实验室液压粉末压机是制造金属多孔结构的主要成型机制。它负责使用模压成型法将松散的金属粉末（如铜或铝）压实成称为“生坯”的固体、粘结形状。
压机通过建立烧结所需的初始颗粒间接触，将松散粉末转化为统一的结构。通过仔细控制压力和保压时间，它会创建一个“生坯”，该生坯在足够的机械强度与最终应用所需的特定孔隙率之间取得平衡。
生坯形成的力学原理
颗粒重排
压机的主要功能是将松散的金属颗粒——通常尺寸在 106 μm 或 150 μm 左右——推得更近。
施加压力时，这些颗粒会在模具内移动和重排以填充空隙。这会产生后续加热（烧结）阶段原子扩散所需的初始物理接触点。
建立生坯强度
压机压缩粉末，直到它通过机械联锁和摩擦保持形状。
这种状态称为“生坯”。它必须具有足够的机械强度才能从模具中弹出并进行处理而不散架，同时又要保持足够的孔隙率以满足设计规格。
关键工艺参数
精确压力控制
对于多孔结构，压力的幅度是最关键的变量。
虽然某些应用需要高压（例如 125 MPa）以最大化密度，但多孔金属制备通常使用较低的压力（例如 1 MPa）。这种特定的压力足以结合颗粒，但又足够低，可以保留颗粒之间的开放空间。
受控保压时间
施加压力不是瞬时的；系统需要“停留”或保压时间。
将目标压力保持设定的持续时间，例如 30 秒，可以让粉末床稳定下来。这确保了颗粒的重排在整个样品体积内完成且均匀。
确保结构均匀性
消除密度梯度
液压压机均匀施加力，这对于防止样品内的密度梯度至关重要。
如果压力施加不均匀，金属泡沫或过滤器的某些区域将是致密的，而其他区域将是疏松的。均匀压实可确保所得的孔隙率和热性能在整个结构中保持一致。
创建标准化基线
精确的模压可确保生产的每个样品都具有相同的几何尺寸和初始密度。
这种标准化对于实验有效性至关重要。它使研究人员能够准确地研究诸如发泡剂含量等变量如何影响金属结构的最终收缩率和孔隙率。
理解权衡
强度与孔隙率的冲突
操作员必须在结构完整性和孔隙率之间进行直接权衡。
增加液压压力可提高生坯和最终零件的强度，但不可避免地会减小孔隙的体积。过大的压力会导致金属颗粒发生塑性变形，从而有效地关闭定义多孔结构的通道。
微裂纹风险
如果压力释放过快或施加不均匀，生坯可能会产生内部应力。
这些应力可能导致零件从模具中弹出时产生微裂纹或分层。这些缺陷通常在烧结阶段由于收缩不均而导致灾难性失效。
为您的目标做出正确选择
您在液压压机上选择的设置决定了您最终金属多孔结构的质量。
- 如果您的主要重点是最大化孔隙率：使用较低的压力（约 1 MPa）以实现足够的颗粒接触，而不会引起明显的塑性变形或孔隙闭合。
- 如果您的主要重点是机械耐久性：增加压实压力以增强颗粒联锁和生坯强度，但要认识到这将导致最终产品更致密、渗透性更低。
- 如果您的主要重点是实验一致性：优先精确控制保压时间和压力斜率，以确保每个样品都以完全相同的内部结构开始。
通过掌握压实阶段，您可以定义最终多孔金属部件的结构极限。
总结表：
| 工艺步骤 | 多孔结构制备中的功能 | 关键参数 |
|---|---|---|
| 颗粒重排 | 迫使颗粒（106-150 μm）填充空隙 | 模压成型 |
| 生坯制备 | 建立用于处理的机械联锁 | 保压时间 |
| 压力控制 | 决定最终密度与孔隙率的平衡 | 1 MPa 至 125 MPa |
| 停留/保压 | 确保粉末床均匀稳定 | ~30 秒 |
| 标准化 | 防止密度梯度和结构失效 | 均匀施力 |
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参考文献
- Delika M. Weragoda, Peter Huang. Effects of pore morphology and topography on the wettability transition of metal porous structures exposed to ambient air. DOI: 10.1007/s41939-025-00847-7
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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