采用冷等静压 (CIP) 对 BT-BNT 陶瓷生坯施加均匀、全向的高压（通常约为 200 MPa）。该工艺是初始轴向压制后的关键二次处理，专门用于消除单向压制无法解决的内部密度梯度和微孔。
使用冷等静压的主要目的是在加热前使陶瓷粉末的密度均匀化。通过确保生坯具有超过 94% 的相对密度和均匀的结构，CIP 可防止烧结过程中的变形，并保证最终材料的电气稳定性。
单轴压制的局限性
要理解 CIP 的必要性，首先必须了解初始成型工艺的局限性。
内部密度梯度
在标准的轴向（单轴）压制中，力从一个或两个方向（顶部和底部）施加。粉末与模具壁之间的摩擦会导致应力分布不均。
由此产生的缺陷
这种不均匀的应力会导致密度梯度，即陶瓷的边缘可能比中心更致密。如果未纠正，这些梯度会导致材料在高温烧结阶段收缩不均。
冷等静压的工作原理
CIP 通过改变力的施加方式的物理原理来纠正轴向压制的缺陷。
各向同性压力施加
与刚性模具不同，CIP 将生坯（密封在柔性模具中）浸入液体介质中。机器通过该流体施加高压。由于流体在所有方向上均匀传递压力，因此陶瓷粉末受到均匀、各向同性的压缩力。
消除微孔
这种全向力会压碎生坯中剩余的微孔。它迫使颗粒紧密而均匀地堆积在一起，从而消除作为最终结构薄弱点的低密度空隙。
对 BT-BNT 陶瓷的关键优势
特别是对于 BT-BNT 陶瓷，从“生坯”（未烧结）状态到烧结产品的过渡过程非常不稳定。CIP 为高性能结果提供了所需的稳定性。
实现高相对密度
主要参考资料表明，CIP 有助于材料实现相对密度超过 94%。高密度不仅仅是关于重量；它是机械强度和耐用性的先决条件。
防止烧结变形
当生坯密度均匀时，它在烧结过程中会均匀收缩。CIP 可降低材料内部收缩率差异引起的翘曲、开裂或变形的风险。
提高电气稳定性
对于 BT-BNT 等功能陶瓷，物理结构决定了性能。通过消除内部空隙和密度变化，CIP 可确保材料在其整个体积内具有一致的电气性能。
理解权衡
虽然 CIP 对于高性能陶瓷至关重要，但它也为制造流程带来了一些特定的复杂性。
工艺效率与质量
CIP 是一个额外的加工步骤，通常在干压后进行。与简单的单轴压制相比，它增加了总生产时间和成本。这是选择优先考虑材料质量而非制造速度。
形状限制
CIP 在致密化方面表现出色，但在从头开始创建复杂几何形状方面效果较差。它依赖于初始的轴向压制来定义大致形状。如果初始形状不佳，CIP 通常会在收缩的同时保持该几何形状，而不是纠正几何错误。
为您的目标做出正确选择
实施 CIP 的决定取决于您对材料要求的严格程度。
- 如果您的主要关注点是电气性能：您必须使用 CIP 来消除微孔，因为空隙会充当绝缘体或应力集中器，从而损害电气稳定性。
- 如果您的主要关注点是尺寸精度：您必须使用 CIP 来使密度均匀化，确保烧结过程中的收缩可预测且均匀，从而防止翘曲。
通过中和标准压制固有的密度梯度，冷等静压成为脆弱粉末压坯和坚固、高性能陶瓷部件之间的桥梁。
摘要表：
| 特征 | 单轴压制 | 冷等静压 (CIP) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向/轴向 | 全向（各向同性） |
| 密度均匀性 | 可变（有梯度） | 高（均匀） |
| 孔隙率 | 可能存在微孔 | 极少（压碎空隙） |
| 相对密度 | 标准 | > 94% |
| 烧结结果 | 有翘曲/开裂风险 | 均匀收缩 |
| 主要优势 | 形状定义 | 结构和电气稳定性 |
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参考文献
- Takashi Tateishi, Takaaki Tsurumi. Fabrication of lead-free semiconducting ceramics using a BaTiO3-(Bi1/2Na1/2)TiO3 system by adding CaO. DOI: 10.2109/jcersj2.119.828
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
