在高达 300 MPa 的高压下使用半自动液压机的主要目的是迫使 Ba1-xCaxTiO3 粉末颗粒发生物理位移和重新排列，形成紧密堆积的结构。通过在钢模内施加精确、均匀的轴向压力，该工艺可有效消除内部大孔隙，并最大化“生坯”（未烧结的陶瓷）的相对密度。这种高水平的压实对于增加颗粒之间的接触面积至关重要，这是成功烧结过程的基础要求。
高压压实不仅仅是塑造材料；它是一种关键的密度管理策略。施加 300 MPa 的压力可确保足够的颗粒间接触面积，以最大限度地减少收缩并防止高温烧结过程中的开裂，直接决定了陶瓷的最终结构完整性。
高压成型的力学原理
颗粒位移和重排
在制造 Ba1-xCaxTiO3 陶瓷时，松散的粉末缺乏加工所需的结构凝聚力。
液压机施加的巨大力可克服颗粒间的摩擦。这迫使颗粒相互滑动，填充空隙并重新排列成更有效的堆积结构。
最大化接触面积
在高达 300 MPa 的压力下，单个粉末颗粒之间的接触面积会急剧增加。
这种接近度至关重要，因为扩散——陶瓷在烧制过程中结合的机制——依赖于物理接触。更高的接触面积可有效加速致密化过程。
消除内部孔隙
松散粉末中困住的空气是主要的缺陷来源。
高压压制可排出这些空气并压溃内部大孔隙。在成型阶段消除这些孔隙比在烧结过程中尝试去除它们要有效得多。
对烧结和最终质量的影响
控制体积收缩
陶瓷在窑炉中致密化时会收缩。
如果生坯的初始密度较低，则需要显著收缩才能达到完全密度，这会导致形状变形。通过在烧制之前通过 300 MPa 的压力获得高相对密度，可以显著减少烧结过程中所需的收缩量。
防止开裂
显著的收缩通常会导致应力断裂。
通过制造高密度且均匀的生坯，液压机可减轻导致开裂的内部应力。压实良好的生坯可确保最终产品保持其预期的几何形状而不会发生结构失效。
理解权衡
单轴压力的局限性
虽然液压压制可提供出色的轴向密度，但它通常是单轴的（压力来自一个方向）。
这有时会产生密度梯度，即由于与模具壁的摩擦，陶瓷在活塞附近密度较高，而在中心密度较低。
粘合剂的必要性
仅靠压力通常不足以保持干粉的形状。
如标准陶瓷加工中所述，通常需要粘合剂（如 PVA 溶液）来促进颗粒滑动并提供生坯强度。当粉末系统通过正确的粘合剂含量进行优化时，高压效果最佳。
为您的目标做出正确选择
为确保最高质量的 Ba1-xCaxTiO3 陶瓷部件，请将您的压制参数与您的结构要求相匹配：
- 如果您的主要关注点是最大化最终密度和强度：利用高压（约 300 MPa）在烧结前最大化颗粒接触面积并最小化孔隙率。
- 如果您的主要关注点是防止烧结缺陷：确保压力均匀施加，以减少差异收缩，这是高温阶段开裂的主要原因。
- 如果您的主要关注点是初始预成型：如果计划后续进行冷等静压（CIP）进行最终致密化，较低的压力（例如 25-100 MPa）可能足以形成稳定的形状。
最终，成型过程中施加的压力是决定最终陶瓷产品寿命和可靠性的变量。
摘要表：
| 工艺阶段 | 300 MPa 压力下的目标 | 对最终产品的益处 |
|---|---|---|
| 颗粒堆积 | 强制重排和位移 | 最大化生坯密度 |
| 孔隙管理 | 消除内部空气孔隙 | 减少结构缺陷 |
| 接触面积 | 增加晶粒间的接触 | 加速扩散和烧结 |
| 烧结准备 | 最小化体积收缩 | 防止开裂和变形 |
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参考文献
- Kamil Feliksik, M. Adamczyk. Dielectric, Electric, and Pyroelectric Properties of Ba1−xCaxTiO3 Ceramics. DOI: 10.3390/ma17246040
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
