在Si-B-C陶瓷的快速热压（RHP）过程中，石墨模具和箔衬垫作为一个协同的模具系统，对于加工至关重要。工业级高强度石墨模具提供结构约束和高压传输机制，而柔性石墨箔则作为牺牲性屏障，防止样品与模具之间的熔合。
核心要点 高强度模具提供致密化陶瓷所需的机械力，而箔衬垫则通过防止高温化学键合来保持样品和模具的完整性。
石墨模具的结构作用
样品成型容器
工业级石墨模具的主要功能是定义陶瓷的几何形状。
它作为一个刚性容器，将松散的Si-B-C粉末保持在最终部件所需的特定形状中。
单轴压力载体
除了成型，模具还充当力的机械传输载体。
在RHP过程中，模具必须承受并将特定的50 MPa单轴压力传递到陶瓷粉末。这种压力对于实现最终烧结产品所需的高密度至关重要。
柔性箔衬垫的保护作用
防止化学反应
在烧结温度下，陶瓷粉末可能变得具有反应性。
柔性石墨箔充当惰性界面，防止Si-B-C粉末与刚性石墨模具之间发生直接化学相互作用。
消除物理粘附
没有衬垫，高温和高压的结合可能导致陶瓷与模具壁熔合。
箔片形成物理屏障，阻止这种粘附，确保样品在过程中不会粘连。
便于脱模和表面质量
衬垫的使用直接影响后处理阶段。
通过防止粘附，箔片便于样品的轻松取出（脱模）。这确保了烧结陶瓷的表面质量保持完好，没有因撬动或粘连造成的缺陷。
操作注意事项和权衡
衬垫的消耗性
与可重复使用的模具不同，柔性石墨箔是关键的消耗品。
它被设计为牺牲性使用；它承受表面相互作用的主要冲击，以保护昂贵的高强度模具。这需要定期更换，为工艺准备增加了必要步骤。
材料限制
虽然模具是“高强度”的，但石墨仍然是一种脆性材料。
操作人员必须严格遵守前面提到的50 MPa压力参数；超过石墨等级的结构限制可能导致压制过程中模具发生灾难性故障。
优化RHP工艺
要获得高质量的Si-B-C陶瓷，必须平衡机械力和表面保护。
- 如果您的主要重点是致密化：确保您的高强度石墨模具额定能够承受所需的50 MPa单轴压力而不发生变形。
- 如果您的主要重点是表面光洁度和模具寿命：验证柔性石墨箔是否正确放置，以完全隔离粉末与模具壁。
正确使用这些石墨部件是区分有缺陷的陶瓷样品和高密度、无缺陷部件的决定性因素。
总结表：
| 组件 | 主要功能 | 关键材料优势 |
|---|---|---|
| 高强度石墨模具 | 结构约束与压力传输 | 承受高达50 MPa的单轴压力 |
| 柔性石墨箔衬垫 | 牺牲性屏障与化学隔离 | 防止样品粘附并保护模具寿命 |
| 单轴压力 | 材料致密化 | 实现高密度烧结产品的关键 |
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参考文献
- Maxime Balestrat, Samuel Bernard. Additive-free low temperature sintering of amorphous Si B C powders derived from boron-modified polycarbosilanes: Toward the design of SiC with tunable mechanical, electrical and thermal properties. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2019.12.037
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
