首要目的是使用高硬度不锈钢模具和实验室液压机将松散的氧化钇稳定氧化锆 (YSZ) 粉末压实成固定直径、圆盘状的“生坯”。通过对 8 mol% 或 10 mol% YSZ 粉末施加受控压力，这些设备有助于颗粒的初始排列。这会形成一个具有足够机械强度的固体形态，能够承受搬运和后续高压成型步骤而不会散开。
此阶段的目标不是达到最终密度或透明度，而是建立一个结构基线。它将难以处理的粉末转化为粘合在一起的固体，为二次致密化过程奠定基础。
建立结构基础
制造“生坯”
此过程的直接产物是生坯。该术语指的是已成型但尚未烧结（煅烧）的陶瓷制品。
使用不锈钢模具，将 8 mol% 或 10 mol% YSZ 粉末压制成特定的几何形状，通常是圆盘。
初始颗粒排列
松散的陶瓷粉末包含大量的孔隙且缺乏粘合力。
液压机施加力来物理重排这些颗粒，使它们靠得更近。这会减小粉末的体积，并产生结构稳定性所需的初始颗粒间接触点。
赋予机械强度
理想情况下，压制后的样品必须足够坚固，能够从模具中取出并进行搬运。
液压机的压力将颗粒锁定在半刚性结构中。这种生坯强度至关重要，因为样品必须能够转移到其他设备（如冷等静压机 (CIP)）进行最终致密化。
了解设备细节的作用
高硬度不锈钢模具
模具决定了生坯的精确几何形状和表面光洁度。
使用高硬度不锈钢是为了承受显著的压缩力而不发生变形。它确保所得圆盘保持一致的直径和厚度，这对于实验的可重复性至关重要。
受控液压
实验室液压机提供压实粉末所需的力，通常以特定压力（例如 2000 psi 或 30 MPa）运行。
这种受控的力施加确保粉末的压实均匀且在不同批次之间可重复。
理解权衡
单轴密度梯度
使用刚性模具和单轴压机的常见限制是密度变化。
粉末与不锈钢模具壁之间的摩擦可能导致圆盘边缘的密度低于中心。如果不在二次加工中解决，这种梯度可能导致最终烧结阶段发生翘曲或开裂。
透明度所需的密度不足
重要的是要认识到，仅此一步几乎无法达到透明陶瓷所需的密度。
虽然液压机创建了固体形状，但仍会留下残余气孔。要获得透明 YSZ 所需的光学清晰度，此步骤几乎总是需要冷等静压 (CIP) 和高温真空烧结来消除剩余气孔。
根据目标做出正确选择
这个初始成型阶段是成功的先决条件，但您的重点取决于您的最终目标。
- 如果您的主要重点是搬运和安全：确保液压足够高，以最大化生坯强度，防止样品在搬运或脱模过程中断裂。
- 如果您的主要重点是光学透明度：在此阶段，优先考虑均匀性而非最大压力；仅使用此步骤来创建适合您的冷等静压机 (CIP) 以进行实际致密化的形状。
此过程将混乱的粉末转化为有序的形态，为随后的严格热处理奠定了基础。
总结表：
| 特征 | YSZ 成型中的目的 | 关键优势 |
|---|---|---|
| 设备 | 高硬度不锈钢模具 | 确保精确的几何形状并防止在受力下变形。 |
| 工艺 | 单轴液压压制 | 将粉末压实成圆盘状的“生坯”。 |
| 目标 | 颗粒排列 | 减小孔隙空间并建立初始颗粒间接触。 |
| 结果 | 生坯强度 | 形成能够搬运和进一步加工的粘合固体。 |
| 下一步 | 二次致密化 | 为 CIP 和真空烧结做好样品准备，以实现透明度。 |
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参考文献
- Marc Rubat du Merac, Olivier Guillon. Increasing Fracture Toughness and Transmittance of Transparent Ceramics using Functional Low-Thermal Expansion Coatings. DOI: 10.1038/s41598-018-33919-5
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
