在 300 MPa 下进行冷等静压 (CIP) 是一种关键的致密化步骤，旨在纠正初始液压压制引入的不均匀性。虽然初始压制成型了 BiFeO3-(K0.5Bi0.5)TiO3-PbTiO3 粉末，但随后的 CIP 处理利用液体介质施加均匀的全向压力。这消除了内部密度梯度并最大限度地减少了颗粒间空隙，确保陶瓷在烧结过程中不会开裂或变形。
核心要点 初始单轴压制会产生密度分布不均的成型体；使用 300 MPa 的 CIP 进行处理可以使内部结构均匀化。此过程对于实现烧结过程中的均匀收缩、防止结构缺陷和最大化陶瓷的最终密度至关重要。
克服单轴压制的局限性
密度梯度的问
初始液压压制（单轴压制）从单个方向施加力。粉末与模具壁之间的摩擦会导致密度梯度——这意味着生坯的某些部分比其他部分更紧密地堆积。
差收缩的风险
如果这些梯度仍然存在，陶瓷在加热阶段的不同区域将以不同的速率收缩。这会导致各向异性收缩，从而导致翘曲、内部应力积累，并经常导致灾难性开裂。
消除内部应力
300 MPa CIP 处理充当纠正措施。通过从所有侧面对生坯施加高压，可以中和初始压制单向力引起的内部应力。
300 MPa 下致密化的机理
全向液体压力
与金属模具不同，CIP 使用流体介质传递压力。这确保了 300 MPa 的力等静地施加——同时从每个方向以相等的强度施加。
最小化颗粒间空隙
300 MPa 的高压迫使陶瓷颗粒重新排列并更紧密地堆积在一起。这极大地减小了生坯内颗粒间空隙（空白空间）的体积。
实现均匀的生坯密度
结果是生坯具有高度一致的密度分布。这种均匀性是稳定烧结过程的主要要求，仅靠液压压制很难实现。
对烧结和最终性能的影响
确保均匀收缩
由于零件的密度均匀，材料在烧结过程中会均匀收缩。这种可预测性对于保持严格的尺寸公差至关重要。
防止结构缺陷
通过消除薄弱点和应力集中，CIP 工艺大大降低了高温转变过程中开裂或变形的可能性。
最大化最终密度
更致密的生坯会导致最终产品更致密。300 MPa 处理有助于去除孔隙，从而获得具有优异机械和电气性能的高密度成品陶瓷。
理解权衡
工艺复杂性和成本
与简单的单轴压制相比，增加 CIP 步骤会增加周期时间和制造成本。它需要专门的高压设备和对生坯的额外处理。
表面光洁度考虑
虽然 CIP 改善了内部结构，但该过程中使用的柔性模具有时会比刚性钢模具留下更粗糙的表面光洁度（“橘皮”效应）。如果需要高表面精度，这可能需要烧结后进行机加工或研磨。
尺寸控制
等静压从所有方向压缩零件，这使得精确的尺寸控制比刚性模具压制稍微更具挑战性。零件在所有尺寸上都会收缩，而不仅仅是压制轴。
为您的目标做出正确的选择
- 如果您的主要重点是结构完整性：使用 CIP 消除密度梯度，因为这是防止烧结过程中开裂和翘曲最有效的方法。
- 如果您的主要重点是最大密度：实施 300 MPa CIP 步骤以最小化空隙空间，并在最终陶瓷中实现尽可能高的相对密度。
- 如果您的主要重点是成本/速度：只有当组件几何形状简单且应用可接受轻微的密度变化或较低的最终密度时，您才可能省略 CIP。
使用 300 MPa 的 CIP 处理 BiFeO3-(K0.5Bi0.5)TiO3-PbTiO3 陶瓷不仅仅是一个成型步骤，而是一个至关重要的结构均化过程，它决定了最终烧结阶段的成功。
摘要表：
| 工艺特点 | 单轴液压压制 | 冷等静压 (300 MPa) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向（单轴） | 全向（所有方向） |
| 密度均匀性 | 低（产生密度梯度） | 高（结构均匀） |
| 烧结结果 | 有翘曲和开裂的风险 | 均匀收缩和高密度 |
| 内部空隙 | 高颗粒间空隙 | 最小化/高度压缩 |
| 最佳用途 | 生坯的初始成型 | 结构均化和致密化 |
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参考文献
- James T. Bennett, Tim P. Comyn. Temperature dependence of the intrinsic and extrinsic contributions in BiFeO3-(K0.5Bi0.5)TiO3-PbTiO3 piezoelectric ceramics. DOI: 10.1063/1.4894443
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
