碳纤维增强复合材料 (CFRC) 板的主要作用是充当有效的轴向热障。 当插入 FAST/SPS 模具和水冷电极之间时，这些板会阻止热量快速散失。通过利用高电阻率和低导热性，它们将热能集中在模具和样品内，而不是让其散失到冷却系统中。
通过用 CFRC 板替换传统的石墨界面，您可以极大地减少通过机器电极的热量损失。这种绝缘效果降低了达到烧结温度所需的总功率，并减小了沿冲头的温度梯度，从而优化了能源效率和热均匀性。
隔热机制
阻止散热器效应
FAST/SPS 系统依赖水冷电极来保护机器硬件，但这些电极充当巨大的散热器。 没有绝缘层，热量会在模具中产生，并迅速垂直流入冷却电极。 CFRC 板会中断这种热桥，显著减少能量损失。
定向导热性
CFRC 的有效性在于其各向异性结构。 该材料在垂直于纤维的方向上具有低导热性。 这确保热量被困在模具组件内，而不是垂直传导到冷却水中。
高电阻率
除了热性能外，CFRC 板还具有高电阻率。 与标准石墨相比，这种特性改变了电流路径和发热动力学。 它有助于将能量集中在模具和样品区域内，进一步提高加热效率。
操作优势
降低能耗
由于 CFRC 板将热量集中在需要的地方，因此系统无需那么费力。 补充数据证实，用 CFRC 替换传统的石墨垫片可减少达到目标温度所需的总功率和能量。 这带来了更可持续、更具成本效益的烧结工艺。
改善热均匀性
通过电极快速散热通常会在冲头上产生陡峭的温度梯度。 通过减缓这种热量损失，CFRC 板可以缓和温度下降。 这导致样品的均匀热环境，这对于一致的材料性能至关重要。
理解权衡
载荷下的机械完整性
在充当绝缘体的同时，界面材料仍必须传递力。 FAST/SPS 加工涉及高单轴压力。 选择 CFRC 是因为它能够保持必要的机械支撑强度以承受这些载荷而不发生故障，这与许多其他绝缘体不同。
工艺参数调整
从石墨切换到 CFRC 会改变堆栈的热阻和电阻。 操作员必须意识到，先前确定的加热速率或功率设置可能需要调整。 系统可能会更快地升温或需要更少的电流才能达到相同的温度曲线。
为您的目标做出正确的选择
为了优化您的 FAST/SPS 设置，请考虑您的具体加工目标：
- 如果您的主要重点是能源效率： 使用 CFRC 板将模具与电极隔离开，从而显著降低达到烧结温度所需的功率消耗。
- 如果您的主要重点是热均匀性： 实施 CFRC 以减小冲头沿的垂直温度梯度，确保样品的顶部和底部加热更均匀。
战略性地插入 CFRC 板可让您将机器电极的必要冷却与样品的高效加热分离开来。
摘要表：
| 特征 | 传统石墨 | CFRC 板 |
|---|---|---|
| 主要功能 | 电气/热接触 | 轴向热障 |
| 导热性 | 高（高热损失） | 低（各向异性绝缘） |
| 电阻率 | 低 | 高 |
| 能源效率 | 标准 | 高（降低功率消耗） |
| 热均匀性 | 陡峭的温度梯度 | 改善的均匀性 |
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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 .
