高刚性模具是绝对必要的，因为增加硬质陶瓷相（如碳化硅或氧化铝）的比例会急剧增加压实过程中施加在模具壁上的侧向压力。如果没有能够抵抗这种外向力的模具材料，工具将发生弹性变形，导致零件中心压实压力降低和最终尺寸不一致。
在压制高陶瓷含量的复合材料时，硬质颗粒会产生强烈的径向力。高刚性模具，例如由碳化钨制成的模具，可以防止模具壁弯曲，确保施加的压力用于粉末压实，而不是用于扩大模具。
陶瓷压实的力学原理
侧向压力问题
当你压缩高陶瓷含量复合粉末时，材料的行为与较软的粉末不同。硬质陶瓷相不易变形；相反，它们会重新排列并相互锁定。
这种对垂直压缩的抵抗力会转化为显著的侧向压力，向外推挤模具壁。如果模具的刚度不足，这种压力会迫使模具壁向外膨胀。
最大化压力传递
液压机的首要目标是使粉末致密化。然而，有效的致密化取决于压力到达粉末体中心的效果。
如果在负载下模具壁鼓胀（弹性变形），一部分液压力的作用将浪费在弯曲金属上，而不是压缩粉末。高刚性模具可确保模压压力准确地传递到复合材料的核心。
保持尺寸精度
复合材料样品的最终形状由模具的内腔定义。
如果在压制过程中模具发生变形，所得零件的形状将不一致。使用碳化钨等高硬度材料可以有效抵抗这种变形，确保成品满足精确的尺寸公差。
热学考虑和固化
热导率的作用
虽然刚性是机械压实的主要考虑因素，但模压过程通常涉及加热以固化基体材料。
高质量的金属模具，包括高强度钢和碳化钨，具有出色的热导率。这使得它们能够将热量从实验室液压机的加热板快速传递到内部材料。
确保均匀的内部结构
对于需要热固化的复合材料，一致的热传递至关重要。
导热性好、刚性高的模具可确保热量均匀分布在整个材料中。这可以防止可能导致成品复合材料内部固化不均匀或产生内应力的温度梯度。
理解权衡
高硬度与脆性
虽然像碳化钨这样的材料提供了高压陶瓷压实所需的高刚性，但它们也带来了脆性的风险。
与可能屈服或凹陷的较软钢材不同，超硬模具在承受突然的冲击载荷或不均匀应力时可能会破裂或碎裂。它们需要小心处理并在压机内精确对齐。
成本影响
与标准工具钢相比，高刚性模具是一项重大的投资。
然而，在高陶瓷应用中依赖成本较低、刚性较低的模具，通常会导致更高的失效成本，因为零件报废、密度不一致以及最终工具因过度变形而损坏。
为您的目标做出正确选择
要为您的特定复合材料应用选择正确的工具，请考虑以下原则：
- 如果您的主要重点是最大密度和尺寸精度：优先选择碳化钨等超刚性材料，以消除弹性变形并确保压力完全传递到陶瓷颗粒。
- 如果您的主要重点是热固化效率：确保您选择的高强度金属模具具有高热导率，以便从压机加热板快速、均匀地传递热量。
通过使模具的刚性与陶瓷填料的硬度相匹配，您可以确保施加的力能产生您所需的结构完整性。
总结表：
| 特性 | 高刚性模具（例如，碳化钨） | 标准工具钢模具 |
|---|---|---|
| 侧向压力抵抗 | 极佳；防止壁鼓胀 | 低；易发生弹性变形 |
| 压力传递 | 最大化；力直接作用于粉末核心 | 降低；力浪费在模具膨胀上 |
| 尺寸精度 | 高；保持精确的公差 | 较低；零件尺寸不一致 |
| 热导率 | 高；均匀的热量分布 | 中等；热量传递不均匀 |
| 最佳应用场景 | 高陶瓷含量（SiC、氧化铝） | 软粉末或低压应用 |
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参考文献
- Ileana Nicoleta Popescu, Ruxandra Vidu. Compaction of Metal-Ceramic Powder Mixture. Part.1. DOI: 10.14510/araj.2017.4123
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
