冷等静压（CIP）是BNT-NN-ST陶瓷制造过程中关键的二次致密化步骤。虽然初始的干压赋予了坯体形状，但CIP从各个方向施加均匀的压力，显著提高了生坯的密度和结构一致性。此步骤对于消除微孔并防止材料在高温烧结过程中失效是必需的。
核心见解 干压成型，但通常会留下内应力和不均匀的密度。冷等静压通过对每个表面施加相等的液压来纠正这些缺陷，确保陶瓷在最终烧制过程中均匀收缩且无裂纹。
克服干压的局限性
密度梯度问题
标准的干压通常从一个或两个方向（单轴）施加力。这通常会导致陶瓷坯体内部出现密度梯度。
靠近压头区域的密度较高，而中心或角落区域可能仍然多孔。
如果不加以处理，这些不一致性会产生薄弱点，从而损害BNT-NN-ST坯体的结构完整性。
消除内应力
由于粉末与模具壁之间的摩擦，单轴压制会在内部产生内应力。
这些内嵌的应力就像生坯（未烧制的陶瓷）中的加载弹簧。
CIP通过进一步压缩材料来中和这些应力，在施加热量之前放松内部张力。
等静压致密化的力学原理
施加均匀压力
与机械压力机不同，冷等静压机使用液体介质传递压力。
这确保施加到BNT-NN-ST生坯上的力是完全各向同性的（从所有方向相等）。
这种全向压缩比任何机械柱塞都更有效地将粉末颗粒推得更近。
消除微观缺陷
此阶段的主要目标是消除位于粉末颗粒之间的微孔。
通过使生坯承受强烈的液压，气穴被压溃。
这导致“生坯”（未烧制）的密度比干压状态显著更高且更均匀。
确保烧结阶段的成功
防止不均匀收缩
BNT-NN-ST陶瓷在1110至1230 °C的温度范围内进行烧结。
在此高温阶段，材料会收缩。如果密度不均匀，材料会不均匀收缩。
CIP确保密度贯穿整个坯体的一致性，使坯体能够均匀收缩而不会翘曲。
防止开裂和闭孔
陶瓷加工中最常见的失效是烧结过程中的开裂和变形。
这些失效通常是由前面提到的密度梯度引起的。
通过在加热前标准化密度，CIP有效地防止了闭孔和应力裂纹的形成，确保了最终陶瓷的高质量。
理解权衡
设备和工艺复杂性
虽然CIP有益，但它为制造流程增加了一个独立的步骤。
它需要专门的液压设备和液体处理，与简单的干压相比，这会增加循环时间。
尺寸控制
CIP在致密化方面表现出色，但它不是成型工具。
由于它从所有侧面灵活地施加压力，因此生坯的最终尺寸会减小，有时需要精确计算初始干压尺寸以考虑这种压缩。
为您的目标做出正确选择
为了最大化您的BNT-NN-ST陶瓷的质量，请考虑您的具体加工目标：
- 如果您的主要重点是结构完整性：优先考虑CIP以消除内部密度梯度，这是烧制过程中开裂的主要原因。
- 如果您的主要重点是微观结构一致性：使用CIP去除微孔，确保整个坯体的材料性能均匀。
通过弥合成型和烧结之间的差距，冷等静压将易碎的粉末压坯转化为能够高性能运行的坚固、无缺陷的陶瓷。
总结表：
| 特征 | 干压（单轴） | 冷等静压（CIP） |
|---|---|---|
| 压力方向 | 一个或两个方向 | 各向同性（所有方向） |
| 密度均匀性 | 中等（可能存在梯度） | 高（密度均匀） |
| 内应力 | 较高（由于模具摩擦） | 较低（应力中和） |
| 主要功能 | 初始成型 | 二次致密化 |
| 风险缓解 | 易翘曲/开裂 | 防止烧结缺陷 |
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参考文献
- Da Li, Di Zhou. Global-optimized energy storage performance in multilayer ferroelectric ceramic capacitors. DOI: 10.1038/s41467-024-55491-5
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
