石墨模具在硫化锌（ZnS）真空热压过程中，既是定义形状的容器，也是致密化的主要驱动力。它们作为高温容器，塑造陶瓷粉末，同时充当传递液压的关键介质，促使颗粒重排和塑性变形，从而形成固体陶瓷。
核心要点 石墨模具对于将外部液压转化为烧结硫化锌所需的内部压力至关重要，但它们引入了复杂的化学变量。虽然它们通过热量和压力传递促进物理致密化，但它们也充当碳源，可能通过扩散损害材料的光学纯度。
致密化的力学原理
作为压力传递介质
石墨模具最关键的作用是充当机械设备与材料之间的桥梁。
模具将液压缸产生的机械力直接传递给硫化锌粉末。通过传递单轴压力（通常在 30 至 40 MPa 之间），模具迫使陶瓷颗粒重排并发生塑性变形。
定义几何形状和尺寸
最基本地说，模具充当一个坚固的容器。
它将松散的硫化锌粉末约束成特定的形状，并在整个过程中保持该形状。即使在巨大的轴向压力和可达 1800°C 的高温下，模具也必须保持其结构完整性和尺寸稳定性。
促进热均匀性
除了压力，模具在热量调节方面也起着至关重要的作用。
石墨具有优异的导热性，有助于将热量均匀地分布到陶瓷样品中。这确保了烧结过程在材料体积内均匀进行，防止了因加热不均而引起的局部缺陷。
理解权衡：碳的挑战
碳扩散的风险
虽然石墨在机械性能上是理想的，但它也带来了称为“杂质扩散”的化学挑战。
在高温烧结过程中，模具充当碳源。碳离子可以从模具上脱离并扩散到硫化锌陶瓷中，主要沿着材料的晶界传播。
对光学性能的影响
碳的侵入不仅仅是结构问题；它会降低陶瓷的光学质量。
当碳离子渗透到硫化锌中时，它们会形成碳酸盐缺陷，在 8.9 μm 处产生一个独特的红外吸收带。对于光学应用而言，这种杂质会显著降低材料的性能和透光度。
隔离层的作用
为了减轻直接污染和机械粘附，操作人员通常会使用石墨纸。
用石墨纸衬砌模具腔可作为隔离层。这可以防止金属粉末与模具壁发生反应或粘附，确保最终的陶瓷能够顺利脱模而不会损坏表面。
根据您的目标做出正确的选择
使用石墨模具需要平衡对机械压力的需求与化学污染的风险。
- 如果您的主要关注点是光学纯度：您必须优化工艺以快速实现致密的微观结构，因为致密的结构有助于阻止碳离子从模具扩散。
- 如果您的主要关注点是致密化效率：专注于模具承受高单轴压力（高达 40 MPa）的能力，以最大限度地提高塑性变形和颗粒重排。
硫化锌烧结的成功在于利用模具的机械强度，同时积极抑制其化学污染晶界的倾向。
总结表：
| 特性 | 在硫化锌烧结中的作用 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 压力传递 | 将液压转化为单轴压力（30-40 MPa） | 驱动颗粒重排和致密化。 |
| 几何形状控制 | 提供结构约束和成型 | 确保尺寸稳定性和结构完整性。 |
| 导热性 | 将热量均匀分布到样品中 | 通过均匀烧结防止局部缺陷。 |
| 化学相互作用 | 潜在的碳扩散源 | 可能引起 8.9 μm 红外吸收缺陷。 |
| 隔离层 | 石墨纸衬里 | 防止粘附并促进顺畅脱模。 |
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