冷等静压（CIP）在加工 0.15BT–0.85BNT 陶瓷中的主要作用是作为二次致密化步骤。 它对粉末“生坯”施加均匀、全方位的压力，显著提高其初始成型密度。此过程消除了内部压力梯度，确保材料在后续高温烧结阶段不会变形或开裂。
通过中和内部密度差异，CIP 可确保烧结过程中的均匀收缩。这是实现具有优异机械和电气稳定性的高密度、无缺陷陶瓷结构的关键因素。
标准压制的局限性
密度梯度挑战
在初始成型阶段，陶瓷粉末通常是单轴压制（从一个方向施压）。这会在模壁处产生摩擦，导致样品整体密度分布不均。
差胀收缩的风险
如果生坯密度不均匀，在烧结过程中不同区域的收缩速率会不同。这种差胀收缩是翘曲、内部应力积累和灾难性开裂的主要原因。
CIP 如何解决均匀性问题
全方位静水压力
CIP 将密封的生坯浸入液体介质中，从各个方向同时施加高压——通常约为200 MPa。与刚性模具不同，流体压力确保陶瓷的每个表面都受到相等的力。
消除“生坯”缺陷
这种各向同性压缩会压实内部微孔，并消除初始压制留下的密度梯度。结果是得到一个结构一致性极佳、堆积密度显著提高的生坯，然后才能进入炉中。
对烧结和最终性能的影响
防止热变形
由于生坯现在在化学和物理上是均质的，因此在常规空气烧结过程中会发生均匀收缩。这大大降低了变形的可能性，使陶瓷能够保持其预期的形状。
最大化最终密度
CIP 的预处理为致密化提供了先发优势。通过及早最小化孔隙体积，烧结过程可以将最终 0.15BT–0.85BNT 陶瓷的相对密度提高到94%以上，从而提高其整体性能。
理解权衡
工艺复杂性增加
CIP 是一种二次批处理工艺，会增加生产线的成本和时间。它需要将样品封装在柔性模具（如橡胶袋）中，并进行额外的处理，因此比直接单轴压制要慢。
尺寸控制问题
虽然 CIP 提高了密度，但柔性模具无法像刚性钢模那样产生尖锐、精确的几何公差。通过 CIP 加工的部件通常需要进行烧结后加工才能达到精确的最终尺寸。
为您的目标做出正确选择
虽然 CIP 对于 0.15BT–0.85BNT 等高性能陶瓷来说是标准工艺，但了解您的具体要求至关重要。
- 如果您的主要关注点是电气和机械可靠性： 采用 CIP 可最大化密度并消除可能导致失效的内部空隙。
- 如果您的主要关注点是几何精度： 准备在烧结后增加一个加工步骤，因为 CIP 表面的粗糙度通常比模压件更大，尺寸特征也更不明显。
- 如果您的主要关注点是成本和速度： 评估密度增加是否绝对必要；对于性能要求较低的应用，单独的单轴压制可能就足够了。
CIP 不仅仅是一个成型步骤；它是一种质量保证机制，可在施加热量之前稳定材料的内部结构。
总结表：
| 特征 | 单轴压制 | 冷等静压（CIP） |
|---|---|---|
| 压力方向 | 一个或两个方向 | 全方位（360°） |
| 密度分布 | 不均匀（摩擦梯度） | 均匀且均质 |
| 最终烧结结果 | 翘曲/开裂风险 | 均匀收缩和高密度 |
| 最大相对密度 | 较低 | 0.15BT–0.85BNT 超过 94% |
| 尺寸精度 | 高（刚性模具） | 较低（柔性模具） |
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参考文献
- Teruhiko SETSU, Hideki Yagi. Preparing 0.15BaTiO<sub>3</sub>–0.85(Bi<sub>0.5</sub>Na<sub>0.5</sub>)TiO<sub>3</sub> ceramics using spark plasma sintering. DOI: 10.2109/jcersj2.18158
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
