在此特定背景下，实验室液压机的首要功能是建立初步的内聚力。在二氧化钛（TiO2）制备的初始阶段，压机在室温模具中对纳米级金红石粉末施加低初始压力。此过程将松散的粉末转化为半固态压坯，使其具有足够的机械稳定性，以便在不碎裂的情况下进行操作。
液压机充当了松散纳米粉末与先进致密化之间的桥梁。其目标不是实现最终密度，而是创建一个具有足够操作强度和形状的“生坯”，以承受后续更严格的处理，如冷等静压（CIP）。
生坯形成的机械原理
实现操作强度
此阶段最关键的目标是操作强度。纳米级金红石TiO2粉末天然松散且难以操作。
通过施加低压，液压机迫使颗粒相互靠近。这产生了足够的摩擦力和颗粒间结合力来固定物料，使操作员能够将样品从模具中取出并运输到下一台机器。
建立初步几何形状
压机为材料提供了明确的几何形状。无论是圆柱形还是矩形，这种初始形状决定了最终产品的基本尺寸。
虽然形状在烧结过程中会收缩，但建立一致的初始几何形状对于后续阶段的均匀加工至关重要。
低压的战略作用
促进冷等静压（CIP）
这种初始压制仅仅是冷等静压（CIP）的准备步骤。
液压机创建一个足够坚固的“预制件”，可以进行真空包装或放入CIP腔室。如果粉末没有预先压实，则无法有效地施加等静压，因为松散的粉末会不可预测地变形或无法保持所需的形状。
避免过早致密化
该工艺明确使用了低初始压力而不是高压。
在此早期阶段施加过大的力可能会锁定密度梯度或缺陷，而这些缺陷在后期无法消除。目标是轻轻地将颗粒压实到足以形成统一的固体，将高压致密化工作留给从所有方向均匀施加压力的CIP工艺。
理解权衡
单轴压力与等静压
标准的实验室液压机通常施加单轴压力（来自一个方向的压力）。
这可能导致密度梯度，即材料在压头附近密度较高，而在中心密度较低。这就是为什么此阶段被认为是“初步的”—它缺乏高性能陶瓷所需的均匀性，因此需要后续的CIP步骤。
操作失败的风险
由于只使用低压，由此产生的生坯明显易碎。
操作员必须格外小心。与烧结件相比，压坯的机械完整性较低；在转移到CIP设备过程中轻微的撞击或不当操作都可能导致样品破裂或解体，从而毁坏批次。
根据目标做出正确选择
为了最大限度地提高此初始压制阶段的有效性，请根据您的具体加工目标调整您的方法：
- 如果您的主要关注点是工艺效率：确保施加的压力是安全操作所需的最低压力，从而缩短周期时间和减少模具磨损。
- 如果您的主要关注点是缺陷最小化：避免在此阶段过度压制，以防止产生后续CIP工艺无法纠正的分层或密度梯度。
实验室液压机是结构化混乱的必要第一步，将松散的纳米粉末转化为适合高性能致密化的可用形式。
总结表：
| 特征 | 初始液压压制（单轴） | 冷等静压（CIP） |
|---|---|---|
| 主要目标 | 建立内聚力与操作强度 | 高密度均匀压实 |
| 压力水平 | 低初始压力 | 高压等静压 |
| 材料状态 | 松散纳米粉末至半固态 | 生坯至高密度压坯 |
| 均匀性 | 潜在的密度梯度 | 出色的多向均匀性 |
| 工作流程中的作用 | 准备/预成型步骤 | 烧结前的最终致密化 |
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参考文献
- D. Li, Weiling Luan. The master sintering curve for pressure-less sintering of TiO2. DOI: 10.2298/sos0702103l
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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