在铝酸镁尖晶石（MAS）陶瓷的制备中，实验室液压机和冷等静压（CIP）作为一个互补系统，最大限度地提高结构完整性。首先使用液压机通过单轴力建立初始几何形状，然后使用CIP施加均匀、全方位的压力，消除内部密度梯度。
通过结合这两种技术，您可以将成型的挑战与致密化的挑战分开。这个两阶段的过程确保生坯具有均匀的内部结构，从而防止在高温烧结过程中常见的翘曲和开裂。
两阶段压制工作流程
第一阶段：初步成型（液压机）
该过程从实验室液压机开始。该机器对模具内的MAS粉末施加单轴压力（来自单个轴的力）。
此阶段的主要目标是几何成型。压机将松散的粉末压实成一个粘结的圆柱形“预制件”或块。
在此阶段，颗粒被压在一起足以保持其形状，但由于粉末与模具壁之间的摩擦，密度通常不均匀。
第二阶段：均匀致密化（CIP）
一旦创建了预制件，就将其转移到冷等静压机中。与液压机不同，CIP使用流体介质从所有方向同时施加压力。
此阶段的典型压力达到200 MPa等水平。由于压力是等静的（在所有方向上相等），因此它作用在生坯的整个表面上。
颗粒重排的物理学
CIP的全方位力促使粉末颗粒比单轴压制允许的更紧密地重新排列。
这种二次压制消除了液压机留下的内部密度梯度。它确保圆柱体的核心与外边缘一样致密。
为什么需要这种组合
消除“模具壁”效应
仅使用液压机时，模具壁上的摩擦会导致生坯外部密度较高，内部密度较低。
如果未纠正，这种密度差异会导致烧结过程中收缩不均匀。外壳的收缩速率与核心不同，导致结构缺陷。
防止烧结缺陷
这两种机器的协同作用直接对抗了高温烧结（陶瓷通常在1650°C左右）的风险。
通过利用CIP实现密度均质化，您可以显著降低翘曲、微裂纹和变形的风险。
实现高相对密度
这种方法对于实现高性能陶瓷至关重要。两步过程有助于在烧结后达到约97%的相对密度。
它还有助于促进致密的结构强度，并有助于在最终的铝酸镁尖晶石产品中保持细小的亚微米晶粒尺寸。
理解权衡
单阶段压制的局限性
尝试仅使用液压机达到最终密度通常会导致层裂。高单轴压力会在粉末内产生剪切应力，在生坯烧结前就可能导致其断裂。
预制件的必要性
相反，如果没有柔性模具和大量准备工作，很难对松散粉末使用CIP。液压机充当必要的“设置”步骤，创建一个易于密封并插入CIP腔的可管理实体。
加工效率与质量
这种方法比单阶段压制速度慢，因为它需要处理两次材料。然而，对于像MAS这样结构可靠性至关重要的先进陶瓷，质量的提高抵消了额外的加工时间。
为您的目标做出正确的选择
这种双压法是高性能技术陶瓷的行业标准。以下是如何验证此方法是否适合您的特定要求：
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：使用液压机定义形状，但依靠CIP在不扭曲形状的情况下锁定密度。
- 如果您的主要重点是消除缺陷：优先考虑CIP阶段参数（压力和保压时间），以确保完全消除密度梯度，这是烧结裂纹的根本原因。
液压机构建形状，但冷等静压确保了无瑕疵最终产品所需的完整性。
总结表：
| 阶段 | 压机类型 | 压力施加 | 主要功能 | 结果效益 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 液压机 | 单轴（单轴） | 几何成型 | 创建粘结的、成型的预制件 |
| 2 | CIP（冷等静压） | 全方位（流体） | 均匀致密化 | 消除梯度并防止烧结裂纹 |
| 最终 | 协同作用 | 组合力 | 结构完整性 | 实现约97%的相对密度和耐用性 |
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参考文献
- Nattawat Kulrat, Wasana Khongwong. Fabrication of glass-ceramics composite by infiltration of lithium tetraborate glass into porous magnesium aluminate spinel ceramic. DOI: 10.55713/jmmm.v33i1.1614
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
