在液固分离（LSS）过程中，渗透压的主要作用是机械地将熔融铝推入金刚石颗粒之间的微小间隙中。通过液压驱动的活塞施加约60 MPa的压力，系统克服了液态金属与固态颗粒之间的自然阻力，从而形成统一的复合材料。
在LSS的背景下，压力不仅仅是一个变量；它是克服金属-陶瓷界面非润湿性的关键机制。它通过物理消除微孔隙，确保最终材料达到最大密度和结构完整性。
渗透的力学原理
力的产生
该工艺依赖于一个高精度液压系统来驱动活塞。这种机械作用对液压腔施加压力，以启动渗透阶段。
所需压力大小
该系统施加约60 MPa的压力。需要这个特定的压力大小才能将粘稠的熔融金属推过颗粒增强体的狭窄通道。
克服物理障碍
解决非润湿性阻力
熔融铝和金刚石颗粒自然表现出非润湿性阻力，这意味着液态金属抵抗在其表面铺展或渗透。如果没有显著的外部力量，金属将与金刚石基体分离。
强制界面接触
施加的压力作为表面张力的机械覆盖。它迫使铝渗透到非金属金刚石颗粒之间的间隙中，确保完全覆盖。
对材料质量的影响
最大化相对密度
通过将金属推入所有可用空间，压力确保复合材料达到极高的相对密度。这表明最终产品的体积几乎完全是固体材料。
消除微孔隙
高压会排出界面处潜在的气穴或间隙。消除这些微孔隙可以防止材料内部出现结构弱点。
优异的界面结合
该工艺实现了铝和金刚石之间优异的界面结合。这种牢固的物理连接对于复合材料作为整体单元发挥作用至关重要。
关键工艺要求
成功的阈值
此过程的成功是二元的；如果压力不足以克服特定的非润湿性阻力，渗透就会失败。60 MPa的基准对于确保液压超过狭窄通道的毛细管阻力至关重要。
精度与力的关系
虽然力很大，但系统必须保持高精度。不受控制的波动可能导致渗透不完全或复合材料内部密度分布不均。
根据目标做出正确选择
为了优化您的铝-金刚石复合材料的质量，请根据您的具体目标考虑以下几点：
- 如果您的主要关注点是材料密度：确保液压系统能够持续保持60 MPa的压力，以完全消除微孔隙并实现高相对密度。
- 如果您的主要关注点是机械强度：优先考虑渗透阶段以克服非润湿性阻力，因为这可以产生结构耐久性所需的优异界面结合。
最终，液压作为两种不兼容材料之间的桥梁，将它们强制融合为无缝、高性能的复合材料。
总结表：
| 特征 | 在LSS工艺中的功能 | 对最终材料的影响 |
|---|---|---|
| 压力大小 | 通过液压活塞约60 MPa | 克服毛细管阻力和非润湿性 |
| 渗透作用 | 将熔融金属推入金刚石间隙 | 消除微孔隙和气穴 |
| 界面结合 | 确保表面张力的机械覆盖 | 产生优异的结构完整性和内聚力 |
| 密度控制 | 最大化固体材料的体积分数 | 实现极高的相对密度 |
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参考文献
- Hongyu Zhou, Wenyue Zheng. Improved Bending Strength and Thermal Conductivity of Diamond/Al Composites with Ti Coating Fabricated by Liquid–Solid Separation Method. DOI: 10.3390/ma17071485
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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