为什么实验室液压机用于 Ce-Ysz 陶瓷生坯？实现最大的生坯密度和强度

在此背景下，实验室液压机的首要功能是施加相当大的轴向压力——具体可达 400 MPa——将松散的 Ce-YSZ 粉末压实成坚固、致密的“生坯”。这种强烈的机械力驱动颗粒重排和塑性变形，显著减少内部孔隙，并建立烧结后材料正常工作所需的高相对密度。

最终陶瓷产品的成功完全取决于此次初始压制过程的质量。通过高压压实最大化“生坯密度”（烧结前的密度），可以最小化原子在烧结过程中必须移动的距离，确保最终结构无孔且机械强度高。

致密化的力学原理

松散的陶瓷粉末包含大量的空气和空隙。液压机施加垂直力以克服单个粉末颗粒之间的摩擦。这迫使它们相互滑动并堆积成更紧密、更有效的排列，从而消除宏观间隙。

对于 Ce-YSZ 等材料，单纯的重排通常不足以达到最大密度。施加高压（例如 400 MPa）会导致颗粒发生塑性变形。颗粒在相互挤压时会物理变形并变平，从而最小化原本会成为永久孔隙的间隙空间。

这个过程将松散的粉末堆变成具有确定机械强度的几何实体。它创建了一个稳定的形状——通常是圆柱体或圆盘体——能够承受处理和后续加工步骤而不会碎裂。

“生坯”是最终陶瓷的前体。如果生坯密度低，颗粒之间的距离太远，以至于在高温烧结阶段（通常约为 1220 °C 或更高）的扩散过程无法有效进行。

高压压制在机械上排除了粉末中捕获的空气。在生坯阶段减少这些孔隙至关重要，因为任何残留的孔隙都可能成为最终陶瓷中的缺陷，严重削弱其结构完整性。

在此压制阶段达到的密度直接关系到成品 Ce-YSZ 陶瓷的性能。更致密的生坯会得到烧结后具有更高击穿强度和更优异储能密度的材料，因为缺陷较少会中断材料的基体。

标准的实验室液压机在一个方向上施加压力（单轴）。虽然对于颗粒等简单形状有效，但这有时会产生密度梯度，即由于与模具壁的摩擦，陶瓷在表面比在中心更致密。

虽然高压通常有利于提高密度，但在没有适当的粘合剂去除或模具润滑的情况下过度加压可能导致层压或帽状形变。当被困住的空气像弹簧一样作用时，这会发生，导致在卸压时陶瓷层分离。

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Volodymyr Svitlyk, Christoph Hennig. Grazing-incidence synchrotron radiation diffraction studies on irradiated Ce-doped and pristine Y-stabilized ZrO<sub>2</sub> at the Rossendorf beamline. DOI: 10.1107/s1600577524000304

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .