在加热前，采用冷等静压 (CIP) 来严格控制陶瓷的密度和微观结构。特别是对于 (Bi,Sm)ScO3-PbTiO3 生坯，这种二次工艺施加高各向同性压力——通常约为 150 MPa——以消除初次成型后残留的微孔。这一步骤对于确保材料在后续烧结阶段能够达到近乎完全的密度至关重要。
通过从所有方向对材料施加均匀压力，CIP 消除了标准压制中常见的内部密度梯度。这创造了一个高度均匀的结构，可最大限度地减少收缩，并可在较低温度下成功烧结。
优化生坯结构
要理解 CIP 的必要性，您必须了解标准成型方法的局限性以及等静压如何克服这些局限性。
克服单轴限制
初始成型通常采用单向模压。虽然对于基本成型有效，但这种方法经常导致密度分布不均。
CIP 同时从各个方向对生坯（未烧制的陶瓷）施加流体压力。这消除了仅从一个轴施加压力时不可避免的密度梯度。
消除微孔
150 MPa 压力的主要功能是颗粒的机械重排。
这种力会压碎陶瓷颗粒之间残留的微孔。通过机械地将颗粒强制排列成更紧密的堆积结构，您可以在加热过程开始之前显著提高“生坯密度”。
增强烧结过程
CIP 的优点超出了粉末的物理形状；它们从根本上改变了材料对热的反应方式。
促进晶粒扩散
烧结依赖于原子扩散将颗粒熔合在一起。
由于 CIP 将颗粒强制紧密接触，因此扩散距离最小化。这有利于快速的晶粒扩散和熔合，这是将松散粉末转化为固体、高性能陶瓷的主要机制。
降低热要求
更致密的生坯需要更少的热能才能达到最终状态。
对于 (Bi,Sm)ScO3-PbTiO3 陶瓷，通过 CIP 实现的高生坯密度使得材料能够在 1150 摄氏度下达到近乎完全致密的微观结构。没有这种预压实，可能需要更高的温度或更长的保温时间，这可能会降低材料性能。
避免常见陷阱
虽然 CIP 是致密化的强大工具，但它本质上是一个增加复杂性的二次加工步骤。
工艺复杂性和成本
CIP 在制造流程中引入了湿法工艺。必须将生坯密封在柔性模具中，以防止与液压油接触。
模具的任何破损都可能污染样品，导致立即失效。此外，与简单的干压相比，它增加了循环时间。
尺寸控制
虽然 CIP 提高了密度均匀性，但它在压制阶段本身会导致显著的收缩。
操作员必须准确计算粉末的“压实系数”，以确保最终生坯在进入炉子之前满足尺寸规格。
为您的目标做出正确选择
采用 CIP 的决定取决于您最终陶瓷组件的特定性能要求。
- 如果您的主要重点是最大密度：使用 CIP 确保消除内部孔隙，这对于高性能压电应用至关重要。
- 如果您的主要重点是结构完整性：依靠 CIP 消除密度梯度，这可以防止在烧制过程中形成裂纹和翘曲。
通过首先稳定生坯的微观结构，您可以确保最终烧结产品的可预测性和高质量结果。
总结表：
| 特性 | 对 (Bi,Sm)ScO3-PbTiO3 陶瓷的影响 |
|---|---|
| 施加压力 | 约 150 MPa 各向同性压力 |
| 密度梯度 | 通过均匀流体压力消除 |
| 微观结构 | 消除残留微孔以实现更紧密的堆积 |
| 烧结温度 | 优化在 1150°C 下实现近乎完全的密度 |
| 关键结果 | 减少收缩，提高压电性能 |
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参考文献
- Min-Seon Lee, Young Hun Heong. Temperature-stable Characteristics of Textured (Bi,Sm)ScO3-PbTiO3 Ceramics for High-temperature Piezoelectric Device Applications. DOI: 10.31613/ceramist.2023.26.2.03
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
