冷等静压 (CIP) 是烧结前将松散粉末压实成固体、均匀的“生坯”的最终方法。
在 TiB/Ti 复合材料的背景下，CIP 将高达 196 MPa 的均匀液体压力施加到含有 HDH 钛和 CrB 粉末的模具上。这确保了在室温下颗粒紧密堆积，从而形成在所有方向上密度一致的预制件，以防止高温加工过程中发生失效。
核心要点 通过液体介质全方位施加压力，CIP 消除了其他压制方法固有的密度梯度。它保证了成功进行原位化学反应所需的紧密颗粒接触，同时确保最终零件的结构完整性。
均匀致密化的力学原理
全方位压力施加
与从一个方向施加力的标准压制不同，CIP 利用液体介质从所有侧面均匀传递压力。
对于 TiB/Ti 复合材料，这涉及将粉末模具承受的压力提高到196 MPa。这使得材料被均匀的力场包围，确保几何形状的每个部分都受到同等压缩。
消除内部间隙
此阶段的主要目标是减少孔隙率。高压迫使 HDH 钛和 CrB 颗粒重新排列并锁定在一起。
这有效地消除了颗粒之间的间隙，从而在加热开始之前就得到致密且结构上粘结在一起的生坯。
化学反应中的关键作用
最大化接触面积
对于 TiB/Ti 复合材料，最终材料的性能取决于原位化学计量反应。
只有当反应颗粒物理接触时，这些反应才能发生。CIP 将粉末颗粒推入如此近的距离，以最大化接触面积，从而在施加热量后促进有效的反应动力学。
确保反应一致性
由于零件的密度均匀，化学反应也均匀发生。
这可以防止由于颗粒接触不良而导致反应失败的局部“死区”，从而确保最终复合材料在其体积内具有一致的材料性能。
防止结构失效
减轻变形
当密度不均匀的粉末压坯被烧结时，它会收缩不均匀。这会导致翘曲和变形。
通过在生坯阶段确保所有方向上的密度一致，CIP 确保后续烧结阶段的收缩是均匀的，从而保持零件的形状。
避免开裂
密度梯度——高密度区域与低密度区域相邻——会产生内部应力点。
CIP 消除了这些梯度，从而消除了通常会导致零件在烧结的剧烈热应力过程中开裂的应力集中。
理解权衡
单轴压制的局限性
要理解 CIP 的价值，必须了解替代方法（单轴压制）的风险。
单轴压制由于粉末与模具壁之间的摩擦而产生密度梯度。这导致“生坯”的边缘比中心更致密，这大大增加了收缩不均匀和结构失效的风险。
工艺必要性
虽然与简单的模压相比，CIP 增加了制造流程中的一个步骤，但对于高性能复合材料来说，它是不可或缺的。
需要液体介质和专用工具是为实现最终产品相对密度通常超过 97% 而接受的权衡，这是更简单的方法难以达到的基准。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的复合材料制备，请考虑您的主要目标：
- 如果您的主要关注点是化学均匀性：优先选择 CIP 以最大化颗粒之间的物理接触面积，这是完全原位反应的先决条件。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：使用 CIP 来消除密度梯度，确保烧结过程中的收缩均匀且可预测。
CIP 不仅仅是一个成型步骤；它是确保无缺陷、高性能复合材料所需内部结构的基础工艺。
总结表：
| 特征 | 冷等静压 (CIP) | 传统单轴压制 |
|---|---|---|
| 压力方向 | 全方位 (360°) | 单向 (一面) |
| 压力介质 | 液体 (水/油) | 刚性钢模 |
| 密度梯度 | 几乎不存在 | 高 (由于壁摩擦) |
| 颗粒接触 | 最大化；促进原位反应 | 可变；可能导致反应死区 |
| 收缩控制 | 烧结过程中均匀 | 不均匀；易翘曲/开裂 |
| 最大压力 | 高达 196 MPa (用于 TiB/Ti) | 受模具强度限制 |
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参考文献
- Tatsuaki Yoshihiro, Setsuo Takaki. Self-Division Behavier of TiB Particles in TiB/Ti Composite. DOI: 10.2320/matertrans.45.1640
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
