实验室高压压机通过将机械能转化为局部热能，在室温下诱导粘性流动。通过施加高达数吉帕的轴向载荷，该机器会在铝镍铈粉末颗粒之间产生强烈的摩擦和严重的塑性变形。这种机械应力在颗粒边界处以热量的形式消散，使局部温度短暂升高到玻璃化转变点（$T_g$）以上，从而在没有外部加热的情况下触发流动。
核心机制依赖于宏观压力向微观热量的转化。通过产生高于玻璃化转变温度的局部温度峰值，该过程允许非晶材料流动并自洽到近理论密度，而主体环境则保持在室温。
冷固结的力学原理
极端轴向载荷的应用
该过程始于施加巨大的力。高压压机将数吉帕的轴向载荷直接施加到粉末压坯上。
这种极高的压力迫使粉末颗粒排列得如此紧密，以至于克服了材料固有的运动阻力。
摩擦和塑性变形
在这些吉帕载荷下，粉末颗粒并非简单地静止不动。它们在相互挤压时会发生严重的塑性变形。
这种变形会产生强烈的颗粒间摩擦。颗粒的物理研磨和移动成为动能的巨大来源。
能量转换和局部加热
摩擦和变形产生的机械能必须去向某处。它在颗粒相遇的边界处以热量的形式消散。
这会导致温度急剧、瞬时地升高。至关重要的是，这种加热是局部的，发生在颗粒界面处，这意味着即使没有施加外部热源，边界也会显著升温。
触发粘性流动
当边界处的局部温度超过玻璃化转变温度（$T_g$）时，材料的物理性质会发生变化。
这些边界处的非晶相会软化。它从坚硬的固体转变为能够粘性流动的状态，表现类似于过冷液体。
达到近理论密度
一旦材料开始流动，它就会填充空隙。软化的非晶相会填充剩余固体颗粒之间的空隙。
这消除了结构内的孔隙。最终结果是固结的块状材料，达到了近理论密度，有效地将粉末熔融成固体。
理解热学细微差别
“室温”的区分
至关重要的是要理解，虽然该过程在“室温”下进行，但固结机制是热的。
“室温”一词指的是主体环境，而不是微观界面。机器利用压力在内部产生热量，而不是需要炉子从外部施加热量。
热量的瞬态性质
产生的热量是瞬时的，并且是瞬态的。它主要存在于变形阶段。
这可以防止整个样品过热，从而保持铝镍铈复合材料的非晶性质，并防止主体材料中发生不希望的结晶。
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- 如果您的主要关注点是密度：此方法非常理想，因为粘性流动会主动填充间隙空隙，使您无需烧结即可达到近理论密度。
- 如果您的主要关注点是材料纯度：缺乏外部加热可降低氧化或主体结晶的风险，从而保留复合材料的非晶特性。
通过利用机械应力向局部热量的转化，您可以在没有复杂热管理系统的情况下实现高密度固结。
总结表：
| 机制阶段 | 操作 | 物理结果 |
|---|---|---|
| 加载 | 数吉帕的轴向载荷 | 极高的颗粒压实 |
| 变形 | 严重的塑性变形 | 强烈的颗粒间摩擦 |
| 热转换 | 边界处的能量耗散 | 局部温度峰值 > $T_g$ |
| 固结 | 软化的非晶相流动 | 空隙填充和近理论密度 |
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参考文献
- Xianshun Wei, Jun Shen. Bulk amorphous Al85Ni10Ce5 composite fabricated by cold hydro-mechanical pressing of partially amorphous powders. DOI: 10.1007/s11434-011-4785-4
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
