高精度钢模的主要优点在于它们能够承受压制 (CeO2)1−x(Nd2O3)x 粉末所需的 150 MPa 巨大压力，同时保持结构完整性。通过抵抗变形，这些模具可确保所得的生坯具有一致的尺寸和高质量的表面。这种表面光滑度不仅仅是美观上的；它在机械上对于减少脱模过程中的摩擦以及确保后续精确的电气测试至关重要。
高精度钢模将原始液压转化为均匀的材料密度和卓越的表面光洁度。这种机械基础是成功进行高温烧结和可靠电极接触的关键先决条件。
压力和稳定性的力学原理
承受高压实载荷
(CeO2)1−x(Nd2O3)x 纳米粉末的压实过程并非低应力过程。它需要大约 150 MPa 的压力才能有效。
使用高精度钢材是因为它提供了必要的刚性来承受此载荷而不发生翘曲。如果模具发生任何微小变形，压力传递将变得不均匀，从而损害压制圆盘的密度。
克服颗粒阻力
施加此特定大小的压力对于克服粉末颗粒之间的内部摩擦是必要的。
钢制模具的刚性约束迫使颗粒重新排列并紧密堆积。这种机械预致密化增加了颗粒之间的接触面积，为烧结阶段的材料迁移创造了物理路径。
表面质量和功能影响
减少侧壁摩擦
高精度模具的一个决定性特征是其内壁的卓越光洁度。
这种光滑度显著降低了压制粉末在模具内壁移动时的侧壁摩擦。在脱模过程中，较低的摩擦至关重要，可以防止在取出易碎的生坯时经常发生的裂纹或缺陷。
优化电气接触
模具表面的质量直接转移到陶瓷样品的表面。
光滑、无缺陷的表面是后续电气性能测试的严格要求。它确保陶瓷电解质与银电极之间紧密、均匀的接触，防止出现会歪曲电阻或电导率数据的间隙。
理解权衡
初始成本与一致性
与标准或较软合金模具相比，高精度钢制工具需要更大的前期投资。
然而，使用较低等级的模具会带来高风险的密度梯度。如果模具发生弯曲，压力施加不均匀，导致烧结过程中收缩差异，最终陶瓷开裂。
保持表面完整性
低摩擦脱模的好处完全取决于模具内抛光层的状况。
这些模具对划痕和腐蚀很敏感。内壁的任何磨损损坏都会增加摩擦，立即抵消高精度光洁度的优势，并可能导致样品在弹出过程中卡住或碎裂。
为您的目标做出正确选择
为了最大化您的 (CeO2)1−x(Nd2O3)x 陶瓷的质量，请根据您的具体加工目标来选择您的工具：
- 如果您的主要关注点是电气精度：优先选择内表面抛光度尽可能高的模具，以确保无缝的电极-陶瓷界面。
- 如果您的主要关注点是烧结密度：确保模具的额定压力远高于 150 MPa，以实现必要的颗粒堆积，从而获得低孔隙率（1%–15%）的结果。
通过使用高精度钢材，您可以确保压制阶段的物理约束直接转化为最终陶瓷电解质的可靠性。
总结表：
| 特性 | 对 (CeO2)1−x(Nd2O3)x 的优势 | 对最终陶瓷的影响 |
|---|---|---|
| 高刚性 | 在 150 MPa 下不变形 | 密度均匀，无翘曲 |
| 抛光内壁 | 在脱模过程中最大限度地减少侧壁摩擦 | 防止裂纹和表面缺陷 |
| 精密公差 | 保持精确的圆盘尺寸 | 确保精确的电气测试 |
| 机械稳定性 | 克服内部颗粒阻力 | 烧结的最佳预致密化 |
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参考文献
- М. В. Калинина, I. Yu. Kruchinina. Effect of Synthetic Approaches and Sintering Additives upon Physicochemical and Electrophysical Properties of Solid Solutions in the System (CeO2)1−x(Nd2O3)x for Fuel Cell Electrolytes. DOI: 10.3390/ceramics6020065
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
