高强度石墨在热电合金的真空热压中起着双重关键作用，同时作为粉末的容器和传递压力的机械冲头。其主要技术优势在于能够在超过 1300°C (1573 K) 的温度下保持卓越的尺寸稳定性和机械强度。
通过结合极高的耐热性和固有的化学惰性，高强度石墨能够在没有容器变形或样品污染风险的情况下生产致密、均匀的合金。
机械和结构完整性
极端热负荷下的稳定性
热压的基本挑战在于找到一种材料，它在烧结温度下承受载荷时不会变形。
高强度石墨在超过 1300°C 的温度下仍能保持其机械刚性。这确保了模具不会弯曲或失去形状，从而保证最终的热电合金保持精确的尺寸。
高效的压力传递
除了简单的容纳，石墨冲头还作为施加单轴压力的介质。
这种连续的机械压力对于克服高熵合金等复杂材料中常见的“缓慢扩散”效应至关重要。通过在高温下保持压力，石墨工具可以加速颗粒结合和致密化。
热性能和化学性能
均匀加热曲线
石墨具有高导热性，这对于烧结过程至关重要。
虽然一些来源将此与压力混淆，但技术现实是，这种导热性确保了样品均匀加热。这消除了可能导致最终合金微观结构不均匀或翘曲的热梯度。
通过脱气降低孔隙率
石墨模具与真空环境之间的相互作用在缺陷控制方面提供了独特的优势。
石墨有助于脱除粉末混合物中吸附的气体。去除这些捕获的气体可显著减少孔隙缺陷的发生，从而获得更致密、更高质量的成品材料。
简化的脱模
烧结中的一个常见问题是合金粘附在模具壁上。
石墨天然具有自润滑性和化学惰性。这可以防止合金粘附在工具上，从而在不损坏样品表面的情况下轻松取出压制好的块体。
操作注意事项和权衡
依赖真空环境
虽然石墨具有化学惰性，但其在此环境中的最佳性能在很大程度上依赖于真空环境。
对于含有钛 (Ti)、铝 (Al) 或锆 (Zr) 等元素的活性金属体系，真空是必不可少的。没有真空，这些元素会氧化，石墨可能会降解或污染熔体，而不是保护它。
特殊材料要求
并非所有石墨都适用于此应用；标准石墨在高温单轴压力和热量的特定组合下可能会失效。
该工艺特别要求高强度、高纯度石墨。使用低等级的石墨会导致模具结构失效或杂质渗入热电合金。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高热电合金的质量，请根据您的具体烧结目标选择合适的工具等级：
- 如果您的主要重点是微观结构均匀性：优先选择高导热性的石墨，以确保均匀加热并防止样品出现热梯度。
- 如果您的主要重点是材料纯度：确保在高真空环境中使用高纯度石墨，以防止 Ti 或 Al 等活性元素的氧化。
- 如果您的主要重点是最大密度：选择能够承受克服缓慢扩散所需的最大单轴压力的高强度石墨。
高强度石墨是确保高温致密化不会以牺牲尺寸精度或化学纯度为代价的决定性选择。
总结表：
| 技术特性 | 对热电合金的好处 | 对最终产品的影响 |
|---|---|---|
| 高热稳定性 | 在 1300°C 以上抵抗变形 | 精确的尺寸精度 |
| 高导热性 | 确保均匀的热分布 | 均匀的微观结构 |
| 自润滑性 | 易于脱模，不粘连 | 卓越的表面光洁度 |
| 脱气支持 | 在真空中去除吸附的气体 | 更高的密度，更低的孔隙率 |
| 机械强度 | 保持单轴压力传递 | 加速颗粒结合 |
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参考文献
- Zurab Adamia, Nakhutsrishvili Irakli. The Maximums of the Seebeck Coefficient and Figure of Merit of Thermoelectric. DOI: 10.64030/3065-906x.02.01.01
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
