模具与材料之间的预留间隙是内部结构精炼的主要驱动因素。通过将高纯石墨模具的内径设计得远大于初始钌生坯，工程师为径向流动创造了必要的物理空间。正是这种特定的预留空间将简单的轴向压力转化为复杂的成型过程，确保最终靶材满足关键的密度和织构要求。
通过为材料从柱状变为盘状的膨胀提供空间，模具设计促进了受限塑性变形。这种运动在机械上对于强制闭合内部孔隙并将材料的晶粒结构排列成特定的(002)取向是必需的。
径向流动的力学原理
为变形创造空间
在真空热压过程中，模具与生坯之间的关系并非在于紧密贴合，而在于受控膨胀。石墨模具的设计内径必须远大于钌生坯。
形状转变
这个额外的空间允许材料发生剧烈的几何变化。在轴向压力作用下，钌从高而窄的“柱状”形状转变为更扁平、更宽的“盘状”形状。
促进塑性流动
这种转变不仅仅是外观上的变化；它代表了显著的塑性变形。模具设计确保材料实际上是向外流动，而不仅仅是向下压缩。
实现结构完整性
强制闭合孔隙
由模具几何形状产生的径向流动是消除空隙的机制。随着材料变形并扩展到空白空间，内部孔隙会被机械强制闭合。
近乎完全致密化
没有这种横向运动，材料即使在高压下也可能保持多孔状态。设计的间隙确保变形足以实现近乎完全致密化，这是靶材质量的关键指标。
优化微观结构
诱导晶粒织构
除了简单的密度之外，流动模式还决定了金属的晶体排列。模具促进的塑性变形会在钌内部诱导强烈的(002)晶粒织构。
增强材料性能
这种特定的织构通常是高性能应用的要求。模具几何形状在压制循环中有效地将这种微观结构编程到靶材中。
理解权衡
“受限”变形的重要性
虽然流动是必要的，但该过程被描述为“受限塑性变形”。模具最终会限制膨胀。
计算膨胀极限
如果模具直径太小，材料会过早形成盘状，阻碍足够的流动来闭合孔隙或排列晶粒。反之，几何形状仍必须约束最终形状，以确保材料形成可用靶材。
为您的目标做出正确选择
为了优化钌靶材的质量，请考虑模具尺寸如何影响最终材料性能。
- 如果您的主要关注点是最大密度：确保模具直径产生足够大的间隙，以允许显著的径向流动，这是机械挤出内部孔隙所必需的。
- 如果您的主要关注点是微观结构排列：优先考虑能够强制实现从柱状到盘状完全转变的设计，因为这种重度变形是诱导所需(002)晶粒织构的原因。
正确的模具几何形状将静态压力转化为动态成型过程，该过程决定了钌靶材的最终性能。
总结表：
| 设计因素 | 对钌靶材的影响 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 预留间隙 | 促进从柱状到盘状的径向流动 | 实现受限塑性变形 |
| 内部空间 | 机械强制闭合内部空隙 | 实现近乎完全致密化 |
| 几何控制 | 引导晶体排列 | 诱导强烈的(002)晶粒织构 |
| 受限流动 | 变形后约束最终形状 | 确保结构完整性和尺寸 |
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参考文献
- Shaohong Liu, Xudong Sun. Hot-Pressing Deformation Yields Fine-Grained, Highly Dense and (002) Textured Ru Targets. DOI: 10.3390/ma16206621
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
