高纯石墨模具在碳化硅（SiC）陶瓷制造中充当主动结构和热界面。在热压和放电等离子烧结（SPS）中，这些模具同时执行三项关键功能：定义组件的几何形状、作为主要的加热元件或导体，以及传递将粉末转化为致密固体所需的巨大机械压力。
核心要点 石墨模具不仅仅是一个被动的容器；它是烧结机的活性部件。其同时导电加热并承受数吨压力的能力决定了最终碳化硅产品的密度、均匀性和几何精度。
几何定义的作用
精确的容纳
石墨模具最直接的功能是作为成型容器。它限制了松散的碳化硅粉末，定义了烧结组件的最终尺寸和表面轮廓。
高温下的尺寸稳定性
石墨的独特之处在于它能在烧结碳化硅所需的极端温度下保持其结构完整性。与软化的金属不同，石墨在加热循环中保持了保持严格几何公差所需的刚性。
热引擎：产生和传递热量
SPS中的电阻加热
在放电等离子烧结（SPS）中，模具起着主动的电气作用。它充当电阻加热元件，传导通过系统的脉冲电流。
高效的能量转换
由于高纯石墨是导电的，它将电流直接转化为热能。这使得加热速率非常快，并将热量立即传递到其中的碳化硅粉末。
热压中的感应接收器
在真空热压中，模具通常充当感应接收器。它吸收感应线圈的电磁能量并将其转化为热量，然后通过热传导传递到陶瓷粉末。
机械完整性和致密化
承受高压
致密化碳化硅需要巨大的力。模具必须具有很高的机械强度，以承受外部压力（通常为数十兆帕）而不破裂或变形。
均匀的压力传递
模具充当将力从压头传递到粉末的介质。这种传递必须是均匀的，以确保颗粒的“塑性流动”和扩散，这是消除孔隙率并形成致密陶瓷的物理机制。
确保几何精度
如果模具在压力下变形，最终的零件将失真。石墨的刚性确保力直接用于致密化粉末，而不是使容器翘曲。
理解权衡
化学反应性和屏障
虽然石墨在传热和传压方面表现出色，但它在高温下可能与某些材料发生化学反应。在碳化硅加工中，通常有必要在内壁上涂覆屏障涂层，如氮化硼（BN），以防止陶瓷粘附到模具或与之反应。
氧化敏感性
石墨在高温空气中会迅速氧化和降解。因此，这些模具在真空或惰性气体环境中效果最好（且使用寿命更长），以防止材料损失。
为您的目标做出正确的选择
如果您的主要重点是最大密度：确保选择的模具等级具有尽可能高的抗压强度，以便在不发生变形的情况下传递最大压力。
如果您的主要重点是工艺速度（SPS）：优先选择具有恒定电阻率的石墨，以确保均匀加热并防止在快速升温过程中的热点。
如果您的主要重点是组件纯度：使用高纯石墨并结合可靠的脱模剂（如氮化硼），以防止碳污染碳化硅表面。
碳化硅烧结的成功取决于将石墨模具视为关键工艺变量，而不是消耗性工具。
总结表：
| 功能类别 | 在烧结过程中的作用 | 对最终SiC产品的影响 |
|---|---|---|
| 几何定义 | 在极端高温下容纳粉末并保持刚性 | 确保尺寸精度和表面完整性 |
| 热引擎 | 传导电流（SPS）或感应热（热压） | 实现快速加热和均匀热分布 |
| 机械完整性 | 将兆帕级压力传递给粉末 | 消除孔隙率以实现最大材料密度 |
| 化学屏障 | 防止粘附（通常通过BN涂层） | 保护组件纯度并便于脱模 |
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参考文献
- Hidehiko Tanaka. Silicon carbide powder and sintered materials. DOI: 10.2109/jcersj2.119.218
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
