真空泵系统的主要功能是在压缩开始前抽出模腔和粉末颗粒间隙中的残留空气。通过建立真空，可以防止在致密化过程中反应性气体和湿气被截留在材料内部。
对于对湿气和空气敏感的能源材料，真空系统是保持结构完整性的关键机制。它消除了气体截留，否则会导致在卸压和烧结过程中发生灾难性失效，如起泡、分层或开裂。
真空压缩的力学原理
预压缩抽真空
真空过程必须在施加压力之前进行。该系统连接到兼容真空的压片模具，以主动地将空气从松散的粉末床中抽出。
消除间隙气体
粉末材料含有大量的由空气填充的空白空间（孔隙）。真空系统将这些间隙中的气体抽出，确保压实力的作用仅在粉末颗粒上。
保护生坯
压缩的、未烧结的部件在技术上称为“生坯”。创建真空环境可确保这种精细的结构保持致密且没有可能损害稳定性的加压气体袋。
为什么去除空气至关重要
防止内部膨胀
如果未去除气体，它会在颗粒中被高度压缩。一旦外部液压被释放，这种被截留的气体会迅速膨胀。
避免热失效
风险不仅限于初始压制阶段。在烧结（加热）过程中，任何残留的被截留气体都会进一步膨胀，通常会从内部破坏样品。
理解气体截留的风险
分层和分离
当被截留的气体在卸压的“回弹”阶段膨胀时，它会将压实的层推开。这会导致分层，即颗粒分成水平的独立层。
表面起泡
气体试图向颗粒表面逃逸会导致明显的缺陷。这表现为起泡，会损害精确能源材料测试所需的表面均匀性。
结构开裂
对于脆性能源材料，气体袋引起的内部应力经常会导致严重开裂。这使得样品无法用于电化学或物理表征。
优化您的压制策略
为确保高质量的样品，请根据您的具体材料目标调整真空使用：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：确保真空完全启动以在施加任何液压力之前去除间隙空气，以防止在弹出时开裂。
- 如果您的主要关注点是材料纯度：利用真空抽出湿气和氧气，否则它们会与粉末反应，在烧结过程中降低性能。
通过在压缩前系统地去除空气，您可以消除压制能源材料中结构失效的最常见原因。
摘要表：
| 特征 | 真空压制中的功能 | 对能源材料的好处 |
|---|---|---|
| 预压缩抽真空 | 去除模腔/粉末孔隙中的空气 | 防止反应性气体截留 |
| 气体去除 | 加载前消除间隙空气 | 防止内部膨胀和起泡 |
| 结构完整性 | 确保均匀致密化 | 消除分层和开裂 |
| 材料保护 | 保持“生坯”致密且稳定 | 防止烧结过程中的失效 |
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参考文献
- Hyeon‐Ji Shin, Hun‐Gi Jung. 2D Graphene‐Like Carbon Coated Solid Electrolyte for Reducing Inhomogeneous Reactions of All‐Solid‐State Batteries (Adv. Energy Mater. 1/2025). DOI: 10.1002/aenm.202570001
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
