绝缘模具是电烧结锻造（ESF）中的基本要求，用于控制电能的流动。由于ESF依赖于单个大电流脉冲，模具必须充当电屏障。这迫使电流仅通过粉末样品流动，而不是泄漏到模具壁中。
通过电气隔离粉末，绝缘模具确保施加的能量完全转化为样品内的焦耳热。这种能量集中对于实现完全密度和保护工装免受电气损坏至关重要。
能量传递的机制
引导电流脉冲
在ESF过程中，目标是在毫秒内通过强大的电放电烧结粉末。如果模具是导电的，电流会自然地沿着电阻最小的路径流动，而这条路径通常包括模具壁。
绝缘模具可防止这种泄漏。它们限制了电流路径，确保脉冲垂直流过粉末柱。
最大化焦耳热
ESF的效率是由焦耳热驱动的——这是由粉末对电流的电阻在内部产生的热量。
由于模具阻止了电流旁路，电能完全集中在粉末上。这导致了快速、均匀的加热，这对于颗粒的粘合至关重要。
对部件质量和工装的影响
达到理论密度
ESF的最终目标是生产低孔隙率的高性能零件。
通过将能量集中在粉末内部，该工艺可以产生足够的热量和压力来将材料压实到接近其理论密度的100%。没有绝缘模具，能量损失将导致烧结不完全和密度较低的零件。
防止设备损坏
如果不妥善管理，大电流脉冲会造成破坏。
如果允许电流流过模具结构，可能会对工装造成电流引起的损坏。绝缘模具可以保护模具结构免受电脉冲的影响，确保模具在多个循环中保持其机械完整性。
材料要求和限制
陶瓷的必要性
为了实现这种电气隔离，ESF模具通常由陶瓷材料制成。
陶瓷具有高电阻率和高抗压强度双重优点。这使得它们能够承受锻造步骤产生的高压，同时完全阻止电流流动。
平衡热和电气需求
虽然模具必须具有电气绝缘性，但它也必须能够承受粉末的快速热膨胀。陶瓷的选择至关重要，以确保模具在操作的机械和热应力下不会破裂。
优化ESF工艺
为确保成功的烧结和设备寿命，请考虑以下关于模具选择的因素：
- 如果您的主要关注点是能源效率：优先选择具有优异介电性能的模具材料，以确保100%的电流有助于粉末内的焦耳热。
- 如果您的主要关注点是零件密度：确保模具组件能够实现完美的电气密封，因为任何泄漏都会降低达到接近100%理论密度所需的热量产生。
绝缘模具的正确应用是ESF能够在传统方法所需时间的一小部分内提供高密度组件的关键因素。
总结表：
| 特性 | 绝缘模具在ESF中的功能 |
|---|---|
| 电气控制 | 阻止电流流过模具壁，迫使其通过粉末。 |
| 加热机制 | 通过将能量集中在样品内部来最大化焦耳热。 |
| 部件质量 | 通过防止能量损失来确保接近100%的理论密度。 |
| 工装保护 | 保护压机结构免受大电流电气损坏。 |
| 材料选择 | 通常为陶瓷，以提供电阻和强度。 |
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参考文献
- Alessandro Fais. Advancements and Prospects in Electro-Sinter-Forging. DOI: 10.3390/met12050748
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
