使用冷等静压机 (CIP) 压制 SrTiO3 的主要优势在于施加了均匀、全向的压力。 与施加单轴力的标准干压不同，CIP 利用流体介质从所有侧面压缩粉末，有效消除了生坯中的密度梯度和应力集中。
通过用流体压力取代机械模具接触，CIP 产生了完美的各向同性密度分布。 这种均匀性对于 SrTiO3 陶瓷至关重要，因为它可以防止在烧结过程中导致翘曲和开裂的差异收缩，最终得到超过 99.5% 的最终相对密度。
均匀性的力学原理
全向压力与单向压力
标准的干压通常使用刚性模具从一个或两个方向施加力。 由于壁面摩擦，这通常会导致压力分布不均。
相比之下，冷等静压机将密封在柔性模具中的 SrTiO3 粉末浸入流体介质中。 流体从各个方向均匀传递压力，通常可达400 MPa。
消除密度梯度
由于压力均匀施加到模具的整个表面积上，粉末颗粒会紧密且一致地重新排列。
这个过程消除了干压部件中常见的内部密度梯度，在这些部件中，中心区域的密度可能低于边缘区域。 结果是生坯具有高度均匀的微观结构。
对烧结性能的影响
防止不均匀收缩
生坯的均匀性是材料在高温烧制过程中如何表现的关键因素。
由于 SrTiO3 颗粒堆积均匀，材料会各向同性（在所有方向上均匀）收缩。 这大大降低了样品在致密化过程中翘曲或变形的风险。
减少开裂和缺陷
生坯中的局部应力集中是烧结过程中产生裂纹的主要原因。
通过等静压消除这些应力集中，可以保持样品的完整性。 最终的陶瓷通常没有那些会影响机械强度和光学性能的微裂纹。
优越的最终密度
使用 CIP 的最终目标是最大化烧结陶瓷的相对密度。
主要参考资料表明，通过 CIP 成型的 SrTiO3 样品可以达到超过 99.5% 的相对密度。 仅通过标准干压很难达到这种致密度水平，干压通常会留下残余孔隙。
理解权衡
工艺复杂性和速度
虽然 CIP 产生了优越的材料性能，但它通常比标准干压更复杂的工艺。
粉末必须密封在真空袋或柔性模具中并浸入液体中，这是一个批处理过程。 与单轴模压机的快速自动化循环相比，这本质上更慢且劳动强度更大。
模具考虑
标准压制使用刚性钢或硬质合金模具，可以精确定义形状，但将几何形状限制为简单的轮廓。
CIP 使用柔性模具（弹性体模具），可以压缩更复杂的形状，但可能需要后处理加工才能达到严格的尺寸公差，因为柔性模具会随粉末移动。
为您的目标做出正确选择
要确定冷等静压的额外步骤对于您的 SrTiO3 项目是否必要，请考虑您的性能要求。
- 如果您的主要重点是最大密度 (>99.5%)： CIP 对于消除内部孔隙和达到材料的理论密度极限至关重要。
- 如果您的主要重点是结构完整性： 使用 CIP 可确保消除密度梯度，这是防止烧结过程中开裂的最有效方法。
- 如果您的主要重点是大批量生产： 如果可以接受稍低的密度和更高的缺陷率，标准干压可能更适合大规模生产。
CIP 将不可预测的烧结过程转变为可控的过程，提供更致密、无裂纹的陶瓷。
总结表：
| 特性 | 标准干压 | 冷等静压 (CIP) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向（一/二个方向） | 全向（所有方向） |
| 密度分布 | 有梯度/不均匀 | 完全各向同性/均匀 |
| 烧结结果 | 有翘曲和开裂的风险 | 均匀收缩和高完整性 |
| 最大相对密度 | 通常较低 | 超过 99.5% |
| 复杂性 | 低（高速） | 中等（批处理） |
| 最适合 | 大批量生产的简单形状 | 高性能/高密度陶瓷 |
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参考文献
- Lukas Porz, Jürgen Rödel. Dislocation-based high-temperature plasticity of polycrystalline perovskite SrTiO3. DOI: 10.1007/s10853-022-07405-3
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
