冷等静压（CIP）是主要的致密化机制，它将松散的钌粉转化为结构稳定的固体，称为“生坯”。通过液体介质施加全向压力，设备在微观层面迫使粉末颗粒紧密堆积。这个过程为均匀密度和最小内应力奠定了基础，这对于材料能够承受后续的加热和变形步骤至关重要。
CIP设备的核心功能是通过施加均匀、各向同性的压力来消除内部密度梯度和机械应力。这确保了钌生坯具有成功预烧结和热压所需的结构完整性。
均匀致密化的力学原理
全向压力施加
与单向施加力的单轴压制不同，CIP设备利用液体介质产生压力。
这种压力从所有方向（各向同性）均匀地施加到钌粉上。这种全向方法确保粉末被均匀压缩，无论靶材的几何形状如何。
消除内部应力梯度
液体压力的均匀性对于最小化内部应力梯度至关重要。
在压制不均匀的材料中，不同密度的区域会产生应力点，导致裂纹。CIP确保钌生坯的整个体积内的密度一致。
高密度微观堆积
设备迫使粉末颗粒形成高密度堆积排列。
通过减小微观层面颗粒之间的空隙，该工艺显著提高了生坯的相对密度。这在制造周期的早期就减少了孔隙率。
柔性模具的作用
通过聚氨酯模具传递压力
为了便于CIP，钌粉被封装在柔性模具中，通常由聚氨酯制成。
这些模具具有优异的弹性和抗压性。它们充当理想的传递介质，无损耗地将静水压力从液体传递到粉末。
确保脱模过程中的完整性
模具的柔韧性不仅用于压制，对于脱模也至关重要。
刚性模具在取出压缩材料时可能会引入裂纹。聚氨酯的弹性允许生坯顺利取出，保持其结构完整性并防止杂质污染。
理解权衡
工艺速度与质量
与简单的单轴压制相比，CIP通常是一个更复杂、耗时更长的过程。
它需要封装粉末、密封模具、加压容器以及仔细脱模。这种权衡是可以接受的，因为简单的压制无法达到高性能钌靶材所需的密度均匀性。
模具故障的脆弱性
CIP工艺的成功完全取决于柔性模具的完整性。
如果模具缺乏适当的弹性或损坏，压力传递将不均匀。此外，模具的任何破损都可能导致液压油污染高纯度钌粉，从而毁掉一批产品。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高CIP在钌靶材生产中的有效性，请考虑以下优先事项：
- 如果您的主要重点是结构完整性：优先使用高弹性的聚氨酯模具，以确保顺利脱模和防止开裂。
- 如果您的主要重点是最终密度：确保CIP压力足够以实现高密度的微观堆积，因为这为烧结阶段设定了理论密度上限。
- 如果您的主要重点是下游工艺稳定性：依靠CIP消除应力梯度，从而最大限度地减少预烧结和热压过程中的翘曲风险。
通过利用冷等静压的全向力，您可以建立生产高质量钌溅射靶材所必需的均匀物理结构。
总结表：
| 特性 | 对钌粉成型的益处 |
|---|---|
| 压力施加 | 全向（各向同性）力确保密度均匀 |
| 内部应力 | 消除梯度，防止烧结过程中开裂 |
| 微观堆积 | 高密度堆积在早期阶段减少孔隙率 |
| 模具材料 | 柔性聚氨酯模具确保无损耗的压力传递 |
| 结构完整性 | 提供脱模和处理所需的机械强度 |
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参考文献
- Shaohong Liu, Xudong Sun. Hot-Pressing Deformation Yields Fine-Grained, Highly Dense and (002) Textured Ru Targets. DOI: 10.3390/ma16206621
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
