加入石墨箔是场辅助烧结技术（FAST/SPS）的标准操作程序，旨在弥合工艺效率与材料完整性之间的差距。它起着两个基本作用：作为柔性导电界面以优化电流流动，以及作为关键的脱模剂，防止样品与模具焊接。
核心要点 石墨箔不仅仅是一个附件；它是一个必不可少的工艺促进剂，通过降低接触电阻来确保均匀加热，同时在高温固结过程中保护昂贵的石墨模具免受化学侵蚀和物理粘结。
优化电气和热力学
FAST/SPS的效率在很大程度上取决于电流和热量通过模具传递到样品中的效率。
降低接触电阻
石墨箔本质上是柔性和可压缩的。当放置在刚性冲头和样品之间时，它会适应表面不规则性。
这种顺应性最大化了接触面积，显著降低了界面电阻。
确保电流均匀流动
如果没有柔性层，冲头和样品之间的微小间隙会产生“热点”，导致电流密度飙升。
箔片使导电表面均匀化，确保脉冲电流均匀地流过组件。这导致热场一致，并防止局部过热或不均匀烧结。
保护设备和样品完整性
烧结涉及极端条件——高压和高温——这些条件会促使材料致密化和结合。
作为脱模剂
在烧结条件下，样品材料会变得具有反应性，并且容易发生扩散键合。没有屏障，样品很可能会粘附或“焊接”到石墨冲头上。
石墨箔充当牺牲层，防止这种物理粘结，确保烧结后的样品可以完好无损地脱模。
防止化学反应
某些材料，如钛或高熵合金，在高温下与石墨模具高度反应。
箔片充当化学隔离剂，防止粉末直接与模具壁或冲头表面反应。这最大限度地减少了样品的表面污染，并防止了模具的化学侵蚀。
保护精密模具
石墨模具和冲头是精密加工的，更换成本高昂。
通过吸收摩擦和防止粘附，箔片充当润滑剂和保护罩。通过减少磨损和防止弹出阶段的表面损坏，大大延长了模具的使用寿命。
理解权衡
虽然石墨箔通常是有益的，但它的使用需要仔细考虑材料界面。
表面相互作用
虽然箔片充当隔离剂，但它是碳基的。对于极易受到碳吸收影响的材料，箔片本身实际上可以在界面处引入扩散偶，尽管这比与主体模具直接反应要好。
机械公差
箔片在堆叠中引入了有限的厚度（通常约为0.1mm-0.2mm）。虽然它会被压缩，但操作员在计算样品的最终尺寸或冲头的行程距离时必须考虑这个附加层。
为您的目标做出正确的选择
使用石墨箔的决定几乎总是“是”，但理解为什么有助于您解决工艺故障。
- 如果您的主要重点是电气一致性：确保箔片没有褶皱，并覆盖冲头的整个表面，以保证均匀的加热和致密化。
- 如果您的主要重点是模具寿命：在所有界面（冲头表面和内模壁）上使用箔片，以防止石墨模具的化学侵蚀和机械磨损。
通过使用石墨箔，您可以将一个潜在不稳定的接触界面转化为一个稳定、受控的材料固结环境。
总结表：
| 功能 | 主要优点 | 操作影响 |
|---|---|---|
| 电气界面 | 降低接触电阻 | 确保电流均匀流动并防止“热点” |
| 脱模剂 | 防止扩散键合 | 便于样品脱模并保护冲头表面 |
| 化学隔离剂 | 最大限度地减少材料反应 | 防止模具化学侵蚀和样品污染 |
| 润滑 | 减少弹出过程中的摩擦 | 延长精密加工石墨模具的使用寿命 |
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参考文献
- Martin Bram, Olivier Guillon. Application of Electric Current‐Assisted Sintering Techniques for the Processing of Advanced Materials. DOI: 10.1002/adem.202000051
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
