在放电等离子烧结 (SPS) 工艺中，高纯石墨模具和柔性石墨箔共同作用，形成一个集成系统，用于管理热量、压力和材料的完整性。
石墨模具充当加热元件和压力容器，将电流转化为热能，同时压缩粉末。柔性石墨箔则作为保护屏障和脱模剂，将样品与模具隔离，以防止化学键合并确保易于取出。
核心要点：石墨模具通过产生必要的 H 热量和压力来驱动烧结过程，而石墨箔通过防止化学相互作用和机械粘连来保持样品和模具的质量。
高纯石墨模具：工艺引擎
石墨模具不仅仅是一个容器；它是烧结机的有源组件。其材料特性使其能够执行对快速致密化至关重要的三个同步功能。
电流转化为热量
模具充当电阻加热元件。
当脉冲直流电 (DC) 流过模具时，石墨的内部电阻会产生焦耳热。这使得 SPS 工艺特有的快速加热速率成为可能，将热能直接传递给其中的粉末。
传递机械压力
模具充当压力传递介质。
它必须具有很高的机械强度，才能承受显著的轴向力。它将这种压力直接传递给陶瓷或金属粉末，从而促进烧结循环期间材料致密化所需的机械压缩。
保持高温稳定性
石墨因其高温抗蠕变性而被选用。
与许多在高温下会软化的金属不同，高纯石墨即使在烧结的极端热应力和机械应力下也能保持其结构完整性和成型精度。
柔性石墨箔：关键界面
石墨箔放置在粉末和模具内壁之间，充当牺牲层。它对于保护最终样品的完整性和延长模具的寿命至关重要。
防止化学反应
箔片提供化学隔离。
在高温高压下，陶瓷或金属粉末可能具有高度反应性。箔片可防止这些粉末与石墨模具壁发生化学反应，否则可能导致样品表面污染或模具损坏。
充当脱模剂
箔片充当润滑剂和脱模机制。
烧结样品通常会因扩散键合而粘附在模具壁上。箔片创建了一个不粘界面，确保致密样品可以顺利弹出（脱模），而不会导致样品破裂或损坏模具。
确保均匀性
箔片有助于电流和热量的分布。
作为导电衬里，箔片有助于确保电流和热能更均匀地分布在样品表面。这有助于最终烧结压坯的微观结构均匀性。
理解权衡
虽然石墨是 SPS 的标准材料，但了解其局限性对于成功加工至关重要。
碳扩散风险
尽管箔片提供了保护，但碳污染仍然是一个风险。
在极高的温度下，来自箔片或模具的碳原子会扩散到样品表面。对于高度敏感于碳（形成不希望的碳化物）的材料，可能需要额外的阻挡层或替代模具材料。
机械限制
石墨具有压力阈值。
石墨虽然坚固，但很脆。如果施加的压力超过材料的极限，或者模具设计不当，模具可能会发生灾难性断裂。箔片无法阻止这种情况；它只能保护表面相互作用。
为您的目标做出正确选择
在设置 SPS 工艺时，模具和箔片之间的相互作用决定了您产出的质量。
- 如果您的主要关注点是样品纯度：确保石墨箔质量高且无撕裂，以防止粉末与模具直接接触，从而最大限度地降低反应风险。
- 如果您的主要关注点是工艺效率：利用石墨模具的高导电性来最大化加热速率，但要确保箔片定位完美，充当润滑剂，实现快速、无损的脱模。
SPS 的成功取决于利用模具提供动力，利用箔片提供保护。
总结表：
| 组件 | 主要作用 | 关键功能 |
|---|---|---|
| 高纯石墨模具 | 工艺引擎 | 电阻加热、机械压力传递、高温结构稳定性。 |
| 柔性石墨箔 | 关键界面 | 化学隔离、脱模剂（脱模）以及均匀的电流/热量分布。 |
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参考文献
- Zahra Khakpour, Abouzar Massoudi. Microstructure and electrical properties of spark plasma sintered Li1+xCexZr2-x(PO4)3 as solid electrolyte for lithium-ion batteries. DOI: 10.53063/synsint.2025.53293
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
