准等静压（QIP）通过将复杂形状的预制件嵌入颗粒粉末床（通常是石墨或氧化铝）中来利用压力传递介质（PTM）。当实验室液压机对该组件施加力时，颗粒PTM会表现出类似流体的特性，重新定向垂直力，将压力均匀地传递到嵌入部件的所有表面。
通过利用场辅助烧结技术（FAST/SPS）装置中颗粒粉末的流体动力学，QIP能够实现复杂几何形状的致密化。该过程模拟了热等静压（HIP）的多向压力，而无需高压气体。
压力传递的力学原理
颗粒PTM的作用
在标准压制中，力是单向的（单轴）。在QIP中，部件完全浸没在颗粒压力传递介质（PTM）中。
PTM的常见材料包括石墨或氧化铝粉末。选择这些材料是因为它们能够承受高温并有效传递力。
实现类似流体的行为
该技术的核心原理是将固体颗粒转化为拟流体。
当液压机挤压PTM时，颗粒会移动并围绕预制件流动。这种运动允许静止的垂直压力重新分布。
均匀的压力分布
由于介质像流体一样流动，它从各个方向对部件施加压力，而不仅仅是顶部和底部。
这种全向压力对于压实复杂形状的预制件至关重要，否则这些预制件在标准单轴压制下会变形或开裂。
与场辅助烧结（FAST/SPS）的协同作用
结合热量和压力
QIP不仅仅是关于压力；它依赖于FAST/SPS设备的快速加热能力。
当液压机通过PTM维持“准等静压”时，SPS系统提供烧结所需的热能。
模拟热等静压（HIP）
均匀的压力分布和快速的热循环相结合，使QIP能够获得与热等静压（HIP）相当的结果。
这可以制造出具有各向同性特性的高密度部件，弥合了简单的单轴烧结与昂贵的等静压气体工艺之间的差距。
理解权衡
“准”的区分
需要注意的是，这个过程是准等静压，而不是完全等静压。
与HIP中使用的真正的气体或液体介质不同，颗粒PTM会引入颗粒间的摩擦。与基于流体的真正压制相比，这种摩擦可能导致压力均匀性略有差异。
表面相互作用
由于部件与石墨或氧化铝粉末直接接触，因此必须管理表面相互作用。
用户必须考虑在高温循环过程中，由于PTM的颗粒性质可能引起的化学反应或表面粗糙度。
为您的目标做出正确选择
为了确定QIP与PTM是否适合您的制造需求，请考虑您部件的几何形状。
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：利用QIP对具有标准SPS无法处理的倒扣或非圆柱形部件实现均匀密度。
- 如果您的主要重点是成本效益：将QIP作为热等静压（HIP）的实验室规模替代品，以在没有气体压力系统高昂运行成本的情况下获得相似的材料性能。
利用颗粒介质的类流体力学，您可以为以前仅限于缓慢、昂贵的等静压方法的部件解锁SPS的速度。
总结表：
| 特征 | 准等静压（QIP） | 标准单轴压制 |
|---|---|---|
| 压力方向 | 全向（类流体） | 垂直（定向） |
| 几何形状支持 | 复杂形状和倒扣 | 简单圆柱形/对称形 |
| 传递介质 | 颗粒PTM（石墨/氧化铝） | 直接接触（冲头） |
| 烧结方法 | 与FAST/SPS集成 | FAST/SPS或传统方法 |
| 主要优势 | 复杂部件的高密度 | 简单部件的快速循环时间 |
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参考文献
- Alexander M. Laptev, Olivier Guillon. Tooling in Spark Plasma Sintering Technology: Design, Optimization, and Application. DOI: 10.1002/adem.202301391
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
