通过单轴液压机施加高压对于制造铜-石墨复合材料生坯至关重要，以确保结构可行性。具体来说，施加高达210 MPa的压力可迫使不同的铜粉和石墨粉末粘结成一种坚固、易于处理的形态，称为“生坯”。
核心要点 液压机不仅仅是塑造粉末；它通过塑性变形和机械联锁从根本上改变了微观结构。通过达到材料理论密度的约 99%，该工艺消除了气孔，并建立了有效高温烧结所需的颗粒间接触。
压实物理学
要理解为什么如此高的压力是不可或缺的，必须了解松散粉末在力作用下的行为。
诱导塑性变形
铜和石墨的物理性质差异很大。要在没有粘合剂的情况下将它们结合起来，铜颗粒必须在物理上改变形状。
高压会使金属铜颗粒发生塑性变形。这意味着它们会压扁并围绕刚性或润滑性石墨颗粒成型，从而形成牢固的机械结合。
创建机械联锁
单纯的压缩是不够的；颗粒必须相互锁定。
单轴力会产生一种“拼图”效应，变形的颗粒相互啮合。这种机械联锁是生坯在烧结（烧结）之前的基本强度来源。
排出捕获的空气
松散粉末包含大量的间隙空气。
如果这些空气被困住，就会形成削弱最终产品的气孔。液压机强制排出这些空气，用固体材料取代空隙。
为高温烧结做准备
压制阶段不是最后一步；它是烧结的基础。压制件的质量决定了最终复合材料的质量。
达到接近理论的密度
主要参考资料表明，该工艺可使生坯达到其理论密度的约99%。
高密度至关重要，因为它最大程度地减少了孔隙率。致密的生坯可确保最终组件具有铜-石墨混合物预期的导电和导热性能。
建立接触界面
烧结依赖于原子扩散，原子在颗粒边界之间移动以融合材料。
高压压实最大化了颗粒之间的接触面积。通过减小原子必须扩散的距离，压机在随后的加热阶段促进了更强的结合和更有效的致密化。
理解权衡
虽然高压单轴压制很有效，但它也带来了一些必须加以管理的特定挑战。
密度梯度
由于压力仅在一个方向（单轴）施加，粉末与模具壁之间的摩擦会导致密度不均匀。
压坯的中心可能比边缘密度低，或者顶部比底部密度高。如果不加以控制，这可能导致烧结过程中翘曲。
几何限制
单轴压制最适合简单形状（如圆盘或圆柱体）。
带有倒扣或横孔的复杂几何形状很难用这种方法制造，因为模具在压制后必须物理弹出零件。
为您的目标做出正确选择
您选择的具体压力和技术取决于最终应用的严格要求。
- 如果您的主要关注点是结构完整性：确保您的压机能够持续保持 210 MPa 的压力，以最大化机械联锁和操作强度。
- 如果您的主要关注点是导电性：优先实现尽可能高的生坯密度（99%），以最大程度地减少中断电流或热流的孔隙率。
通过利用足够的压力排出空气和变形颗粒，您可以将松散粉末转化为坚固的前驱体，为高性能烧结做好准备。
总结表：
| 因素 | 对生坯的影响 | 重要性 |
|---|---|---|
| 压力 (210 MPa) | 诱导铜的塑性变形 | 结构可行性的关键 |
| 机械联锁 | 在颗粒之间产生“拼图”效应 | 提供预烧结强度 |
| 空气排出 | 消除间隙空隙和气孔 | 防止最终产品变弱 |
| 99% 理论密度 | 最大程度地减少孔隙率并增加接触 | 优化导电/导热性 |
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参考文献
- Rebeka Rudolf, Ivan Anžel. The new approach of the production technique of discontinuous Cu-C composite. DOI: 10.18690/analipazu.2.1.32-38.2012
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
