冷等静压（CIP）是一种关键的纠正步骤，用于解决标准单轴压制后留下的内部结构缺陷。虽然单轴压制对于形成磷酸铝锂钛（LATP）生坯的初始几何形状非常有效，但 CIP 应用均匀、全向的压力来消除内部密度梯度和微孔，确保材料在烧制过程中保持稳定。
核心要点 单轴压制可以塑造材料，但往往会导致内部密度不均。CIP 通过从所有侧面均匀压缩生坯来解决这个问题，从而形成均质、高密度的结构，在烧结过程中均匀收缩，从而防止裂纹和变形。
单轴压制的局限性
初步成型与内部一致性
单轴压制是制造陶瓷板初始形状的标准方法。它沿着一个轴（通常是自上而下）施加力。
虽然这能有效地将粉末压实成固体，但粉末颗粒与模具壁之间的摩擦阻止了压力的均匀分布。
密度梯度的产生
由于压力是定向的，生坯通常会产生密度梯度。靠近压头的部分可能很致密，而核心或边缘则保持多孔。
这些不一致会在材料结构中产生“薄弱点”。如果未经处理，这些低密度区域会在材料加热时导致不可预测的行为。
CIP 如何纠正结构
施加各向同性压力
与单轴压制不同，冷等静压机将生坯浸入高压液体介质中。
该介质从顶部、底部和侧面同时向所有方向均匀传递压力。主要参考资料指出，该压力可高达400 MPa。
消除微孔
这种巨大的、全向的力会压碎 LATP 结构中剩余的微孔。
它迫使粉末颗粒形成更紧密、更致密的排列。结果是生坯具有显著更高的“生密度”，并且至关重要的是，在整个体积中具有均匀的密度分布。
在烧结中的关键作用
抑制各向异性收缩
CIP 的真正价值在烧结（煅烧）阶段得以实现。陶瓷在硬化过程中会收缩。
如果生坯密度不均匀（来自单轴压制），它将不均匀收缩（各向异性收缩）。这会导致翘曲、弯曲或内部应力。
防止裂纹和变形
由于 CIP 确保密度均匀，LATP 板会发生各向同性收缩。材料在所有尺寸上均匀收缩。
这种稳定性对于防止微裂纹或整体变形的产生至关重要，可确保最终的陶瓷板在机械上完好且几何形状准确。
理解权衡
虽然 CIP 对于高性能陶瓷至关重要，但它引入了一些需要管理的特定变量。
- 尺寸减小：由于 CIP 显著提高了密度，生坯在此步骤中会物理收缩。初始单轴模具必须做得过大，以适应这种压缩。
- 表面光洁度：CIP 使用柔性模具（袋）将压力从流体传递。与钢制单轴模具的光滑壁相比，这有时会导致表面光洁度较粗糙，可能需要进行后处理加工。
- 工艺效率：它在制造流程中增加了一个独立的批处理步骤，与纯单轴压制相比，增加了总生产时间。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高您的 LATP 陶瓷质量，请考虑以下目标：
- 如果您的主要重点是几何复杂性：依靠单轴压制来获得初始形状，但请注意，复杂形状更容易出现密度梯度，这使得 CIP 更加关键。
- 如果您的主要重点是机械可靠性：您必须优先考虑 CIP 步骤以消除密度梯度；跳过此步骤很可能导致烧结阶段出现结构性故障。
最终，CIP 将成型的粉末压坯转化为能够承受高温烧结严苛考验的结构部件。
总结表：
| 特性 | 单轴压制 | 冷等静压 (CIP) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单轴（定向） | 全向（各向同性） |
| 密度分布 | 不均匀（密度梯度） | 均匀（均质） |
| 最大压力 | 通常较低 | 高达 400 MPa |
| 主要优点 | 初步成型 | 消除孔隙和翘曲 |
| 烧结结果 | 各向异性收缩（裂纹） | 各向同性收缩（稳定） |
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参考文献
- Nikolas Schiffmann, Michael J. Hoffmann. Upscaling of LATP synthesis: Stoichiometric screening of phase purity and microstructure to ionic conductivity maps. DOI: 10.1007/s11581-021-03961-x
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
