在此特定工艺路线中，实验室液压机的主要作用是施加巨大的单轴力——特别是840 MPa——以驱动塑性变形和颗粒重排。 这种机械作用最大限度地减小了铝（Al）、镍（Ni）和碳化硅（SiC）颗粒之间的空隙空间，从而形成适合烧结的高密度“生坯”。
核心要点 施加840 MPa的压力不仅仅是为了成型；它是关键的致密化步骤，在加热之前通过机械方式消除孔隙。通过迫使金属基体发生塑性变形，它建立了实现高质量最终复合材料所需的物理密度。
高压致密化的力学原理
基体的塑性变形
在840 MPa的压力下，施加的力足够大，可以超过金属粉末颗粒（铝和镍）的屈服强度。这会导致金属颗粒发生塑性变形，改变形状以填充较硬的碳化硅（SiC）增强颗粒周围的空隙。
颗粒重排
在变形发生之前，压力会迫使混合粉末颗粒发生物理重排。液压机克服了颗粒之间的摩擦力，使它们相互滑动，形成更紧密的堆积结构。这为复合材料奠定了最初的几何基础。
消除颗粒间隙
重排和变形的结合显著减小了颗粒间隙。通过在冷压阶段机械地闭合这些空隙，该工艺减少了后续热烧结阶段所需的收缩量和孔隙去除量。
“生坯”的战略价值
建立生坯强度
此高压阶段的产物是生坯。这是一种仅通过颗粒的机械互锁和冷焊结合在一起的固体形式。高压确保生坯具有足够的结构完整性，可以安全地搬运和放入炉中而不会散架。
促进最终烧结
压力为烧结过程提供了必要的启动。通过预先形成致密、紧密堆积的结构，液压机确保了Al/Ni-SiC复合材料的最终密度得到最大化。高初始密度直接关系到最终材料优异的机械性能。
理解权衡
机械力的极限
虽然840 MPa的压力可以形成高度致密的生坯，但它无法实现化学键合。液压机创建了物理基础，但它不能替代烧结过程中原子扩散所需的热能。
均匀性的必要性
施加如此高的单轴压力需要精确控制。正如在类似的粉末冶金环境中指出的那样，精确的压力控制至关重要。在这种强度下不均匀的压力分布可能导致零件内部出现密度梯度，在烧结阶段引起翘曲或开裂。
为您的目标做出正确选择
为了最大化冷压烧结工艺的有效性，请考虑您的具体目标：
- 如果您的主要关注点是最终材料密度：确保您的压机能够持续保持840 MPa的压力，以最大化金属基体的塑性变形，在炉循环开始前最大限度地减少孔隙。
- 如果您的主要关注点是几何精度：专注于模具设计和压力上升速度，以确保颗粒重排均匀发生，而不会捕获气穴。
液压机是建立复合材料微观结构潜力的关键工具，它决定了最终烧结步骤可达到的质量上限。
总结表：
| 工艺阶段 | 840 MPa下的作用 | 对复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 初始装载 | 颗粒重排 | 克服摩擦力，形成紧密的堆积结构。 |
| 压缩 | 塑性变形 | 超过Al/Ni的屈服强度，填充SiC周围的空隙。 |
| 致密化 | 消除空隙 | 机械闭合间隙，减少热收缩。 |
| 最终产物 | 生坯形成 | 确保机械互锁，便于安全搬运和烧结。 |
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参考文献
- Shimaa A. Abolkassem, Walaa A. Hussein. ENHANCEMENT OF MICROSTRUCTURE AND THERMAL EXPANSION COEFFICIENT OF AL/NI-SIC COMPOSITE PREPARED BY POWDER METALLURGY TECHNIQUE. DOI: 10.21608/absb.2018.33771
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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