高纯石墨模具充当活性工艺组件，既是产热的导电体，也是施加压力的机械稳定器。在放电等离子烧结（SPS）中，它们的作用远不止简单的容纳，而是将脉冲电流转化为焦耳热，以确保热分布均匀，同时传递致密化所需的机械力。
核心要点 在SPS中，石墨模具并非被动容器；它是烧结动力学的关键活性元素。它同时充当电阻加热器和压力传递介质，直接决定最终金属陶瓷产品的微观结构均匀性和几何精度。
热学活性作用
通过导电性产热
石墨模具的主要活性功能是充当导电体。由于石墨具有导电性，SPS中使用的脉冲直流电会直接通过模具组件。
焦耳加热机制
电流的流动通过焦耳加热将电能转化为热能。与外部加热的传统烧结不同，模具本身产生热量，从而实现快速高效的温度升高。
确保热均匀性
模具的高导热性确保产生的热量分布均匀。这种机制促进了金属陶瓷样品内部和外部的均匀加热，这对于防止可能导致开裂或烧结不均匀的热梯度至关重要。
机械作用
压力传递介质
除了加热，模具还充当主要的压力传递介质。它将SPS设备压头施加的机械力直接传递到粉末压坯上。
保持几何精度
模具确保机械压力均匀施加在样品表面。这种均匀施加对于保证最终组件的几何精度至关重要，确保近净形得以保持。
承受极端条件
为了有效运行，模具必须在严苛的应力下保持其结构完整性。选择高纯石墨是因为它能够承受超过1500°C的温度和高达20 MPa的压力而不会发生显著变形。
理解权衡
机械极限与烧结力
虽然石墨在高温稳定性方面表现出色，但与金属相比，其机械性能有限。具体而言，补充数据表明工作极限约为20 MPa，以避免变形；为强制实现更高密度而超过此压力会损害模具形状和最终产品的几何形状。
材料相互作用风险
依赖模具作为加热元件意味着金属陶瓷的质量与石墨的质量内在相关。模具纯度或密度的变化会改变其电阻，导致加热曲线不一致或最终产品中出现微观结构不均匀。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高高纯石墨模具在SPS过程中的有效性，请将您的参数与模具的能力相匹配：
- 如果您的主要重点是微观结构均匀性：利用模具的焦耳加热能力，优先选择具有恒定电阻率的高纯石墨，以确保热分布均匀。
- 如果您的主要重点是几何精度：严格在20 MPa的压力阈值内操作，以防止在烧结的高温阶段模具变形。
SPS的成功在于将石墨模具视为校准过的热压仪器，而不是消耗品容器。
总结表：
| 功能 | 描述 | 对金属陶瓷质量的影响 |
|---|---|---|
| 导电性 | 将脉冲直流电转化为焦耳热。 | 实现快速、高效和内部加热。 |
| 热分布 | 高导热性确保热量均匀扩散。 | 防止开裂和热梯度。 |
| 压力传递 | 将机械力从压头传递到压坯。 | 确保致密化和近净形。 |
| 结构稳定性 | 承受>1500°C和高达20 MPa的压力。 | 在极端应力下保持几何精度。 |
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参考文献
- 牧名 矢橋, Hongjuan Zheng. Effects of Mo2C on Microstructures and Comprehensive Properties of Ti(C, N)-Based Cermets Prepared Using Spark Plasma Sintering. DOI: 10.3390/molecules30030492
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
