通过工业压机施加 100 bar 压力是促进从不同材料层向统一梯度结构转变的主要机制。这种巨大的力驱动液体在复合材料界面之间扩散，确保材料在物理和化学上融合，而不仅仅是相互粘附。
在顺序挤压铸造中，高压将独立的复合材料层转化为单一的、内聚的单元。它用部分扩散区取代了明显的物理边界，消除了薄弱点，同时通过闭合内部空隙来致密化材料。
梯度形成机制
驱动液体扩散
100 bar 压力的主要作用是克服材料界面处的自然阻力。通过施加这种力，压机促进了相邻复合材料层之间的液体扩散。这迫使材料的液相在凝固发生之前渗透并与相邻层混合。
创建部分扩散区
没有高压，各层可能会形成明显的物理边界，这会产生容易分层的薄弱点。压力确保了部分扩散区的形成。在该区域，成分是逐渐变化的，而不是突然变化的，从而实现了真正的功能梯度转变，增强了结合强度。
增强结构完整性
减少内部孔隙
除了粘合之外，工业压机在材料的整体质量方面起着至关重要的作用。连续高压产生“挤压”效应，显著减少内部孔隙。这种作用会压碎在铸造过程中自然形成的内部气泡和收缩空隙。
最大化材料密度
对于特定的复合材料，例如FG-7075 铝/SiCp 复合材料，这种压力驱动的孔隙减少导致结构更加致密。更致密的结构直接关系到最终部件的机械性能和结构可靠性的提高。
压力不足的后果
出现明显边界的风险
了解梯度结构并非自动形成，而是机械强制形成的，这一点至关重要。如果压力显著低于 100 bar，液体扩散机制就会失效。这会导致具有清晰界面的不同层，这些界面在负载下会成为应力集中点和失效点。
孔隙保留
未能保持连续高压会导致内部空隙保留在微观结构中。这会导致复合材料密度降低，机械强度受到损害，从而抵消了使用 FG-7075 等高性能材料的优势。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高顺序挤压铸造的有效性，请根据您的具体工程目标调整您的工艺控制：
- 如果您的主要重点是界面强度：确保压机保持 100 bar 压力以强制液体扩散，从而形成无缝梯度而不是脆性边界。
- 如果您的主要重点是部件耐用性：在凝固过程中优先考虑连续施压，以最大限度地减少孔隙并最大化 FG-7075 复合材料的密度。
通过严格保持此压力参数，您可以确保将分层成分转化为单一的高性能功能梯度材料。
总结表：
| 机制 | 100 bar 压力的影响 | 所得材料性能 |
|---|---|---|
| 界面扩散 | 强制各层之间的液相相互渗透 | 无缝过渡区；无分层 |
| 孔隙控制 | 压碎内部气泡和收缩空隙 | 高结构密度和可靠性 |
| 粘合类型 | 从物理粘附过渡到化学融合 | 卓越的界面粘合强度 |
| 微观结构 | 消除尖锐的物理边界 | 统一的功能梯度结构 |
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参考文献
- Serhan Karaman Genc, Nilhan ÜRKMEZ TAŞKIN. New Processing Route for the Production of Functionally Graded 7075 Al/SiCp Composites via a Combination of Semisolid Stirring and Sequential Squeeze Casting. DOI: 10.3390/cryst14040297
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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