预压混合粉末是一项决定性的准备步骤，它从根本上改变了 WC-HEA（碳化钨-高熵合金）复合材料放电等离子烧结（SPS）的效率。通过使用实验室粉末压机将松散的粉末压实成连贯的预制件，您可以极大地增加颗粒之间的初始接触面积，从而确保在烧结阶段形成稳定的电流通道和优越的加热均匀性。
预压的主要价值在于烧结前的致密化。通过最大化颗粒间的接触，您可以创建一个导电网络，确保电流分布均匀，直接导致微孔隙率降低，并获得结构稳固的复合材料。
颗粒接触的物理学
增加初始接触面积
在松散状态下，混合粉末的颗粒几乎不接触，中间有空气间隙。
使用实验室压机可以机械地将这些颗粒压在一起。
这会形成一个预制件，其中碳化钨和高熵合金颗粒之间的接触面积显著扩大。
建立电通路
放电等离子烧结依赖于通过材料传递脉冲电流来产生热量。
要使电流有效流动，需要一个连续的通路。
预压增加的接触面积有助于形成稳定的电流通道，确保能量有效地通过材料的整体传输。
热力学和材料质量
确保加热均匀性
由于电流通道稳定且分布均匀，材料内部的热量产生变得一致。
这可以防止松散堆积的粉末中经常出现的“热点”或“冷点”。
均匀加热对于在复合材料的整个体积内实现一致的微观结构至关重要。
减少微孔隙率
烧结的最终目标是消除空隙并实现完全致密。
通过从更致密的预制件开始并确保均匀加热，材料可以更完全地烧结。
这个过程有效地减少了最终 WC-HEA 复合材料中的微孔隙率，从而获得了更坚固、更可靠的部件。
理解权衡
工艺复杂性与产出质量
虽然预压为制造流程增加了一个额外的步骤，但它充当了质量控制的关卡。跳过此步骤以节省时间完全依赖于 SPS 机器在加热过程中通过轴向压力重新排列颗粒。
这通常会导致不可预测的电阻和不一致的烧结结果，使得预压步骤成为高性能复合材料的必要投资。
设备依赖性
有效的预压需要专用的实验室粉末压机。
您必须确保在此阶段施加的压力足以形成粘结的预制件，而不会在生坯中引起层压或密度梯度。
为您的目标做出正确选择
为了最大化您的 WC-HEA 复合材料的性能，请考虑以下策略：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：始终预压以最小化孔隙率，并确保材料能够承受机械应力。
- 如果您的主要关注点是电/热一致性：优先预压以建立均匀性能分布所需的稳定电流通道。
- 如果您的主要关注点是工艺速度：请注意，跳过预压可能会由于内部空隙或不均匀烧结而导致更高的废品率。
预压不仅仅是一个成型步骤；它是生产高密度 WC-HEA 复合材料所需的热稳定性和电稳定性的基础。
总结表：
| 因素 | 松散粉末烧结 | 预压预制件烧结 |
|---|---|---|
| 导电性 | 不稳定，高电阻 | 稳定，连续的电流通道 |
| 加热均匀性 | 存在热点/冷点风险 | 一致的热分布 |
| 微孔隙率 | 内部空隙风险较高 | 孔隙率显著降低 |
| 结构完整性 | 较低，不一致 | 高密度和机械强度 |
| 工艺稳定性 | 低（不可预测） | 高（可重复的结果） |
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参考文献
- Chenglin Zhang, Rui Hu. Study on Microstructure and Properties of WC Particle-Reinforced FeCoCrNi-Matrix High Entropy Alloy Composites. DOI: 10.3390/ma16237380
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
