协同作用是剧烈塑性变形的催化剂。通过将预热至 400°C 的挤压模具与施加约 457 MPa 的高压压机相结合，该工艺将铝-石墨烯复合材料物理地推向更高性能的状态。这种特定的组合消除了孔隙并对齐增强材料，从而获得了卓越的机械性能。
热控制与高机械压力之间的相互作用消除了孔隙，并迫使石墨烯纳米片定向排列。这种结构重组最大化了载荷传递，使复合材料在挤压轴向上达到接近理论的密度和出色的强度。
性能增强机制
达到接近理论的密度
高压的应用是材料致密化的主要驱动力。压机在操作过程中施加约 457 MPa 的压力。
这种极大的力会压垮内部空隙并消除铝基体内的孔隙。
因此，材料达到了 接近理论的密度，确保没有可能损害完整性的结构弱点或气穴。
纳米片的定向排列
挤压模具的几何形状与材料流动相结合，决定了增强材料的取向。
在剧烈的塑性变形过程中，石墨烯纳米片被物理地强制旋转。
它们平行于 挤压方向 排列，形成有序的内部结构，而不是随机分散。
优化载荷传递效率
石墨烯的排列不仅仅是外观上的；它是功能性的。
当纳米片与挤压方向对齐时，从铝基体到石墨烯的 载荷传递效率 会显著提高。
这导致复合材料的整体强度急剧增加，特别是在施加力的方向上。
理解权衡
方向各向异性
所描述的增强作用是高度方向性的。
由于石墨烯沿着挤压方向排列，因此增加的强度集中在该特定轴向上。
这意味着横向（垂直于挤压方向）的机械性能可能不会看到相同程度的增强。
工艺强度要求
实现这种协同作用需要精确而稳健的操作条件。
设备必须能够承受 400°C 的模具温度，同时施加 457 MPa 的压力。
这些参数中的任何偏差都可能导致致密化不完全或排列不良，从而抵消复合材料的优势。
为您的目标做出正确选择
要有效地利用此工艺，请考虑您的特定性能要求：
- 如果您的主要关注点是最大拉伸强度：确保您最终应用中的载荷路径与挤压方向平行，以利用增强的载荷传递。
- 如果您的主要关注点是消除缺陷：优先维护 457 MPa 的压力阈值，以保证接近理论的密度并消除孔隙。
通过控制热输入和机械输入，您可以将多孔混合物转化为致密、高性能的结构材料。
摘要表：
| 参数 | 工艺要求 | 对材料性能的影响 |
|---|---|---|
| 压力 | 457 MPa | 消除孔隙；达到接近理论的密度 |
| 温度 | 400°C（预热模具） | 实现剧烈的塑性变形和材料流动 |
| 微观结构 | 定向排列 | 将石墨烯纳米片平行于挤压轴线排列 |
| 性能 | 载荷传递效率 | 最大化沿挤压方向的拉伸强度 |
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参考文献
- R. Lazarova, Veselin Petkov. Fabrication and Characterization of Aluminum-Graphene Nano-Platelets—Nano-Sized Al4C3 Composite. DOI: 10.3390/met12122057
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
