在脉冲电流辅助烧结 (PCAS) 工艺中，石墨模具不仅仅是惰性容器；它们是系统运行所必需的、多功能的活性组件。 特别是对于 NiAl-Al2O3 复合材料，模具同时充当加热元件、成型容器和机械压缩的机制。这种多重功能能力实现了 PCAS 特有的快速场辅助烧结。
核心要点 在 PCAS 中，石墨模具承担着三项功能：它导电以直接产生焦耳热，定义粉末的几何形状，并承受高轴向载荷以将液压（例如 50 MPa）传递给样品。
模具在加热中的活性作用
充当热源
与外部施加热量的传统烧结方法不同，PCAS 中的石墨模具是电路的一部分。
它允许脉冲电流通过，利用其导电性直接产生焦耳热。
这使得模具成为一个主动热源，从而实现高效烧结所需的快速升温速率。
促进快速烧结
模具导电和导热的能力是“场辅助”烧结的主要驱动力。
通过在 NiAl-Al2O3 粉末的近处产生热量，模具能够比传统热压法实现更快的循环时间。
机械成型和致密化
定义部件几何形状
石墨模具最基本的功能是作为粉末成型容器。
它限制了松散的 NiAl-Al2O3 复合粉末，确保其获得最终零件所需的特定尺寸。
传递液压
模具是施加力的介质。
它将液压系统施加的轴向压力——特别是50 MPa等水平——直接传递给复合材料样品。
这种压力对于在高温阶段致密化粉末和消除气孔至关重要。
关键材料特性
为何选择石墨
模具的有效性依赖于主要参考文献中概述的特定材料特性平衡。
需要导电性来闭合电路并产生热量。
导热性确保产生的热量能够有效地传递到粉末。
耐压性（机械强度）对于承受 50 MPa 的挤压力而不会在烧结温度下变形或断裂至关重要。
理解权衡
机械限制
尽管石墨坚固，但其机械强度是有限的。
为了获得更高的密度而超过耐压极限（例如，远超 50 MPa）会带来模具破裂的风险，这将导致工艺中止。
电气接触敏感性
由于模具是电路的一部分，接触质量至关重要。
模具与电极之间的接触不良可能导致电弧、局部过热或能量传递效率低下，从而影响 NiAl-Al2O3 复合材料的热均匀性。
为您的目标做出正确选择
为了优化 NiAl-Al2O3 复合材料的 PCAS 工艺，您必须根据您的具体目标调整模具设计和操作。
- 如果您的主要重点是快速致密化：确保您的石墨牌号具有高导电性，以最大限度地提高焦耳加热效率并缩短循环时间。
- 如果您的主要重点是几何精度：优先选择具有高高温机械强度的石墨，以防止在 50 MPa 轴向载荷下发生变形。
PCAS 的成功取决于将石墨模具视为连接电能和机械力的精密仪器。
总结表：
| 功能类别 | PCAS 中的具体作用 | 对 NiAl-Al2O3 复合材料的影响 |
|---|---|---|
| 加热 | 导通脉冲电流以进行焦耳加热 | 实现快速升温和场辅助致密化 |
| 机械 | 传递轴向压力（例如 50 MPa） | 消除气孔并确保材料完全致密化 |
| 结构 | 充当成型容器 | 定义复合材料零件的最终几何尺寸 |
| 材料 | 导热和导电性 | 促进高效的能量传递和热均匀性 |
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