高強度黒鉛型枠は、Al/B4C複合材料の真空熱間プレス中に二重の目的を果たします。形状を決定する容器として、また主要な荷重支持部材として機能します。高密度でディスク状のバルク材の製造を確実にするために、これらの型枠は、約680°Cの処理温度に耐えながら、最大30 MPaの外圧下で構造的剛性を維持する必要があります。
真空熱間プレスにおける主な課題は、液体アルミニウムを材料の細孔に押し込みながら、精密な形状を維持することです。黒鉛型枠は、変形することなく高圧を伝達するために必要な剛性を提供し、複合材料が均一な密度と構造的均質性を達成することを保証する安定した熱伝導体として機能します。
機械的荷重支持と安定性
極度の単軸圧力への耐性
型枠の主な機能は、大きな外力に耐えることです。 焼結中、型枠は30 MPaに達する単軸圧力にさらされます。 黒鉛は、この荷重に亀裂や破損することなく耐えるための高い機械的強度を備えている必要があります。
構造的変形の防止
単に破損しないだけでなく、型枠は優れた寸法安定性を示さなければなりません。 680°Cでは、材料は印加された荷重下でクリープしたり歪んだりしてはなりません。 最終的なAl/B4Cディスクが規則的で正確な形状を維持するには、剛性が不可欠です。
細孔浸透の促進
型枠を介して印加される圧力は、重要な微細構造上の目的を果たします。 それは液体アルミニウムを炭化ホウ素（B4C）構造内の細孔に充填するように強制します。 型枠が変形すると、圧力が失われ、不完全な浸透と多孔質で弱い複合材料につながります。
熱力学とプロセス効率
均一な圧力伝達
型枠は、熱間プレスから粉末コンパクトへの力の伝達媒体として機能します。 高品質の黒鉛は、この軸圧力がサンプル表面全体に均一に分布することを保証します。 これにより、最終複合材料プレートにおける局所的な密度勾配や不均一な厚みが防止されます。
効率的な熱伝達
黒鉛は、その優れた熱伝導率のために選択されます。 型枠は、炉の要素から内部の複合材料サンプルに効率的に熱を伝達する必要があります。 これにより、サンプルが焼結温度（680°C）に均一に到達し、内部応力を引き起こす可能性のある熱勾配を防ぎます。
表面相互作用と離型
真空下での化学的安定性
型枠は、アルミニウムマトリックスおよびB4C補強材と接触しても化学的に不活性でなければなりません。 高純度黒鉛は、真空環境でこれらの材料と反応しないため使用されます。 この安定性により、複合材料の表面汚染が防止されます。
高温潤滑性
型枠の機能要件の1つは、完成品の取り外しを容易にすることです。 黒鉛は天然の潤滑性を持ち、これは高温でも持続します。 この特性により、表面仕上げを損傷することなく、複合材料ビレットの離型が容易になります。
トレードオフの理解
脆性対硬度
黒鉛は高温強度に優れていますが、脆性材料のままです。 圧縮荷重（圧縮）は非常にうまく処理しますが、引張強度は低いです。 位置合わせには注意が必要です。プレスラムの位置ずれは、型枠を破損させる可能性のあるせん断力を導入する可能性があります。
摩耗と浸食
黒鉛は、焼結されているB4C粒子よりも柔らかいです。 研磨性粉末を繰り返しプレスすると、時間の経過とともに内側の型枠壁が浸食される可能性があります。 この摩耗は最終的に寸法公差を損なうため、精度を維持するには型枠の再研磨または交換が必要になります。
プロジェクトに最適な選択をする
選択する黒鉛の特定のグレードは、焼結目標の最も重要な側面に依存する必要があります。
- 主な焦点が最大密度の場合：たわみなしで30 MPa以上の圧力を安全に維持するために、最も高い圧縮強度定格を持つ黒鉛を優先してください。
- 主な焦点が寸法精度の場合：たわみを防ぐために型枠の壁厚が十分であることを確認し、680°Cでの変形に抵抗するために高密度黒鉛を使用してください。
- 主な焦点が表面品質の場合：型枠表面の気孔率を最小限に抑え、可能な限りクリーンな離型体験を保証するために、高純度、微粒黒鉛を選択してください。
型枠を単なる容器としてではなく、能動的な圧力伝達ツールとして扱うことにより、最終的なAl/B4C複合材料の構造的完全性を確保できます。
概要表：
| 要件カテゴリ | 主要仕様 | 機能的役割 |
|---|---|---|
| 機械的強度 | 最大30 MPaの単軸圧力 | 型枠の破損を防ぎ、密な細孔浸透を保証する |
| 熱安定性 | 680°Cでの動作 | 寸法精度を維持し、クリープ/たわみを防ぐ |
| 熱伝達 | 高い熱伝導率 | 均一な温度分布と構造的均質性を保証する |
| 表面特性 | 化学的不活性と天然の潤滑性 | 汚染を防ぎ、ビレットの離型を容易にする |
| 材料グレード | 高純度、微粒黒鉛 | 表面気孔率を最小限に抑え、研磨性B4Cからの浸食に抵抗する |
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