使用石墨纸或垫片是成功热压的强制性预防措施，而不是一种选择。 这些材料充当粉末原料与模具组件（冲头和模具壁）之间的牺牲界面。它们的主要功能是提供隔离和润滑，防止烧结后的样品在极端高温和压力下与工具熔合。
核心见解：在烧结温度下，许多材料会与基于碳的石墨模具发生化学反应或机械渗透。石墨纸形成物理屏障，防止这种粘连，确保样品能够干净地脱离，同时保护昂贵的模具免受灾难性的表面损坏。
防止粘连的机制
阻止化学键合
在高温下（通常超过 1000°C），粉末与基于碳的模具之间的反应性会显著增加。没有屏障，金属或复合粉末会与模具壁形成化学键。
石墨纸充当化学稳定的隔离层。它阻止了反应性样品与刚性模具之间的直接接触，抑制了会将其焊接在一起的扩散键合。
阻止熔体渗透
在液相烧结过程中或加工低熔点合金（如铝）时，材料可能会部分液化。
石墨模具的多孔性使其容易被这些熔体渗透。石墨纸密封界面，防止熔融材料渗透到模具孔中，形成几乎无法断裂的机械锁。
保护模具投资
保持模具几何形状
石墨模具易碎且加工成本高昂。如果样品粘附在冲头或模具壁上，通常需要通过敲击或刮擦才能将其移除。
这种机械力会在模具上产生表面缺陷、凹坑或裂纹。使用垫片可确保模具表面保持光滑，并可重复使用多个循环，从而显著延长其使用寿命。
实现平稳脱模
冷却后，烧结件与模具壁之间的摩擦力可能非常大。
石墨纸提供关键的润滑作用。它降低了界面处的摩擦系数，使得成品样品可以轻松弹出（脱模），而不会导致样品开裂或冲头卡住。
提高工艺均匀性
补偿表面粗糙度
即使是高质量的模具也存在微观表面不规则性。
石墨纸具有一定的柔韧性和可压缩性。它充当缓冲层，适应这些不规则性，确保机械压力均匀地传递到样品的整个表面。
确保电气和热接触
在需要电流或热量通过模具的工艺中（例如火花等离子烧结或导电热压），接触电阻是一个变量。
纸张有助于桥接由粗糙度引起的间隙。这确保了电流和热量的均匀传输，从而在最终烧结件中获得均匀的微观结构。
理解权衡
碳扩散风险
虽然石墨纸可以防止大面积粘连，但它仍然是碳源。
对于高度敏感于碳的材料（如某些钛合金或超低碳钢），存在表面渗碳的风险。在这些特定情况下，可能需要在纸张的顶部或替代纸张使用额外的惰性屏障（如氮化硼喷雾）。
尺寸公差
石墨纸增加了组件的厚度。
如果您的设置需要极高的尺寸精度，您必须在冲头行程计算中考虑纸张或垫片的厚度。否则，可能会导致压坯的最终密度或尺寸出现微小偏差。
为您的目标做出正确选择
在设置热压装置时，请考虑以下因素以优化您的结果：
- 如果您的主要关注点是模具寿命：优先使用较厚的石墨纸或冲头上的垫片，以防止在弹出阶段发生任何物理磨损或粘连。
- 如果您的主要关注点是表面纯度：检查烧结表面是否有碳扩散；如果存在，请考虑在纸张上涂覆氮化硼，作为二次扩散屏障。
- 如果您的主要关注点是复杂几何形状：确保纸张精确切割以适合模具腔；纸张的重叠或褶皱会在烧结件上留下永久性缺陷。
最终，石墨纸是低成本的保险，可以保护高价值的模具并确保您的烧结样品完整性。
总结表：
| 功能 | 提供的益处 | 重要性 |
|---|---|---|
| 隔离屏障 | 防止化学键合和熔体渗透 | 保护昂贵的石墨模具免受永久性损坏 |
| 润滑 | 减少样品弹出时的摩擦 | 确保样品无裂纹且易于脱模 |
| 压力缓冲 | 均衡微观表面不规则性 | 促进均匀的压力分布和密度 |
| 导电性 | 桥接间隙以实现热/电流动 | 通过均匀加热确保微观结构均匀 |
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