与单轴压制相比，使用温等静压机（WIP）的主要优点是结合了均匀、全向的压力和热量，从而消除了内部密度梯度。而单轴压制仅从一个方向施加力——通常会导致压实不均——WIP 则创造了一个等静压环境，确保整个压电生坯体密度一致。
核心要点
WIP 利用热量和多向压力诱导有机粘合剂的“微流”，在堆叠层之间形成无缝结合。这一过程对于生产高密度陶瓷至关重要，可以避免常规单轴压制经常出现的内部空隙和裂纹。
优越层压的机械原理
实现真正的等静压均匀性
单轴压制固有的局限性在于摩擦力和方向性力，这通常会导致陶瓷体内密度变化。
相比之下，WIP 同时从所有侧面施加压力。根据 0.38BSS-0.62PT 生坯体的数据，这种全向方法消除了密度梯度。其结果是获得单轴压实无法实现的机械均匀结构。
热集成作用
仅靠压力通常不足以完成复杂的堆叠。WIP 在加热条件下运行，例如65 摄氏度。
热量的施加至关重要，因为它能软化生坯片中的有机粘合剂。它会诱导粘合剂材料的微流，使其在分子水平上渗透并锁定。这会在层之间形成牢固的界面，这是冷压或单轴压制无法产生的。
对结构完整性和密度的影响
消除烧结过程中的缺陷
压制过程中引入的结构缺陷通常隐藏在高温加工阶段。
由于 WIP 增强了层间结合并排除了气穴，因此它能显著防止层间开裂和变形。这些缺陷通常在材料最脆弱的脱脂和烧结阶段出现。WIP 加工的坯体在这些严格的热循环中能保持其形状和完整性。
最大化陶瓷密度
实现高密度是可靠铁电和压电性能的先决条件。
热量和等静压（在高性能应用中可能高达 2000 bar）的结合有效地消除了微孔隙和内部空隙。这使得最终烧结的陶瓷密度能够超过理论密度的 95%。高密度直接关系到一致的电气测量和设备可靠性。
理解工艺要求
实施复杂性
尽管 WIP 的结果优越，但与单轴压制相比，该工艺需要更复杂的准备工作。
参考资料表明，堆叠的生坯片必须密封在模具中，以便施加等静压。此密封步骤对于防止加压介质污染样品至关重要，增加了比简单压制方法更复杂的工艺处理环节。
为您的目标做出正确选择
要确定 WIP 是否对您的特定应用是必需的，请考虑您的性能目标：
- 如果您的主要关注点是设备可靠性：使用 WIP 可确保厚膜设备的结构完整性，并防止脱脂过程中的分层。
- 如果您的主要关注点是电气精度：使用 WIP 可实现 >95% 的理论密度，这对于一致的压电和铁电测量至关重要。
- 如果您的主要关注点是几何一致性：使用 WIP 可消除导致复杂形状翘曲或收缩不均的密度梯度。
当设备故障的成本超过压制工艺的额外复杂性时，WIP 是明确的选择。
总结表：
| 特征 | 单轴压制 | 温等静压（WIP） |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单轴（定向） | 全向（等静压） |
| 密度分布 | 不均匀（受摩擦限制） | 高度均匀 |
| 层间结合 | 仅机械接触 | 分子级粘合剂微流 |
| 热集成 | 通常为冷压 | 集成（例如 65°C） |
| 开裂风险 | 高（烧结过程中） | 极低（通过结合防止） |
| 结构密度 | 较低/可变 | >95% 理论密度 |
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参考文献
- Min-Seon Lee, Young Hun Heong. Temperature-stable Characteristics of Textured (Bi,Sm)ScO3-PbTiO3 Ceramics for High-temperature Piezoelectric Device Applications. DOI: 10.31613/ceramist.2023.26.2.03
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
