石墨模具兼具物理容器和主要压力传递介质的双重功能。 在 Cr70Cu30 合金的热压 (HP) 过程中，这些模具承受来自压力头的轴向载荷，同时封装合金粉末。选择它们是为了在材料致密化所需的极端热应力和机械应力下保持结构完整性和化学惰性。
核心要点： 石墨不仅用于封装，还因其独特的导热性和机械强度组合，能够在超过 1300°C 的温度下实现均匀加热和压力施加。这种稳定性对于在不引入杂质或引起反应缺陷的情况下致密化铬铜合金至关重要。
石墨在热压中的功能作用
结构封装和承载
石墨模具的主要功能是作为松散的 Cr70Cu30 合金粉末的坚固容器。
它直接承受热压设备压力头施加的轴向载荷。
由于该工艺涉及高机械压力以致密化粉末，因此模具必须具有高机械强度，以便在不发生变形或失效的情况下传递此力。
导热性和均匀加热
选择石墨是因为其优异的导热性。
这一特性确保热量均匀分布在模具内，进而分布在合金粉末中。
均匀加热对于一致的烧结至关重要，可以防止出现可能损害合金最终机械性能的热点或不均匀致密化。
化学稳定性和纯度
在高温烧结过程中，许多材料会与合金中的铬或铜发生化学反应。
石墨表现出优异的化学稳定性，可防止模具壁与 Cr70Cu30 合金之间发生显著反应。
这种惰性对于保持材料的纯度至关重要，而纯度直接关系到其优异的电气和机械性能。
为什么石墨对 Cr70Cu30 特别关键
承受极端温度
Cr70Cu30 的致密化需要经常超过 1300°C (1373 K) 的温度。
高强度石墨在这些极端温度下能保持其尺寸稳定性和结构完整性。
这使得工艺能够达到必要的烧结温度，而不会有模具坍塌或失去形状的风险。
便于脱模
烧结工艺完成后，必须将固结的合金（压块）从模具中取出。
石墨具有固有的自润滑性能。
结合其化学惰性，这有助于轻松取出成品试样，从而降低提取过程中损坏合金表面的风险。
真空环境下的脱气
在真空中进行热压时，石墨模具在材料质量方面发挥着积极作用。
石墨的孔隙度有助于去除粉末混合物中吸附的气体。
减少捕获的气体有助于降低成品合金中的孔隙缺陷，从而获得更致密的最终产品。
理解权衡
环境保护的必要性
虽然石墨在高温下表现优异，但它并非不受氧化。
石墨模具和合金中的铬在这些操作温度下都容易与氧气反应。
因此，系统需要保护性气氛，例如氩气保护系统或真空，以隔离氧气。未能维持这种环境会导致模具退化和 Cr70Cu30 合金氧化。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高石墨模具在您的热压工艺中的有效性，请考虑以下具体目标：
- 如果您的主要重点是材料纯度： 优先维护氩气或真空气氛，以防止敏感的铬元素和石墨模具本身氧化。
- 如果您的主要重点是结构密度： 确保所选的石墨牌号具有高机械强度，能够承受闭合残余内部孔隙所需的最大轴向载荷。
- 如果您的主要重点是工艺效率： 利用高纯石墨的自润滑性能，简化压块的弹出，并最大限度地减少后处理清理工作。
正确应用石墨模具是将松散粉末转化为高性能、导电元件的基础步骤。
摘要表：
| 特性 | 热压 (HP) 中的功能 | 对 Cr70Cu30 合金的好处 |
|---|---|---|
| 高强度 | 承受轴向压力载荷 | 实现高致密度而无模具变形 |
| 导热性 | 均匀分布热量 | 确保均匀烧结和一致的微观结构 |
| 化学惰性 | 防止材料反应 | 保持合金纯度和电气性能 |
| 润滑性 | 便于脱模 | 保护成品部件的表面完整性 |
| 孔隙度 | 有助于真空脱气 | 减少内部气体缺陷和残余孔隙 |
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参考文献
- Shih‐Hsien Chang, Kuo-Tsung Huang. Effects of Vacuum Sintering, HIP and HP Treatments on the Microstructure, Mechanical and Electrical Properties of Cr70Cu30 Alloys. DOI: 10.2320/matertrans.m2013173
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
