氧化铝放电等离子烧结（Sps）工艺中，单轴压机起什么作用？强化致密化和控制微观结构

单轴压机在放电等离子烧结（SPS）中的主要作用是施加同步机械压力，积极诱导氧化铝粉末发生塑性流动。 这种机械力与电流协同作用，加速致密化并显著提高加热速率。因此，与传统方法相比，该工艺能在较低的温度和较短的保温时间内实现高材料密度。

通过将热能与机械力相结合，单轴压机将烧结过程从被动的加热事件转变为主动的、压力辅助的固结过程。这种协同作用对于在不牺牲材料微观结构的情况下实现完全致密化至关重要。

压力辅助烧结的力学原理

在SPS工艺中，单轴压机的作用不仅仅是固定粉末；它施加连续的垂直压力。这种压力迫使粉末颗粒重新排列并发生塑性流动，从而有效地挤出孔隙。

这种机械变形对于消除仅靠热能可能无法有效消除的孔隙至关重要。

施加压力可以增加粉末颗粒之间的接触面积。更紧密的颗粒接触有利于样品整体的电导率和热导率。

因此，加热速率显著提高，使系统能够比松散粉末更快地达到所需的烧结温度。

集成一个可移动的活塞可以在整个加热循环中实现可控的机械应力。这种精确控制有助于在快速温度变化期间稳定结构。

通过保持压力，系统抑制裂纹形成，即使在剧烈的加热条件下也能确保陶瓷的结构完整性。

由于单轴压机在机械上辅助致密化，系统对纯热能的依赖性降低，从而熔合颗粒。这使得在较低的总温度下成功烧结成为可能。

在SPS中使用单轴压机最显著的优点之一是缩短了保温时间。由于压力和电流的结合作用使材料迅速致密化，晶粒粗化的时间大大减少。

这使得能够生产出高密度和细晶结构的氧化铝，保持优越的机械性能。

虽然主要参考资料侧重于主动烧结阶段，但补充数据强调了压机在样品制备中的作用。

在实际烧结发生之前，通常使用实验室单轴压机将高纯氧化铝粉末模压成“生坯”。该步骤通常施加14 MPa至25 MPa的压力，将松散的粉末转化为粘结的固体。

这种初始压制建立了样品的几何形状，通常是圆柱体或圆盘。它为样品提供了必要的初始结构强度，以便于搬运和装入SPS设备。

烧结前的压制过程开始去除颗粒之间捕获的空气。这为氧化铝的后续高压致密化做准备，确保在主要的SPS循环中获得更均匀的结果。

单轴压制在单个垂直方向上施加力。这自然限制了可以有效生产的复杂形状。

该工艺通常仅限于简单几何形状，如圆盘、圆柱体或平板；复杂的3D形状可能需要不同的成型方法。

由于粉末与模具壁之间存在摩擦，压力并非总是均匀地分布在整个样品高度上。

在较厚的样品中，这可能导致密度梯度，即边缘或表面比材料核心更致密。

为了最大限度地提高放电等离子烧结工艺的效率，您必须同时利用单轴压机进行准备和主动处理。

单轴压机是SPS工艺的机械引擎，将热循环转化为快速、高力的固结事件。