石墨箔的主要保护功能是作为烧结粉末和模具壁之间的物理和化学屏障。这种隔离层可防止粉末在高温高压下粘附到模具或与模具发生反应，从而有效地保护昂贵的工具免受损坏，同时确保样品能够干净地取出。
核心要点 石墨箔充当牺牲界面，将样品与模具分离；这可以防止化学键合和机械粘附，从而延长模具的寿命并保持烧结材料的结构完整性。
模具和样品保护机制
化学和物理隔离
石墨箔最关键的功能是防止陶瓷或金属粉末与石墨模具直接接触。
在放电等离子烧结 (SPS) 的极端条件下——涉及高轴向压力和温度——粉末会变得高度反应性。没有箔片，材料（特别是钛等活性金属）会与模具中的碳发生化学反应，导致样品熔焊到模具壁上。
促进无损脱模
石墨箔在弹出阶段充当固体润滑剂。
由于它能防止粉末与模具粘合，因此可以在不施加过大力的 Rejection 情况下将烧结好的样品推出（脱模）。这确保了样品在取出过程中不会破裂或碎裂，并防止模具内壁被硬化的样品划伤或点蚀。
水分保持和密封
箔片在加热过程的初始阶段提供了一个“轻微密封效果”，这非常重要。
虽然不是气密密封，但箔层足以限制气体流动，减缓水分的过早流失。这对于在温度升高过程中需要保持特定化学计量或流体存在的工艺尤其重要。
对工艺均匀性的影响
均化电流
在 SPS 中，模具充当电阻加热元件。箔片确保通过模具腔的电流分布更均匀。
通过消除粉末与模具之间的点接触和桥接间隙，箔片有助于形成一致的热场。这可以保护样品免受局部过热（热点）的影响，并改善最终致密压坯的微观结构均匀性。
常见陷阱和局限性
“轻微密封”的局限性
认识到石墨箔的密封能力有限非常重要。
虽然它可以减缓水分流失，但并不能完全阻止。将箔片作为挥发物的完整压力密封是错误的；它是一种半渗透屏障，主要设计用于固-固分离，而不是气体 containment。
更换的必要性
石墨箔是消耗品，而不是永久性固定装置。
由于它吸收了原本会针对模具的化学反应性和机械应力，箔片通常在使用一次后就会降解。试图重复使用箔衬垫可能会损害隔离层，从而在后续运行中损坏模具。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高烧结过程的成功率，请根据您的具体优先事项应用石墨箔：
- 如果您的主要重点是设备寿命：确保箔片完全覆盖所有接触表面，以防止反应性粉末与石墨模具壁之间发生任何化学反应。
- 如果您的主要重点是样品一致性：需要仔细应用箔片以确保均匀的电接触，这直接关系到均匀加热和微观结构密度。
正确使用石墨箔是低成本的保险，可确保高性能结果。
总结表：
| 特性 | SPS 中的保护功能 | 对用户的益处 |
|---|---|---|
| 物理屏障 | 防止粉末与模具直接接触 | 防止化学反应和粘合 |
| 固体润滑剂 | 减少样品弹出过程中的摩擦 | 实现无损脱模并保护模具壁 |
| 电流分布 | 均化电流流动 | 确保均匀加热并防止局部热点 |
| 轻微密封 | 限制气体流动和水分流失 | 有助于在初始加热过程中保持化学计量 |
| 牺牲层 | 吸收机械和化学应力 | 显著延长昂贵的石墨工具的寿命 |
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参考文献
- Anastasia A. Kholodkova, Yu. D. Ivakin. Water-Assisted Cold Sintering of Alumina Ceramics in SPS Conditions. DOI: 10.3390/ceramics6020066
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
