石墨箔充当关键的牺牲界面，放置在火花等离子烧结 (SPS) 过程中的粉末样品和石墨模具之间。其直接功能是物理隔离样品材料与模具壁，防止化学键合，并确保昂贵的石墨模具在脱模过程中不会损坏。
核心要点 高温和高压自然会导致烧结粉末与容器发生反应并粘附在容器上。石墨箔起到双重缓冲作用：它能防止样品与模具熔合（从而保护模具），并补偿微观表面不规则性，以确保均匀的电和机械传输。
保护屏障功能
石墨箔最显著的作用是保护。没有这一层，SPS 工艺在样品移除过程中很可能会导致灾难性的失败。
防止化学粘附
在 SPS 的高温高压下，烧结粉末会变得高度反应。它们自然倾向于扩散并与石墨模具壁结合。
石墨箔形成化学屏障。它能防止粉末（如镍合金或陶瓷）直接与模具内壁发生反应。
便于脱模
将烧结样品从模具中取出需要机械力。如果样品粘附在壁上，此力将导致样品破裂或模具破碎。
箔片充当脱模剂。因为它能防止粘附，所以能使样品干净地推出，从而显著延长高纯度石墨模具的使用寿命。
隔离污染
在高纯度应用中，例如处理硫化锌 (ZnS) 时，与冲头材料直接接触可能会引入杂质。
放置在冲头和粉末之间的箔片可以隔离样品。这确保了最终产品通过避免与模具材料直接扩散来保持其化学纯度。
优化烧结环境
除了保护作用，石墨箔在烧结过程的物理学中也起着复杂的作用，特别是在电力和压力方面。
降低接触电阻
石墨模具和冲头在微观层面具有固有的表面粗糙度。这种粗糙度会产生空气间隙，从而增加电阻。
石墨箔具有柔韧性和导电性。它能填充这些微观间隙，从而显著改善冲头与样品之间的电气接触界面。
确保电流分布均匀
在 SPS 中，脉冲电流是热源。如果接触不良，“热点”会在电流集中的地方形成。
通过平滑接触界面，箔片确保电流均匀地流过样品的整个横截面。这导致均匀加热和一致的材料性能。
均衡机械压力
就像平衡电流一样，箔片也有助于机械载荷传递。
它充当柔性垫圈，补偿微小的表面不规则性。这确保了高机械压力（通常高达 40 MPa）均匀地施加到粉末上，从而促进一致的致密化。
理解权衡
虽然石墨箔至关重要，但它引入了一些必须加以管理的特定变量，以确保成功。
应用精度
必须在没有褶皱或撕裂的情况下应用箔片。箔片上的褶皱会产生局部压力点和电阻差异，这可能导致最终烧结样品出现密度梯度或翘曲。
耗材成本和设置
石墨箔是单次使用的耗材。它在一次烧结循环后会降解，必须更换。这为每个样品的组装过程增加了一个手动步骤，与潜在的可重复使用涂层方法相比，增加了总循环时间。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高 SPS 运行的有效性，请考虑您的具体优先事项：
- 如果您的主要重点是模具寿命：确保箔片完全覆盖所有内表面，以完全消除反应性金属粉末与模具壁之间的接触。
- 如果您的主要重点是样品均匀性：优先考虑箔片应用的平滑度，以保证均匀的电流和压力分布。
- 如果您的主要重点是高纯度：使用高等级箔片专门将粉末与冲头表面隔离，以防止扩散污染。
通过使用石墨箔，您牺牲了少量的设置时间，以保证样品和模具的完整性。
摘要表：
| 特征 | 石墨箔在 SPS 中的作用 | 用户收益 |
|---|---|---|
| 物理屏障 | 防止粉末粘附到石墨壁上 | 延长模具寿命并便于脱模 |
| 电气接触 | 填充冲头和样品之间的微观间隙 | 通过均匀的电流消除热点 |
| 压力分布 | 充当机械载荷的柔性垫圈 | 确保样品致密化一致 |
| 纯度控制 | 将样品与模具表面隔离 | 防止扩散和化学污染 |
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