柔性石墨纸在场辅助烧结技术（FAST/SPS）模具组件中充当关键界面层。其主要功能是作为生粉末与刚性石墨模之间的保护性扩散屏障和导电润滑剂。这可以防止样品与模具发生化学键合，同时提高导电性和导热性，从而实现更高效的烧结。
通过充当牺牲界面，石墨箔解决了烧结所需的高导电性与保护昂贵模具部件所需的化学隔离之间的冲突。
保护工具和样品
充当扩散屏障
在高温烧结过程中，材料很容易与石墨模具发生反应或粘附。
石墨箔在粉末和模具壁之间形成物理屏障。这可以防止烧结后的样品与模具粘合，确保样品纯净且模具表面完好无损。
便于样品弹出
石墨箔最实用的作用之一是充当脱模剂。
由于它能防止粘附，因此箔材可确保烧结后的样品能够完整弹出而不会破裂。这也有助于在循环完成后简化模具的清洁和维护。
提高烧结效率
改善界面接触
刚性石墨模具和冲头不可避免地存在微观表面不规则性。
石墨纸的柔韧性使其能够适应这些表面，填充模具组件之间的间隙。这大大改善了界面处的导电性和导热性。
确保均匀的能量传输
有效的烧结需要一致的热量和电流分布。
通过利用其高导热性和导电性，箔材可确保均匀的电流流向和热量传递到粉末体中。这降低了接触电阻，并促进了最终部件的均匀微观结构。
机械优势
充当润滑剂
在致密化阶段，粉末必须有效地被压缩。
石墨箔在粉末和模具壁之间充当固体润滑剂。这可以减少摩擦，使材料在压力下能够更均匀地滑动和致密化。
操作注意事项和权衡
界面的消耗性
虽然石墨箔提供了极大的保护，但它是一种消耗性组件。
它有效地吸收了原本会损坏永久模具的磨损，但这意味着每次循环都需要更换。用户在计算模具公差和填充水平时，必须考虑箔材的厚度，以确保最终尺寸精确。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高 FAST/SPS 工艺的有效性，请根据您的具体目标考虑如何应用箔材：
- 如果您的主要重点是模具寿命：优先覆盖所有接触表面——包括冲头面和模具壁——以消除粉末与永久性石墨工具之间的直接接触。
- 如果您的主要重点是工艺稳定性：确保箔材的施加没有皱纹或间隙，以保证均匀的导电接触，并防止在加热循环期间出现热点。
柔性石墨纸不仅仅是一种配件；它是实现 SPS 工艺高性能协同作用的关键“垫片”。
总结表：
| 功能 | 在 FAST/SPS 工艺中的作用 | 主要优点 |
|---|---|---|
| 扩散屏障 | 防止粉末与模具之间的化学键合 | 保护昂贵的工具并确保样品纯净 |
| 固体润滑剂 | 减少致密化过程中的摩擦 | 实现均匀的粉末压缩和更容易的弹出 |
| 界面接触 | 填充刚性组件之间的微观间隙 | 改善导电性和导热性 |
| 能量传输 | 确保均匀的电流和热量分布 | 促进均匀的材料微观结构 |
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参考文献
- Alexander M. Laptev, Olivier Guillon. Tooling in Spark Plasma Sintering Technology: Design, Optimization, and Application. DOI: 10.1002/adem.202301391
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
