当您的场辅助烧结技术（FAST/SPS）工艺所需的压力远远超出标准石墨的机械极限时，高强度工具钢模是首选材料。当您的应用要求在较低的加工温度（通常低于600°C）下结合极高的机械压力（通常高达300 MPa）时，您应该切换到钢模。
核心要点 钢模通过优先考虑机械强度而非热范围来实现“冷烧结”工艺。石墨会产生压力上限，而钢模允许您施加巨大的力（高达300 MPa）来致密化那些不需要或无法承受高温烧结的材料。
压力-温度权衡
克服机械限制
标准石墨模在高温稳定性方面表现出色，但它们在机械上很脆。
在没有断裂的情况下，它们通常无法承受某些先进致密化技术所需的极端压实载荷。
特定的操作窗口
钢模用于访问石墨无法达到的特定加工窗口。
该窗口定义为低于600°C的温度和显著高于标准SPS参数的压力，例如300 MPa。
实现冷烧结
这种配置对于“冷烧结”至关重要，这是一种主要由压力和化学势而非极端热量驱动的致密化技术。
通过使用钢模，您可以在通常会使粉末保持多孔状态的温度下强制颗粒固结。
实际应用：ZnO陶瓷
实际案例
主要参考资料将ZnO（氧化锌）陶瓷的冷烧结作为钢模的明确用例。
在这种情况下，目标是在不使陶瓷暴露于高温引起的晶粒粗化效应的情况下实现高密度。
模具的作用
在低温下致密化ZnO所需的机械应力下，石墨模很可能会失效。
钢模能够承受实现高压致密化所需的机械载荷，确保样品完全压实。
理解权衡
热上限
选择使用钢模是一个严格的权衡：您获得了压力能力，但失去了热范围。
您不能将工具钢模用于需要高于约600°C温度的工艺，因为钢材会失去强度、变形甚至熔化。
操作差异
与通常需要毡进行绝缘或箔作为脱模剂来管理高温辐射和粘结的石墨不同，钢模在这些高温问题最小化的区域运行。
然而，重点完全转移到管理模具在载荷下的机械完整性。
为您的目标做出正确选择
要选择正确的模具材料，请评估您的致密化策略的关键参数：
- 如果您的主要重点是高压致密化：选择工具钢模以施加高达300 MPa的力，前提是您的材料可以在600°C以下烧结。
- 如果您的主要重点是高温稳定性：坚持使用石墨模，接受较低的压力限制以换取达到远高于1000°C的温度的能力。
仅当机械力必须完成热能通常执行的工作时，才选择钢模。
总结表：
| 特性 | 钢模 | 石墨模 |
|---|---|---|
| 最大压力 | 高达300 MPa | 通常为50-100 MPa |
| 最高温度 | < 600°C | 高达2500°C+ |
| 烧结重点 | 压力驱动（冷烧结） | 热驱动（高温） |
| 关键用例 | ZnO陶瓷，无晶粒生长致密化 | 耐火金属，高温陶瓷 |
| 失效风险 | 热软化/熔化 | 机械断裂/脆性 |
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参考文献
- Martin Bram, Olivier Guillon. Application of Electric Current‐Assisted Sintering Techniques for the Processing of Advanced Materials. DOI: 10.1002/adem.202000051
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
