采用等静压工艺处理六方氮化硼 (h-BN) 衬底的主要目的是实现卓越的结构均匀性。通过在制造过程中从各个方向施加相等的压力，该工艺可制造出具有均匀内部密度和各向同性物理特性的材料，从而消除标准制造方法通常出现的内部差异。
该工艺的核心价值在于极端应力下的可靠性。在熔融硅实验中，结构同质性至关重要；它确保衬底能够均匀抵抗化学侵蚀，即使在高达 1750°C 的温度下也能防止局部失效。
实现结构同质性
均匀密度的作用
等静压的基本目标是将粉末压实成具有贯穿始终的恒定密度的固体块。与可能产生密度梯度的单轴压制不同，等静压可确保 h-BN 衬底没有薄弱点或多孔区域。
制造各向同性特性
所得材料表现出各向同性物理特性，这意味着其机械和热特性在所有方向上都是相同的。这对于 h-BN 至关重要，因为它确保材料在承受外部应力时无论方向如何都能做出可预测的响应。
修复内部缺陷
除了简单的压实，等静压还能有效地“修复”铸件或粉末压坯内部的缺陷。这最大限度地减少了在负载下可能扩展的内部微裂纹的风险。
承受熔融硅环境
抗化学侵蚀
熔融硅具有化学侵蚀性，尤其是在高温下。如果 h-BN 衬底的密度不均匀，熔融硅会首先侵蚀密度较低的区域，导致局部溶解。等静压可形成均匀的屏障，均匀磨损，从而延长衬底的使用寿命。
承受极端温度
这些实验通常在高达1750°C的温度下进行。在如此极端的条件下，任何结构不一致都可能由于热应力而导致灾难性故障。等静压提供的同质性可防止在实验过程中出现不均匀磨损和结构坍塌。
理解工艺背景
为什么不用标准压制？
标准压制方法通常会导致各向异性（不同方向的特性不同）。在要求不高的应用中，这可能是可以接受的。然而，在接触熔融金属的情况下，各向异性会产生可预测的失效点，侵蚀会在这些点加速。
技术适用性
虽然在当前情况下对 h-BN 至关重要，但等静压是一项多功能技术，于 20 世纪 50 年代问世。它被广泛用于压实各种材料，包括其他陶瓷、金属和复合材料，特别是在需要高完整性压实的情况下。
确保实验成功
为确保熔融硅接触实验的有效性，您必须根据环境的严酷程度来选择衬底材料。
- 如果您的主要重点是实验完整性：优先选择明确通过等静压制造的 h-BN 衬底，以消除由材料磨损不均引起的可变因素。
- 如果您的主要重点是极端温度下的耐受性：确保您的衬底额定可在 1750°C 下保持结构稳定性，这是等静压材料各向同性密度直接支持的能力。
高温硅实验的成功不仅取决于 h-BN 的化学成分，还取决于保证其结构均匀性的制造工艺。
摘要表：
| 特性 | 等静压优势 | 对 h-BN 衬底的影响 |
|---|---|---|
| 密度 | 均匀的内部密度 | 消除薄弱点和多孔区域 |
| 物理特性 | 各向同性（所有方向相同） | 可预测的热/机械响应 |
| 内部缺陷 | 修复微裂纹/空隙 | 防止负载下的裂纹扩展 |
| 耐化学性 | 均匀的侵蚀屏障 | 抵抗熔融硅的局部溶解 |
| 热稳定性 | 无应力结构 | 承受高达 1750°C 的极端温度 |
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参考文献
- Wojciech Polkowski, Alejandro Datas. Wetting Behavior and Reactivity of Molten Silicon with h-BN Substrate at Ultrahigh Temperatures up to 1750 °C. DOI: 10.1007/s11665-017-3114-8
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
