两级压力控制策略是关键的工艺参数，旨在平衡粉末的物理压实与被困气体的必要逸出。该方法首先采用低压阶段（例如 15 MPa）排出空气并排列颗粒，然后进行高压阶段（例如 50 MPa）诱导塑性变形，将结构锁定为高密度生坯。
两级方法解决了快速成型与结构完整性之间的冲突。它确保在粉末被紧密密封之前排出空气，从而防止内部缺陷，同时最大限度地提高氧化铝-碳化钛复合材料的最终密度和强度。
两级方法的物理原理
获得无缺陷的“生坯”（烧结前的压实粉末）需要同时管理颗粒间的空气和压缩过程中产生的摩擦。
第一阶段：排气和颗粒重排
第一阶段涉及施加相对较低的压力，通常约为 15 MPa。此阶段的主要目标是脱气。
如果立即施加高压，空气会 trapped 在压坯内部，在卸压或烧结过程中可能导致爆炸或开裂。此阶段还允许粉末颗粒在被锁定到位之前在模具内均匀地移动和排列。
第二阶段：克服内部摩擦
一旦空气被排出且颗粒排列好，机器就会施加显著更高的高压，例如 50 MPa。此阶段负责致密化。
这种高压克服了氧化铝和碳化钛颗粒之间的内部摩擦。它迫使颗粒发生塑性变形和重排，从而产生高生坯强度所需的机械互锁。
确保结构完整性
该方法解决的深层需求是防止仅在制造过程后期才显现的“看不见的”缺陷。
防止分层和开裂
对于较大尺寸的部件，例如直径约为 35 毫米的部件，厚度增加会导致内部摩擦显著增加。单级压机通常会导致压力分布不均。
通过分阶段加压，该工艺可以减轻不均匀的摩擦。这对于防止部件从模具中弹出时发生分层（层与层分离）和开裂至关重要。
确保烧结均匀性
冷压阶段实现的均匀性决定了最终陶瓷的质量。
如果生坯具有一致的内部密度，则在烧结过程中会均匀收缩。这降低了尺寸变形的风险，确保最终的氧化铝-碳化钛部件保持正确的形状和公差。
理解权衡
尽管两级轴向压制有效，但与更先进的技术相比，它并非没有局限性。
密度梯度依然存在
即使采用两级控制，轴向压制主要从一个或两个方向（顶部和底部）施加力。这仍然可能留下轻微的密度梯度，即部件中心比边缘密度低。
等静压的替代方案
对于需要绝对均匀性或复杂形状的应用，两级轴向压制可能不足。在这种情况下，冷等静压（CIP）是更优越的替代方案。
CIP 从所有方向同时施加超高压（通常为 300–600 MPa）。虽然两级压制对于标准形状和效率非常有效，但 CIP 对于完全消除密度梯度和实现近乎完美的各向同性性能是必需的。
为您的目标做出正确选择
选择正确的压制方案取决于您部件的几何形状以及最终复合材料的性能要求。
- 如果您的主要重点是标准的生产效率：采用两级轴向压制方法（15 MPa / 50 MPa），以平衡产量与足够的密度和防止开裂。
- 如果您的主要重点是大直径结构的完整性：严格遵守两级协议，以防止较厚部件因高内部摩擦而导致分层。
- 如果您的主要重点是绝对的密度均匀性：考虑使用两级压机进行初步成型，然后通过冷等静压（CIP）进行二次处理，以消除所有内部梯度。
优化您的压力控制顺序是降低昂贵烧结阶段开始前报废率的最有效方法。
总结表：
| 压制阶段 | 压力水平 | 主要功能 | 结果 |
|---|---|---|---|
| 第一阶段 | 低（约 15 MPa） | 排气与重排 | 排出困气；防止内部裂缝和爆炸。 |
| 第二阶段 | 高（约 50 MPa） | 致密化与变形 | 克服摩擦；确保机械互锁和高密度。 |
| 后处理 | 300–600 MPa | 冷等静压（CIP） | 消除密度梯度；实现近乎完美的各向同性性能。 |
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参考文献
- Pedro Henrique Poubel Mendonça da Silveira, Alaelson Vieira Gomes. Influence of Tic on Density and Microstructure of Al2O3 Ceramics Doped with Nb2O5 and Lif. DOI: 10.33927/hjic-2023-14
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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