 和 Ti3SiC2，将原材料粉末转化为增强的高性能复合材料。
物理和机械作用
承受极端热条件
模具的主要功能是在高温下保持结构完整性。在 TiAl-SiC 复合材料的烧结过程中，模具必须承受高达1250°C的温度。
传递机械载荷
选择石墨模具是因为其高强度，这使其能够将显著的机械压力传递给粉末。
模具对复合材料混合物施加20 MPa的载荷。这种压力对于消除空隙和迫使粉末颗粒紧密、致密地排列至关重要。
促进致密化
模具不仅仅是保持形状；它积极地促进固结过程。由于石墨的优异导电性，模具能够促进热压中常用的电流流动以产生热量，从而实现高效的粉末致密化。
化学和反应作用
促进界面扩散
模具提供了一个稳定的环境，促进了组分之间的化学相互作用。在高温下，该装置促进了 SiC 增强体和 TiAl 基体之间的界面扩散。
实现原位合成
石墨模具内产生的环境允许受控的化学反应。这些反应导致原位生成新的化合物，而不仅仅是现有化合物的结合。
形成强化相
由模具介导的特定条件导致了Ti2AlC 和 Ti3SiC2的形成。这些化合物形成核壳结构，在最终复合材料中作为强化相。
关键操作注意事项
高强度石墨的要求
并非所有石墨都适用于此应用。该工艺严格要求高强度石墨，以承受同时施加的 20 MPa 压力和 1250°C 热量而不破裂或变形。
受控反应性
虽然模具促进有益的反应，但该过程依赖于稳定的环境。如果模具材料或条件发生变化，可能会破坏 Ti2AlC 和 Ti3SiC2 相的精确形成，导致最终复合材料的机械性能不一致。
优化烧结策略
为了在热压 TiAl-SiC 复合材料时获得最佳结果，请使您的工艺参数与石墨模具的能力保持一致。
- 如果您的主要关注点是致密化：利用石墨模具的导电性，确保粉末的均匀加热和快速固结。
- 如果您的主要关注点是材料强度：精确控制1250°C 的温度和 20 MPa 的压力，以确保核壳强化相的完整原位形成。
通过利用石墨独特的导热和导电性能，您可以有效地将成型过程转变为复杂的化学合成方法。
总结表：
| 参数 | 规格 | 烧结中的作用 |
|---|---|---|
| 烧结温度 | 1250°C | 促进强化相的原位合成 |
| 机械压力 | 20 MPa | 消除空隙并确保粉末致密化 |
| 模具材料 | 高强度石墨 | 承受热应力并传递载荷 |
| 形成的相 | Ti2AlC & Ti3SiC2 | 创建用于增强的核壳结构 |
| 导电性 | 高导电/导热性 | 促进快速、均匀的产热 |
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参考文献
- Shiqiu Liu, Huijun Guo. Microstructure and High-Temperature Compressive Properties of a Core-Shell Structure Dual-MAX-Phases-Reinforced TiAl Matrix Composite. DOI: 10.3390/cryst15040363
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
