高纯高密度石墨模具是烧结过程的操作核心。它们不仅仅是容纳材料的容器；它们同时执行三个关键的主动功能：定义部件的形状，通过电阻产生必要的 thermal energy，以及机械传递 extreme pressure 以使粉末致密化。
核心要点 在SPS等现代烧结技术中，石墨模具是一个主动的工艺部件，而不是一个被动的容器。它充当电阻加热元件和高压传输介质，依赖石墨在巨大的热量和机械载荷下保持结构完整性的独特能力来导电。
石墨组件的主动作用
高纯石墨之所以是首选材料，是因为它解决了烧结的“深层需求”：同时施加热量和压力，且不与样品发生反应或在机械上失效。
精确的容纳和成型
模具最基本的功能是作为成型模具。它定义了最终产品的宏观几何形状（形状和尺寸）。
模具充当松散的陶瓷或金属混合粉末的容器。它约束材料，确保在粉末固结时，严格符合设计的体积和尺寸。
高效的热能转换
在火花等离子烧结（SPS）过程中，模具充当主要的电阻加热元件。
由于模具是导电的，脉冲直流电会通过石墨。材料的电阻有效地将电流转化为热能（焦耳热）。
这使得模具能够将热量均匀地传递到内部的样品。这对于非导电陶瓷粉末尤其关键，它们完全依赖模具来接收热能。
高压传输
高密度石墨因其卓越的高温机械强度而被选用。
在烧结过程中，系统施加液压以使粉末致密化。石墨模具必须承受通常达到数十兆帕（例如，30-40 MPa）的轴向压力。
模具充当传输介质，确保巨大的力稳定而均匀地传递到颗粒上。这种压力驱动塑性流动和扩散，这对于实现高密度、无孔隙的部件至关重要。
操作限制和注意事项
虽然石墨用途广泛，但它并非坚不可摧。了解其局限性对于工艺安全和成本控制至关重要。
易氧化性
石墨在烧结温度下暴露于空气时会迅速氧化和降解。
为防止模具烧毁或失去结构完整性，工艺必须在真空或保护性惰性气氛中进行。这最大限度地减少了氧化损失，并显著延长了模具的使用寿命。
机械压力极限
尽管高密度石墨很坚固，但与工具钢相比，它很脆。
在发生灾难性断裂之前，石墨所能承受的压力是有限的。虽然它可以承受标准的烧结压力（取决于牌号/设计，最高可达约80-100 MPa），但超过这些极限需要特殊的工具设计或替代材料。
根据您的目标做出正确选择
您选择的石墨牌号应与您烧结过程中最重要的参数相匹配。
- 如果您的主要重点是快速加热（SPS）：优先选择具有高电均匀性的石墨，以确保模具充当稳定的加热元件，而不会产生热点。
- 如果您的主要重点是高密度：优先选择高强度、高密度的石墨牌号，它们能够在不发生变形的情况下承受最大液压（40+ MPa）。
- 如果您的主要重点是成本效益：确保您的真空或惰性气体系统得到优化，以防止氧化，因为这是模具过早磨损的主要原因。
您的烧结运行的成功取决于将石墨模具视为热力学和机械系统集成的一部分。
总结表：
| 功能 | 描述 | 对烧结的影响 |
|---|---|---|
| 成型 | 作为粉末的成型模具 | 定义最终部件的几何形状和尺寸 |
| 加热 | 将电流转换为热能 | 提供均匀的焦耳加热以实现快速致密化 |
| 压制 | 传递轴向液压（30-100 MPa） | 驱动塑性流动和扩散以获得无孔隙的部件 |
| 强度 | 在极端高温下保持完整性 | 确保在循环过程中稳定的机械传输 |
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参考文献
- Dewei Ni, Guo‐Jun Zhang. Advances in ultra-high temperature ceramics, composites, and coatings. DOI: 10.1007/s40145-021-0550-6
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
