热压主要通过同时施加热和压力来实现卓越的密度，这一过程称为热-机械耦合。通过将材料置于 550°C 和 840 MPa 的条件下，铝基体进入半固态、高流动性的状态。这种软化的金属被机械力挤压到陶瓷 (SiC) 颗粒之间的微观间隙中，主动消除传统烧结无法填补的孔隙。
热压的核心优势在于控制材料的屈服强度。通过在施加巨大单轴压力的同时软化基体，您可以将材料物理地挤压到孔隙中，从而实现理论密度 97-100%，而无压烧结的致密化效果有限。
致密化的机制
半固态的力量
在热压过程中，Al/Ni-SiC 复合材料被加热到大约 550°C。在此特定温度下，铝基体转变为软化或半固态状态。
这种状态至关重要，因为它极大地降低了材料的变形抗力。金属不再是坚硬的固体，而是准备流动的可塑介质。
利用高单轴压力
当材料处于这种软化状态时，设备会施加 840 MPa 的巨大单轴压力。这不仅仅是将材料固定到位；它是一种主动的驱动力。
由于铝在此温度下具有高流动性，压力会将金属驱动成粘稠液体状流动。
消除间隙孔隙
高流动性和高压力的结合针对坚硬 SiC 颗粒之间的微小、顽固的间隙。
在冷压中，这些间隙通常会保留为气穴，因为金属过于坚硬，无法完全填满它们。热压将半熔化的铝直接挤压到这些间隙中，几乎完全消除了孔隙。
比较传质方法
主动致密化与被动致密化
标准烧结（在冷压之后）依赖于扩散——原子通过时间依赖性的被动运动来封闭孔隙。
热压利用塑性变形和传质。这是一个主动的机械过程，它物理地重新排列微观结构以立即填充孔隙。
所得材料性能
由于内部孔隙是通过机械方式闭合而不是仅仅通过扩散减小的，因此复合材料的相对密度接近其理论极限（97-100%）。
这种无孔隙度直接转化为最佳硬度和卓越的抗压强度，因为没有内部孔隙作为应力集中点。
理解权衡
工艺复杂性
虽然热压可实现卓越的密度，但与冷压和烧结方法相比，它引入了显著的复杂性。
设备必须同时管理精确的热曲线和巨大的液压。这通常需要比标准烧结炉更复杂、更重型的机械设备。
生产限制
施加高压力的性质通常会限制您可以生产的零件的几何形状。
此外，由于在加热循环期间施加压力，因此产量通常低于烧结，因为许多零件可以在大型炉子中同时烘烤。
为您的目标做出正确选择
要确定热压是否是您的 Al/Ni-SiC 应用所需的制造路线，请根据工艺强度评估您的性能要求。
- 如果您的主要关注点是最大密度和硬度：选择热压，通过主动将基体挤压到颗粒间隙中来实现 97-100% 的理论密度。
- 如果您的主要关注点是消除孔隙：选择热压，利用热-机械耦合，它比单独的扩散更有效地去除内部孔隙。
对于对结构完整性有不可妥协要求的高性能复合材料，热压的机械优势是不可替代的。
总结表：
| 特性 | 冷压与烧结 | 热压 (550°C / 840 MPa) |
|---|---|---|
| 致密化类型 | 被动 (原子扩散) | 主动 (塑性变形) |
| 材料状态 | 刚性固体 | 半固态 / 高流动性 |
| 孔隙消除 | 低 (残留气穴) | 高 (填充微观间隙) |
| 相对密度 | 有限 | 理论值的 97 - 100% |
| 主要结果 | 标准性能 | 最大硬度与强度 |
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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 .
