使用冷等静压机 (CIP) 对 LSGM 生坯的主要优点是通过液体介质施加均匀、多向的高压（通常为 200 MPa）。单轴压制从单一轴施加力，导致密度不均，而 CIP 则施加等静压力，以消除材料整个体积内的内部应力和密度梯度。
核心要点 单轴压制通常会产生微观密度变化，导致在加热过程中发生灾难性失效。通过确保所有方向的均匀致密性，CIP 是防止在高温烧结过程中开裂或变形并实现高性能 LSGM 电解质所需的高相对密度的关键因素。
克服单轴压制的局限性
消除密度梯度
在标准的单轴压制中，粉末与模具壁之间的摩擦会导致压实不均。这会导致生坯的边缘密度较高，而中心密度较低（反之亦然）。
CIP 通过使用流体介质同时从所有侧面施加压力来绕过这个问题。这种全向力确保 LSGM 粉末颗粒在整个样品中以一致的密度堆积，无论其几何形状如何。
消除内部应力
单向力倾向于将机械应力锁定在压制件中。这些应力是休眠缺陷，通常在加热过程中释放，导致零件断裂。
CIP 的等静性质可有效中和这些内部应力。它放松了生坯内的张力，从而形成了具有极高且均匀致密性的结构。
对烧结和最终性能的影响
防止变形和开裂
在“生坯”（预烧结）阶段实现的均匀性决定了材料在高温烧结过程中的行为。
如果生坯存在密度梯度，则在加热时会不均匀收缩，导致翘曲或断裂。由于 CIP 消除了这些梯度，LSGM 会均匀收缩，从而在烧结过程中有效防止开裂和变形。
最大化相对密度
LSGM 电解质要正常工作，必须足够致密以防止气体泄漏并确保离子电导率。
CIP 提供的卓越颗粒堆积直接转化为烧结后更高的最终密度。该工艺确保材料达到高相对密度，从而优化最终组件的电化学性能。
理解权衡
工艺复杂性与质量
虽然 CIP 提供了卓越的结果，但与简单的模具压制相比，它增加了一个额外的加工步骤。通常需要先对生坯进行单轴预压，然后在进行 CIP 处理前将其真空密封在柔性模具中。
这增加了生产时间和设备成本。然而，对于像 LSGM 这样结构完整性不容妥协的高性能陶瓷，废品率（开裂的零件）的降低通常会超过增加的加工成本。
为您的目标做出正确选择
要确定您的特定 LSGM 应用是否需要 CIP，请考虑以下因素：
- 如果您的主要重点是最大化可靠性和密度：您必须使用 CIP。它是消除导致高性能电解质烧结缺陷的密度梯度的唯一可靠方法。
- 如果您的主要重点是快速、低成本的几何成型：单独使用单轴压制可能足以满足简单、非关键零件的要求，但您必须接受翘曲和最终密度较低的风险显著增加。
对于高质量的 LSGM 制造，CIP 不仅仅是一个可选的升级；它是一个关键的工艺控制步骤，可确保从易碎的粉末压坯到坚固、完全致密的陶瓷的过渡。
摘要表：
| 特征 | 单轴压制 | 冷等静压 (CIP) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单轴（单向） | 所有方向（等静/全向） |
| 密度均匀性 | 低（边缘/中心之间存在梯度） | 高（整个体积内一致） |
| 内部应力 | 高（导致烧结裂纹） | 最小（应力已中和） |
| 最终形状完整性 | 易翘曲/变形 | 出色的尺寸稳定性 |
| 应用目标 | 简单成型和低成本 | 高性能、高密度陶瓷 |
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参考文献
- Jung Hyun Kim, Jong‐Heun Lee. Properties of La0.8Sr0.2Ga0.8Mg0.2O2.8 electrolyte formed from the nano-sized powders prepared by spray pyrolysis. DOI: 10.2109/jcersj2.119.752
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
