引入氮化硼（BN）绝缘片的主要目的是作为火花等离子烧结（SPS）组件内的电屏障。在烧结二硼化锆（ZrB2）等高导电性陶瓷时，将BN片放置在石墨冲头和样品之间，可以防止电流流过材料本身。这种刻意的改变迫使系统从直接内部加热模式转变为间接加热模式。
核心见解：通过阻断通过样品的电流路径，BN片使研究人员能够分离热辐射与电流的特定贡献。这是准确确定致密化是由单独的热量驱动还是由独特的场辅助效应驱动的唯一方法。
隔离的机制
要理解氮化硼在此背景下的效用，有必要了解它如何改变SPS过程的基本物理原理。
断开电路
标准的SPS依赖于通过模具，以及（如果导电）样品传递高脉冲电流。
氮化硼是电绝缘体。通过将其插入冲头和样品之间的接触点，您可以物理上中断电流流过陶瓷粉末。
强制间接加热
一旦电流路径被阻断，样品就无法通过焦耳加热（电阻加热）产生自身的热量。
取而代之的是，系统被迫进入间接加热模式。电流仍然通过外部石墨模具（筒），导致模具加热。然后，样品仅通过热模具发出的热辐射来加热。
科学目标：分离变量
引入BN很少是为了提高生产效率；它几乎总是为了基础研究和机理分析。
导电陶瓷的模糊性
像ZrB2这样的材料是优良的导体。在标准的SPS设置中，它们同时受到高温和高电流的影响。
这造成了一个分析盲点。很难区分快速致密化是由高加热速率（热效应）还是由作用于晶界的电流（电流效应）引起的。
分离热贡献
通过使用BN片，您可以完全消除“电流效应”变量。
如果样品在使用BN绝缘的情况下成功烧结，研究人员可以得出结论，致密化主要是热机理的结果。如果与标准运行相比，样品未能致密化，则表明电流在过程中起到了关键作用。
理解权衡
虽然BN片对于实验控制非常有价值，但使用它们会改变SPS技术的固有优势。
失去内部加热
SPS以快速加热而闻名，因为热量是在样品内部产生的。
使用BN绝缘会消除这种能力。样品必须等待热量从模具传递过来，与标准SPS相比，这可能导致加热速率变慢或热梯度变大。
消除“等离子体”效应
SPS的支持者经常引用等离子体产生或电迁移作为该工艺的好处。
通过阻断电流，您实际上是将SPS机器变成了一个标准的热压机。您会失去电场直接与颗粒相互作用带来的任何潜在的微观结构优势。
为您的目标做出正确选择
是否应该使用氮化硼绝缘片，完全取决于您是想生产零件还是证明理论。
- 如果您的主要重点是生产效率：避免使用BN片，以利用直接电流烧结的全部速度和内部加热能力。
- 如果您的主要重点是机理分析：使用BN片来分离热效应，并证明您的材料致密化是否需要电流。
通过选择性地使用绝缘，您可以将SPS从制造工具转变为分离热原因和电效应的精密仪器。
总结表：
| 特征 | 标准SPS（导电样品） | 带BN绝缘片的SPS |
|---|---|---|
| 电流路径 | 通过样品和模具 | 从样品阻断；仅通过模具 |
| 加热模式 | 直接内部焦耳加热 | 间接加热（来自模具的热辐射） |
| 电流效应 | 存在（电迁移、场效应） | 消除（纯热机理） |
| 加热速率 | 极快的内部加热 | 较慢；受限于来自模具的热传递 |
| 主要用途 | 快速制造和生产 | 基础机理分析与研究 |
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