冷等静压（CIP）中的先进双层模具结构利用两种不同的橡胶硬度来精确控制压力传递的顺序。通过将外层压力橡胶设计得比内层成型橡胶更硬，系统迫使粉末从中心开始压缩，并向两端向外移动。这种顺序动作是有效排出粉末压坯中残留空气的关键。
核心要点 标准的等静压同时从各个方向施加压力，这有时会将气穴困在材料深处。双层策略通过产生“挤压”效果——从中心向外压缩——将空气推出模具，从而确保无缺陷、高密度结构，解决了这一问题。
双层系统的机械原理
要理解为什么需要这种复杂性，必须看看硬度差异如何改变压缩的物理原理。
差硬度的功能
模具由内层成型橡胶（与粉末接触）和外层压力橡胶（与液体介质接触）组成。
关键的设计特点是外层比内层具有更高的硬度。这种弹性差异决定了周围液体产生的静水压力如何传递到粉末上。
控制压力波
由于外层更坚硬，它比较软的内层稍微抵抗变形更长时间。
这种阻力会改变压力传递，导致压缩从粉末填充空间的中心开始。随着压力的增加，压缩波从中心向模具的两端传播。
排出残留空气
如果模具在同一瞬间从所有侧面均匀压缩，粉末颗粒之间困住的空气将无处可逃。
通过从中心向外压缩，双层模具为空气创造了逃逸路径。“挤压”运动迫使空气在模具末端完全密封之前通过模具末端排出，从而有效地防止了内部空隙。
为什么顺序压缩很重要
虽然标准CIP以施加均匀压力而闻名，但双层方法解决了与空气夹带和结构完整性相关的特定挑战。
消除微观空隙
在初始成型阶段夹带的气穴会在烧结过程中导致孔隙或裂纹。
通过在压制阶段机械去除这些空气，该工艺会产生具有优异内部一致性的“生坯”（未烧结部件）。这对于需要高可靠性的材料至关重要，例如陶瓷或航空航天部件。
确保均匀密度
CIP的主要目标是实现无密度梯度的均匀微观结构。
双层技术通过确保粉末颗粒紧密且均匀地堆积来增强这一点。这为后续烧结提供了最佳基础，降低了部件在高温（例如 1650°C）烧制时发生不均匀收缩或变形的风险。
了解权衡
虽然双层方法提供了卓越的质量，但它引入了必须管理的变量。
模具设计的复杂性
与使用单层模具相比，实现双层系统在技术上要求更高。工程师必须精确计算内外层之间的硬度比，以实现正确的压力波时序。
应用特异性
这项技术是标准CIP工艺的先进改进。对于形状简单或空气夹带不是关键失效模式的材料，标准的单层柔性模具可能就足够了。双层方法最适合用于复杂形状或不允许内部缺陷的高性能材料。
为您的目标做出正确选择
是否采用双层模具结构取决于您对材料要求的严格程度。
- 如果您的主要重点是最大结构完整性：使用双层结构，以确保在关键部件中完全排出空气并消除内部空隙。
- 如果您的主要重点是复杂几何形状：利用此方法可防止应力集中和密度变化，这些变化通常会导致复杂形状的开裂。
- 如果您的主要重点是基本批量生产：如果绝对零孔隙率不是关键成功因素，标准的单层模具可以提供更快、更简单的设置。
最终，双层模具将CIP从简单的挤压过程转变为一种主动管理气流以保证材料密度的精密仪器。
总结表：
| 特征 | 内层成型橡胶 | 外层压力橡胶 |
|---|---|---|
| 硬度水平 | 较软（较低） | 较硬（较高） |
| 主要功能 | 直接接触和粉末成型 | 控制压力传递顺序 |
| 压缩路径 | 中心到末端（顺序） | 驱动静水压力向内 |
| 优势 | 最大程度排出空气 | 防止内部空隙和密度梯度 |
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参考文献
- Keiro Fujiwara, Matsushita Isao. Near Net Shape Compacting of Roller with Axis by New CIP Process. DOI: 10.2497/jjspm.52.651
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
