氮化硼（BN）在陶瓷粉末和石墨工具之间起到关键的隔离和润滑界面作用。在热压的高温高压环境下，该涂层具有两个独特的作用：它形成化学屏障，阻止MAX相粉末（如Ti3SiC2或Cr2AlC）与富碳模具发生反应，并作为脱模剂，确保最终烧结样品能够被取出而不损坏模具。
BN涂层至关重要，因为它将样品与模具分离开来；没有它，MAX相在高温下的高反应性会导致它们在化学和机械上与石墨熔合，从而导致样品断裂和工具损坏。
双重保护机制
防止化学扩散和反应
热压使材料处于极端条件下，化学反应性显著增加。MAX相粉末在这种状态下尤其容易与周围环境发生相互作用。
在烧结温度下，石墨模具相对于这些粉末并非化学惰性。没有屏障，模具中的碳会扩散到陶瓷中，或者陶瓷元素会与模具壁发生反应。
氮化硼涂层形成化学稳定的屏蔽层。它有效地阻碍了扩散路径，确保MAX相的化学计量比保持纯净，并防止在界面处形成不希望有的碳化物。
促进机械脱模
除了化学隔离，样品的物理移除也是一个重大的工程挑战。高压会将粉末压入模具壁的微观孔隙中。
随着材料致密化，摩擦力显著增加。如果陶瓷与模具壁粘合——即使是机械粘合——在不损坏易碎陶瓷或粉碎石墨模具的情况下，也无法将其弹出。
BN作为高温固体润滑剂。它降低了模具壁的摩擦系数，使烧结后的“圆饼”能够顺利滑出。这可以使昂贵的石墨模具得以重复使用，并确保样品的结构完整性。
理解权衡
应用一致性至关重要
隔离效果完全取决于喷涂层的一致性。
BN层中的任何缝隙都将成为失效点。如果石墨暴露在外，就会发生局部粘合。这会导致样品表面出现麻点，并在弹出时损坏模具表面。
表面杂质
虽然BN可以防止深层化学反应，但涂层本身是外来物质。
从模具中取出后，烧结陶瓷的表面会附着一层氮化硼。这层“皮肤”通常需要通过机加工或抛光去除，才能得到下面的全致密、纯净的MAX相材料。
根据您的目标做出正确选择
在准备用于热压的石墨模具时，请牢记以下优先事项来应用涂层：
- 如果您的主要关注点是样品纯度： 涂覆一致的多层涂层，以确保模具中的碳不会扩散到您的反应性粉末（Ti3SiC2、Cr2AlC）中。
- 如果您的主要关注点是工具寿命： 确保脱模层足够厚，以防止机械咬合，这是弹出过程中石墨模具断裂的主要原因。
将氮化硼的应用视为烧结环境本身的一个关键组成部分，而不是一个次要步骤。
总结表：
| 特征 | 氮化硼（BN）在热压中的作用 |
|---|---|
| 功能 | 作为化学屏障和高温固体润滑剂。 |
| 化学保护 | 防止模具和粉末之间的碳扩散和碳化物形成。 |
| 机械脱模 | 降低摩擦力，确保样品顺利弹出，且不损坏模具。 |
| 目标材料 | 反应性MAX相，如Ti3SiC2和Cr2AlC。 |
| 关键结果 | 保持样品纯度，并延长昂贵的石墨工具的寿命。 |
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参考文献
- Eduardo Tabares, S.A. Tsipas. Sinterability, Mechanical Properties and Wear Behavior of Ti3SiC2 and Cr2AlC MAX Phases. DOI: 10.3390/ceramics5010006
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
