高纯石墨模具和石墨纸是放电等离子烧结（SPS）的功能支柱。模具同时充当导电加热元件和负责粉末致密化的压力容器。石墨纸作为关键的保护界面，可防止样品在极端高温下与模具壁发生化学反应或粘结。
在SPS工艺中，模具通过焦耳加热和机械压缩驱动烧结，而石墨纸则通过作为非反应性屏障来保持样品的化学纯度和结构完整性。
石墨模具的多方面作用
产生热能
与使用外部加热元件的传统烧结方法不同，石墨模具本身会产生热量。
它作为电路的一部分，在通过高电流时利用其自身的电阻产生焦耳热。
这使得加热速率非常快，因为热能是在样品附近产生的。
传递机械压力
模具充当高强度压力容器。
它必须能够承受液压缸传递的显著单向机械力（轴向压力）。
这种压力对于将陶瓷或复合材料粉末压实成致密的固体形式至关重要。
约束材料形状
模具决定了烧结件的最终几何形状。
它充当刚性载体，在致密化过程中将松散的粉末约束成特定形状。
石墨纸的关键功能
作为化学屏障
石墨纸衬在模具的内腔，以隔离样品。
这一层有助于防止样品粉末——特别是金属或活性陶瓷——与模具壁中的碳发生反应。
纸张通常涂有氮化硼，以进一步增强隔离效果并防止扩散。
确保清洁脱模
没有这个界面，样品很可能会在高烧结温度下粘附在模具上。
纸张可确保样品不粘连，从而在工艺完成后顺利取出。
这种保护可保持样品的结构完整性并确保高质量的表面光洁度。
理解权衡
杂质风险
工艺的性能在很大程度上取决于所用石墨的质量。
如果石墨模具的纯度不足，可能会导致烧结过程中温度场不均匀。
这种不均匀性可能导致最终复合材料的材料性能不一致或出现缺陷。
密度和尺寸精度
石墨模具的密度直接关系到最终产品的质量。
较低密度的石墨在高温高压下可能更快降解或变形，从而影响烧结件的尺寸精度。
为了实现严格的公差和优异的表面质量，通常需要投资高密度、高强度的石墨。
优化您的SPS设置
为了在烧结过程中获得最佳效果，请考虑您的材料的具体要求以及耗材的质量。
- 如果您的主要关注点是温度均匀性：优先选择高纯度、高密度的石墨模具，以确保一致的导电性和平坦的热场。
- 如果您的主要关注点是表面质量和完整性：确保您使用的是石墨纸，最好是涂有氮化硼的，以完全消除粘附和反应风险。
通过选择正确的模具等级和界面材料，您可以精确控制塑造最终产品的热力和机械力。
总结表：
| 组件 | 主要功能 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 石墨模具 | 焦耳加热和机械压力容器 | 快速加热速率和高密度材料压实 |
| 石墨纸 | 化学屏障和脱模界面 | 防止样品-模具反应并确保清洁取出 |
| 氮化硼涂层 | 增强隔离层 | 最大化表面光洁度质量并防止碳扩散 |
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