首要目标是通过精确致密化将松散的复合粉末转化为称为“生坯”的压实固体。
通过施加特定压力（通常约为280 MPa），液压机迫使碳纳米管复合颗粒重新排列并发生塑性变形。这会在颗粒之间产生机械联锁，消除孔隙，并为材料在后续烧结过程中得以保留提供必要的结构完整性。
核心要点 液压机不仅仅是塑造材料；它为最终产品创造了至关重要的机械基础。通过消除空隙并建立高初始密度，冷压确保复合材料在烧结过程中均匀收缩，从而防止开裂和结构失效。
致密化的力学原理
颗粒重排与联锁
当液压机将轴向力施加到模具内的复合粉末上时，首先发生的物理变化是颗粒的重排。松散的颗粒移动以填充内部的大空隙，从而减小粉末的体积。
随着压力的增加，颗粒被强制紧密接触。这会产生机械联锁，颗粒的几何形状限制了它们的移动，有效地将松散的粉末结合成一个整体固体。
塑性变形
仅仅重排通常不足以满足高性能复合材料的要求。压机必须施加足够的力以引起粉末颗粒的塑性变形。
这种变形会改变颗粒的形状——特别是较软的基体材料——迫使它们填充到较硬颗粒（如碳纳米管或陶瓷增强材料）之间的残余孔隙中。这种作用最大化了颗粒之间的接触面积，这对于之后在烧结过程中发生的化学键合至关重要。
为烧结阶段做准备
确保均匀收缩
压机生产的“生坯”并非最终产品；它是一种前体。然而，生坯的质量决定了最终烧结阶段的成功与否。
通过制造具有高且均匀密度的压坯，压机可确保材料在加热时均匀收缩。如果密度不一致，材料将发生不均匀收缩，导致翘曲或灾难性开裂。
建立尺寸精度
冷压阶段定义了组件的初始几何形状，例如圆盘或颗粒。
通过将粉末压实成具有高尺寸保真度的特定形状，压机最大限度地减少了所需的后处理量。它建立了“近净形”，为高温下发生的最终致密化提供了一个可预测的基准。
理解权衡
密度梯度风险
尽管目标是均匀密度，但在冷压过程中一个常见的陷阱是产生密度梯度。
粉末与模具壁之间的摩擦会导致压力分布不均。这导致生坯的某些区域比其他区域更致密。在烧结过程中，这些梯度会导致收缩率不同，从而产生内部应力，损害最终碳纳米管复合材料的机械性能。
为您的目标做出正确选择
为了在碳纳米管复合材料上取得最佳效果，请根据您的具体成果调整压制策略：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：优先考虑更高的压力（如果材料允许，最高可达 700 MPa），以最大化塑性变形和机械联锁，确保尽可能高的生坯密度。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：专注于压力均匀性和“保压”系统，以最大限度地减小内部密度梯度，确保零件在收缩过程中保持其形状。
最终，液压机是将混乱的粉末混合物转化为结构化、可行的工程材料的工具。
总结表：
| 工艺阶段 | 操作 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 颗粒重排 | 施加轴向力 | 减小内部空隙和大孔隙 |
| 机械联锁 | 高压压实 | 形成粘结、可操作的“生坯” |
| 塑性变形 | 接触点的材料流动 | 最大化接触表面积以实现键合 |
| 近净形加工 | 精密模压 | 尺寸精度和均匀的烧结收缩 |
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参考文献
- Megha Choudhary, Ain Umaira Md Shah. Contemporary review on carbon nanotube (CNT) composites and their impact on multifarious applications. DOI: 10.1515/ntrev-2022-0146
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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