超高压冷等静压 (CIP) 的使用是关键的二次加工步骤，旨在纠正初始单轴压制引起的结构不均匀性。通过将 NaNbO3 生坯承受高达 835 MPa 的全向压力，该工艺消除了内部密度梯度，并将生坯密度提高到理论密度的约 66%，从而确保最终陶瓷无缺陷。
核心要点 初始机械压制形成形状，但会留下看不见的应力线和不均匀的密度。CIP 作为结构均衡器，利用流体动力学将材料强制转化为均质状态，这是均匀烧结和高性能陶瓷的绝对先决条件。
纠正单轴压制的缺陷
单向力的局限性
当 NaNbO3 粉末被单轴（从一个方向）压制时，会受到模具壁的摩擦。
这种摩擦会产生密度梯度，意味着颗粒的边缘可能比中心密度低。这些变化会充当应力集中点，这些应力集中点是可能导致后续加工阶段失效的薄弱环节。
等静压解决方案
CIP 通过液体介质而非固体活塞施加压力来解决此问题。
由于液体完全包围样品，因此力是等静压（从所有方向均匀施加）的。这消除了标准液压实验室压机不可避免的应力集中和密度变化。
达到关键密度基准
达到超高压力
标准压制通常无法达到先进陶瓷所需的颗粒堆积。
对于 NaNbO3，CIP 工艺在超高压力下运行，具体高达 835 MPa。这种极大的力可以将颗粒推入比单轴压制单独能实现的更紧密的排列。
66% 密度阈值
这种高压处理的结果是“生坯密度”（烧结前的密度）大幅提高。
该工艺将 NaNbO3 生坯压实至其理论密度的约 66%。达到这个特定的密度阈值至关重要，因为它最大限度地减少了烧结过程中必须发生的收缩量。
理解权衡
两步法工艺的必要性
有人可能会问，如果 CIP 更优越，为什么还要使用单轴压制。
这里的权衡在于成型和致密化。CIP 在密度方面表现出色，但在初始定义尖锐几何形状方面表现不佳。因此，制造商必须接受两步法工艺的复杂性：单轴压制定义形状，然后 CIP 固化结构。
微裂纹风险
虽然 CIP 可以修复许多缺陷，但对于糟糕的粉末制备，它并非万能药。
如果初始单轴压制产生了深的层裂或裂纹，CIP 可能无法修复它们，并且在 835 MPa 的压力下可能会加剧它们。初始的“预成型”必须完好无损，CIP 工艺才能有效。
对烧结和微观结构的影响
消除径向收缩差异
CIP 最关键的好处发生在烧结过程中的炉内。
由于整个零件的密度均匀，材料收缩均匀。这大大减少了径向收缩差异，这是高温烧结过程中翘曲和开裂的主要原因。
获得超细晶陶瓷
生坯的均匀性决定了最终微观结构的质量。
通过从均质、高密度的生坯开始，最终烧结的 NaNbO3 陶瓷呈现出超细晶结构。这种微观结构没有大的孔隙或缺陷，从而带来优越的机械和电气性能。
为您的目标做出正确选择
要确定您特定的应用是否需要此两步法工艺，请考虑以下几点：
- 如果您的主要关注点是几何精度：依靠初始单轴压机进行成型，但要了解内部密度可能存在差异。
- 如果您的主要关注点是材料性能和可靠性：您必须使用超高压 CIP（高达 835 MPa），以确保无缺陷烧结所需的内部均匀性。
总结：超高压 CIP 步骤作为强制性的质量控制措施，将成型但内部不均匀的粉末压坯转化为致密、均匀的生坯，使其能够承受烧结过程的严苛考验而不会变形。
总结表：
| 特征 | 单轴压制 | 超高压 CIP |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向 | 全向（等静压） |
| 最大压力 | 通常较低 | 高达 835 MPa |
| 生坯密度 | 可变/较低 | ~66% 理论密度 |
| 内部结构 | 密度梯度 | 均质/均匀 |
| 主要作用 | 几何成型 | 致密化和应力消除 |
| 烧结结果 | 翘曲风险 | 均匀收缩/超细晶 |
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参考文献
- Christian Pithan, Rainer Waser. Consolidation, Microstructure and Crystallography of Dense NaNbO<sub>3</sub> Ceramics with Ultra-Fine Grain Size. DOI: 10.2109/jcersj.114.995
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
