恒定轴向压力的施加是氮化二硼 (TiB2) 致密化过程中至关重要的稳定因素。通过维持约 25 MPa 的稳定力，液压系统确保了电极与样品之间不间断的导电接触，同时补偿了材料的快速收缩。没有这种主动的压力调节，该过程将遭受电弧放电，并且无法实现高密度结果所需的颗粒重排。
核心要点 要实现超过 98% 的氮化二硼相对密度，需要将机械力与电流同步。液压系统不仅仅是挤压材料；它会主动适应样品不断变化的几何形状，以维持闪烧过程所需的电路。
压力在闪烧过程中的作用
维持导电连续性
TiB2 的致密化依赖于闪烧，这是一个电流通过材料的过程。液压缸充当此电流的物理接口。
恒定压力可确保电极与样品表面保持牢固的接触。如果压力波动或下降，电极与材料之间就会形成间隙，导致电路中断，停止加热过程。
补偿样品收缩
随着 TiB2 粉末受热软化，其体积会显著减小。样品在物理上会从初始电极位置收缩。
液压系统对这种收缩提供动态补偿。它不断地向前推进液压缸，以匹配材料收缩的速率，从而防止在接触点处形成空隙。
驱动微观结构变化
强制颗粒重排
仅靠热量通常不足以完全致密化 TiB2 等陶瓷材料。轴向压力提供了物理位移颗粒所需的机械驱动力。
当材料软化时，这种力会将固体颗粒推入相邻的空隙空间。这种机械重排对于消除内部气孔至关重要，否则这些气孔会削弱最终产品。
实现高相对密度
热软化和机械压力的结合使材料能够达到接近理论的密度。
通过在关键阶段保持 25 MPa 的压力，可以消除足够的孔隙率，从而获得相对密度超过 98% 的最终产品。
理解风险和权衡
电弧放电的危险
压力不足最直接的风险是电弧放电。
如果液压系统未能完美跟踪样品的收缩，则会在电极和样品之间产生一个小的间隙。这个间隙会导致电流放电，从而损坏样品表面，降低电极性能，并毁坏实验。
平衡力和结构完整性
虽然压力至关重要，但必须精确。
压力必须足够高才能驱动致密化，但又必须足够受控，以避免在样品软化前将其压碎。“恒定”的压力是关键——力的峰值或下降可能会在最终的陶瓷体内引入密度梯度或裂纹。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的致密化过程，请根据您的具体目标调整液压参数：
- 如果您的主要关注点是工艺稳定性：优先考虑液压控制回路的响应能力，以确保它能够即时响应快速的收缩速率，从而防止电弧放电。
- 如果您的主要关注点是最大密度：确保您的系统即使在峰值温度下也能始终保持完整的 25 MPa，从而最大限度地通过机械方式消除气孔。
TiB2 致密化的成功不仅取决于施加的热量，还取决于控制它的压力的精度。
总结表：
| 因素 | 在 TiB2 致密化中的作用 | 对最终结果的影响 |
|---|---|---|
| 导电连续性 | 保持电极牢固接触 | 防止电弧放电和电路中断 |
| 收缩补偿 | 适应体积减小 | 消除空隙和接触间隙 |
| 颗粒重排 | 将颗粒推入空隙空间 | 驱动高密度微观结构 |
| 压力稳定性 | 确保一致的 25 MPa 力 | 防止裂纹和密度梯度 |
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参考文献
- Simone Failla, Salvatore Grasso. Flash spark plasma sintering of pure TiB2. DOI: 10.1016/j.oceram.2021.100075
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
