冷等静压（CIP）过程中施加的成型压力是多孔钛结构完整性的基本驱动因素。 提高此压力会迫使钛粉颗粒发生广泛的重排和塑性变形。这种机械压缩显著增大了颗粒之间的初始接触面积，为最终材料的稳固性创造了必要的条件。
高成型压力可形成更致密、更均匀的“生坯”，并最大化颗粒接触。这有利于在热处理过程中形成更强的扩散键——即烧结颈——从而直接提高拉伸强度。
致密化的力学原理
颗粒重排与变形
当成型压力增加时，钛粉颗粒不仅仅是靠得更近；它们会发生物理变化。压力迫使颗粒重排成更紧密的堆积构型。
除了简单的堆积，颗粒还会发生塑性变形。这会改变它们的形状，将接触点从无限小的点变成更宽的表面。
烧结颈的关键作用
压制阶段产生的扩大接触面积对于后续的烧结（加热）过程至关重要。
在烧结过程中，原子会扩散到这些接触边界，将颗粒熔合在一起。更大的初始接触面积会导致形成更宽、更强的“烧结颈”，这些是赋予材料拉伸强度的物理桥梁。
CIP 的优势：均匀性与控制
全向压力施加
与刚性模具压制不同，CIP 利用液体介质同时从所有方向施加压力。
这确保了颗粒的重排和变形在整个部件中均匀发生。不会因为压力分布不均而产生“薄弱点”。
消除密度梯度
在传统的单向压制中，与模具壁的摩擦常常会产生密度梯度，即零件的中心或底部比顶部密度低。
CIP 将粉末封装在柔性模具中，完全消除了模具壁的摩擦。这使得生坯具有高度均匀的密度，确保零件整个体积的拉伸强度一致。
理解权衡
强度与孔隙率的平衡
虽然增加压力可以提高拉伸强度，但不可避免地会降低孔隙率。
制造商必须将压力视为一个精确的调节杆，通常在 20MPa 到 90MPa 之间进行调整。您必须找到一个特定的点，使材料足够坚固以承受结构载荷，但同时又保持足够的孔隙率以满足其预期应用（例如医疗植入物的骨长入）。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的多孔钛生产，您必须将成型压力与您的具体性能要求相关联。
- 如果您的主要关注点是最大拉伸强度： 使用更高的压力（接近或超过 100 MPa）来最大化塑性变形和颗粒接触面积。
- 如果您的主要关注点是特定的孔隙率或模量： 保持中等压力（20MPa - 90MPa）以保留所需的孔径和体积，同时确保足够的结构结合力。
通过精确控制 CIP 压力，您可以决定决定组件最终机械性能的内部结构。
总结表：
| 因素 | 增加压力的影响 | 对最终材料的影响 |
|---|---|---|
| 颗粒接触 | 增加重排和塑性变形 | 为烧结创造更大的表面积 |
| 烧结颈 | 形成更宽、更强的扩散键 | 直接提高拉伸强度 |
| 密度梯度 | 由于全向压力几乎消除 | 确保零件整体强度均匀 |
| 孔隙率 | 随着密度增加而降低 | 必须针对特定应用进行平衡 |
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参考文献
- Peng Zhang, Wei Li. The Effect of Pressure and Pore-Forming Agent on the Mechanical Properties of Porous Titanium. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.217-218.1191
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
