冷等静压 (CIP) 是消除标准模压引入的结构缺陷的关键校正步骤。虽然初始模压赋予 BiFeO3–SrTiO3 生坯其大致形状，但 CIP 应用均匀、全向的液压，以均化密度并消除内部应力梯度，否则这些梯度会导致烧结过程中出现缺陷。
标准的单向模压由于壁摩擦会产生不均匀的密度和内部应力。CIP 通过施加各向同性的液体压力（通常约为 200 MPa）来解决此问题，确保均匀、高密度的结构，这对于防止烧结过程中的开裂和翘曲至关重要。
标准模压的局限性
单向压力梯度
标准模压主要从一个轴施加力（单向）。当粉末被压缩时，颗粒与刚性模具壁之间的摩擦会降低传递到样品中心和底部的有效压力。
密度分布不一致
这种摩擦会导致生坯内出现密度梯度。边缘或顶面可能高度压实，而核心则保持多孔且密度较低。如果不对这些梯度进行校正，它们会形成薄弱点，从而影响最终陶瓷的性能。
CIP 如何优化生坯
施加各向同性力
与模压不同，CIP 将预成型的样品浸入液体介质中，从所有方向同时施加压力（等静压）。这消除了与刚性模具相关的摩擦问题，并确保 BiFeO3–SrTiO3 压坯的每个表面都受到相同的力。
最大化颗粒压实
CIP 利用极高的压力，对于这些材料通常在200 MPa 的范围内。这种强烈的、均匀的压缩迫使粉末颗粒以明显更紧密的排列方式结合，从而产生比单独干压所能达到的更高的“生坯密度”。
消除微孔隙
全向压力有效地压垮了材料深处的内部微孔隙和空隙。在加热前去除这些气穴，可以大大提高陶瓷的结构完整性。
对烧结过程的关键影响
防止差异收缩
陶瓷在烧结过程中会收缩。如果生坯密度不均匀（来自模压），它会在不同区域以不同的速率收缩。CIP 可确保密度均匀，从而实现整个样品均匀收缩。
减轻开裂和变形
通过解决内部压力梯度和密度变化，CIP 消除了翘曲和开裂的主要原因。这对于 BiFeO3–SrTiO3 陶瓷至关重要，因为保持精确的形状和高密度对于其电气和磁性能是必需的。
理解权衡
工艺复杂性和速度
CIP 是一种二次批次工艺，会增加生产线的处理时间。它需要将零件封装在柔性模具中（袋装）、加压，然后对零件进行干燥或清洁，与纯模压相比，这会降低生产效率。
尺寸精度
虽然 CIP 提高了密度，但柔性模具意味着与刚性钢模相比，它对最终外部尺寸的控制能力较差。零件通常需要生坯加工或烧结后研磨才能达到严格的几何公差。
为您的目标做出正确选择
要确定 CIP 是否对您的特定应用至关重要，请考虑以下几点：
- 如果您的主要关注点是最大密度和可靠性：您必须使用 CIP。这是消除 BiFeO3–SrTiO3 等高性能陶瓷中密度梯度和防止开裂的唯一可靠方法。
- 如果您的主要关注点是几何精度：您应该使用 CIP 来提高密度，但要计划在烧结前进行后加工以恢复精确的外部尺寸。
- 如果您的主要关注点是低成本、大批量生产：只有当陶瓷零件尺寸小、薄且不需要高结构完整性时，您才可能省略 CIP，但这会增加因开裂而导致拒收率的风险。
CIP 将成型但有缺陷的粉末压坯转化为坚固、均匀的坯体，为应对高温烧结的严苛条件做好准备。
总结表：
| 特征 | 标准模压 | 冷等静压 (CIP) |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向（一个轴） | 全向（各向同性） |
| 密度分布 | 不一致/有梯度 | 均匀/均质 |
| 开裂风险 | 高（由于应力） | 低（消除应力） |
| 内部孔隙率 | 较高的微孔隙率 | 显著降低 |
| 尺寸控制 | 高（刚性模具） | 较低（柔性模具） |
| 核心应用 | 初始成型 | 致密化和校正 |
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参考文献
- Naoyuki Itoh, Toshinobu Yogo. Effects of SrTiO3 content and Mn doping on dielectric and magnetic properties of BiFeO3-SrTiO3 ceramics. DOI: 10.2109/jcersj2.117.939
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
