冷等静压（CIP）通过对粉末压块施加均匀、全向的压力，制造出优异的 Ti5Si3/TiAl3 复合预制件。这种方法消除了标准干压中常见的内部密度梯度，从而得到在后续化学反应的强烈热应力下不易开裂的均匀生坯。
核心优势 由于与刚性模壁的摩擦，标准干压会产生不均匀的密度。CIP 通过使用流体介质从所有方向施加压力来消除这一点，确保了均匀的内部结构，从而防止在关键的自蔓延燃烧阶段发生变形和失效。
均匀密度的力学原理
克服模壁摩擦
在标准干压中，压力是单向施加的（从上到下）。粉末与刚性模壁之间的摩擦会导致压力传递损失，从而产生密度梯度，中心区域的密度通常低于边缘区域。
CIP 使用液体介质将压力传递到柔性模具。由于压力是等静压（从所有方向均匀施加）的，因此完全消除了导致压实不均匀的模壁摩擦。
实现一致的生坯密度
对于 Ti5Si3/TiAl3 复合材料，CIP 通常施加 55-60 MPa 的压力。这使得圆柱形生坯的密度达到理论密度的约 70%。
与干压（密度在零件中可能差异很大）不同，CIP 可确保这种高密度均匀分布在整个预制件体积中。
防止反应合成过程中的失效
孔隙率梯度的作用
Ti5Si3/TiAl3 的形成通常涉及 自蔓延燃烧反应。如果预制件存在内部孔隙率梯度——密度高和密度低的区域——反应前沿的传播速度会不同。
这种变化会导致热量分布不均和差异膨胀。在干压零件中，这些内部应力经常会超过材料的强度，导致宏观裂纹或翘曲。
稳定热应力
通过消除孔隙率梯度，CIP 可确保燃烧反应过程中产生热应力是均匀的。
均匀的密度结构使材料能够承受反应热而不会变形。这使得最终的复合材料能够保持其预期的形状和结构完整性。
理解权衡
尺寸公差与结构完整性
虽然 CIP 提供了优异的内部结构，但使用刚性模具的标准干压通常能提供更严格的外部表面尺寸公差。CIP 使用柔性模具（弹性体袋），这可能导致表面光洁度稍差，可能需要进行机加工。
工艺效率
CIP 通常是一种批次工艺，可能比自动化干压的高速循环时间慢。然而，对于钛硅化物/铝化物复合材料等高性能材料，报废率（开裂的零件）的降低通常会抵消循环时间差异。
为您的目标做出正确选择
- 如果您的主要关注点是结构完整性：选择 CIP 以消除密度梯度并防止燃烧反应合成过程中的开裂。
- 如果您的主要关注点是复杂几何形状：选择 CIP 以在具有高长径比（细长形状）的零件中实现均匀密度，这些零件在从干压机中弹出时会断裂。
- 如果您的主要关注点是净形精度：仅当零件几何形状简单且下游反应过程可以容忍较低的密度一致性时，才考虑 干压。
CIP 通过优先考虑内部均匀性而非外部速度来提高 Ti5Si3/TiAl3 制造的可靠性。
总结表：
| 特征 | 冷等静压（CIP） | 标准干压 |
|---|---|---|
| 压力方向 | 全向（从所有方向均匀施加） | 单向（单向） |
| 密度分布 | 高度均匀；无内部梯度 | 由于模壁摩擦而不均匀 |
| 结构完整性 | 抵抗热反应过程中的开裂 | 容易翘曲和宏观裂纹 |
| 模具类型 | 柔性弹性体袋 | 刚性钢模 |
| 最适合 | 高性能复合材料和复杂形状 | 简单几何形状和高速生产 |
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参考文献
- Min Zha, Qi Jiang. Self-propagating High-temperature Synthesis of Ti5Si3/TiAl3 Intermetallics. DOI: 10.2355/isijinternational.49.453
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
