高纯石墨模具在MAX相材料的压力烧结过程中充当关键的处理界面，同时承担机械、热学和化学方面的作用。它们主要作为粉末成型的容纳容器以及热压和放电等离子烧结（SPS）中压力传递的介质。特别是在SPS中，模具还扮演着电阻加热元件的活性角色，将电流直接转化为致密化所需的能量。
石墨模具不仅仅是一个被动的容器；它是烧结系统的一个活性组成部分，可确保工艺稳定性，实现均匀致密化，并保持MAX相样品的化学纯度。
机械功能和成型
容纳和成型
从最基本的层面讲，高纯石墨模具充当成型容器。它将松散的MAX相粉末保持所需的几何形状，从而定义了块状材料的最终形状。
轴向压力传递
模具是压力传递的主要桥梁。它将来自压机柱塞的机械力直接传递到粉末，从而促进致密化过程。
抗蠕变性保证尺寸稳定性
高纯石墨具有优异的高温强度和抗蠕变性。这使得模具即使在烧结致密MAX相材料所需的极端轴向压力下也能保持精确的尺寸并抵抗变形。
热力学和加热
电阻加热元件（SPS特有）
在放电等离子烧结（SPS）中，模具发挥着独特而积极的作用。由于其优异的导电性，石墨模具充当电阻加热元件，将脉冲电流直接转化为热能。
均匀热分布
石墨的高导热性确保热量均匀地分布在整个模具中。这会在样品周围形成均匀的热场，这对于防止陶瓷部件内部产生应力、热梯度和开裂至关重要。
化学完整性和保护
保持纯度
高纯石墨与MAX相原材料在化学上兼容。它在高温环境下的稳定性最大限度地降低了污染样品的风险，确保最终产品保持MAX相性能所需的特定化学计量比。
石墨箔的双重保护
为了进一步增强化学完整性，通常使用柔性石墨箔来衬砌模具。这种衬里充当反应屏障，防止粉末与刚性模具壁之间发生扩散，同时还充当脱模剂，便于烧结样品顺利取出。
理解权衡
机械限制
虽然石墨在高温下强度很高，但与低温成型中使用的金属相比，其机械阈值较低。超过特定石墨等级的压力限制可能导致烧结过程中模具发生灾难性故障或断裂。
碳扩散的可能性
尽管通常兼容，但在极端温度下，某些陶瓷粉末与石墨直接接触可能会导致不希望的表面碳化。使用石墨箔是减轻此风险并保持MAX相材料表面化学性质的必要操作步骤。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高MAX相材料的质量，请考虑烧结技术的具体要求：
- 如果您的主要重点是放电等离子烧结（SPS）：优先选择导电性高的高纯石墨牌号，以确保样品的高效均匀的焦耳加热。
- 如果您的主要重点是生产大型、无裂纹的部件：确保您的模具设计和石墨牌号强调高导热性，以消除大体积部件的温度梯度。
- 如果您的主要重点是样品纯度和易于提取：务必使用柔性石墨箔衬里，以防止化学相互作用并确保样品无损取出。
您的烧结过程的成功，在很大程度上取决于您的石墨模具的质量和配置，就像取决于MAX相原材料本身一样。
摘要表：
| 功能类别 | 石墨模具的作用 | 主要优势 |
|---|---|---|
| 机械 | 压力传递和成型 | 促进均匀致密化和几何形状定义 |
| 热学 | 电阻加热和热量分布 | 确保快速加热并消除内部热应力 |
| 化学 | 高纯度界面 | 防止污染并保持材料化学计量比 |
| 操作 | 尺寸稳定性 | 抵抗高温蠕变，实现精确的部件尺寸 |
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参考文献
- Jesús González‐Julián. Processing of MAX phases: From synthesis to applications. DOI: 10.1111/jace.17544
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
