冷等静压（CIP）是解决锶钡铌酸盐（SBN）制造中标准轴向压制的固有局限性的关键纠正步骤。虽然轴向压制提供了初始形状，但不可避免地会产生不均匀的内部应力；CIP 应用均匀的静水压力来消除这些梯度并均质化材料结构。此过程对于确保“生坯”（未烧结的陶瓷）足够坚固，能够承受强烈的烧结热而不会失效至关重要。
通过液体介质施加均匀压力，CIP 消除了由轴向压制摩擦引起的不均匀密度。这种结构均质化是 SBN 陶瓷能够承受 1400°C 烧结温度并实现超过 95% 的最终相对密度的一个决定性因素。
密度均化的力学原理
克服轴向压制的缺陷
轴向（或单轴）压制从单个轴施加力，通常是从上向下。这会在粉末和模具壁之间产生显著的摩擦。
因此，由此产生的生坯会出现密度梯度，即某些区域紧密堆积，而其他区域则保持多孔。
如果不对这些梯度进行纠正，它们将成为材料结构中预先存在的断层线。
全向压力的威力
CIP 利用液体介质从所有方向同时均匀地传递压力，而不是仅从一个方向。
对于 SBN 陶瓷，这通常涉及将生坯置于 200 MPa 的压力下。
这种全向力均匀地压缩材料，抵消了初始轴向压制留下的不均匀密度分布。
对烧结和质量的关键影响
防止灾难性缺陷
SBN 陶瓷在 1350-1400°C 的高温下进行烧结。
在此阶段，材料会收缩。如果内部密度不均匀，材料在不同区域的收缩速率将不同。
这种差异收缩会导致内部张力，从而引起变形、翘曲或开裂。CIP 可确保密度均匀，从而实现均匀收缩和无缺陷的最终形状。
达到高相对密度
SBN 陶瓷的性能直接与其密度相关。
主要参考资料表明，要达到超过 95% 的相对密度的目标，需要高密度的生坯。
CIP 可减少微孔隙率，并将颗粒推入更紧密的排列，从而为在烧制过程中达到理论密度目标奠定致密的基础。
理解权衡
工艺复杂性与产量
实施 CIP 会在生产线上增加一个额外的批次处理步骤。
与可以高度自动化和快速的轴向压制不同，CIP 需要将组件密封在柔性模具中并将其浸入液体中。
这会增加周期时间和生产成本，因此这项技术仅限于质量比速度更重要的高性能材料。
尺寸精度
虽然 CIP 提高了微观结构的均匀性，但它可能会轻微改变轴向压制部件的尺寸。
由于压力施加在柔性模具上，因此生坯的最终外部尺寸在压制后可能需要进行机加工或研磨才能满足严格的几何公差。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高锶钡铌酸盐陶瓷的质量，请遵循以下原则：
- 如果您的主要关注点是防止报废和缺陷：使用 CIP 来消除导致高收缩烧结阶段开裂的内部应力梯度。
- 如果您的主要关注点是材料性能：依靠 CIP 的 200 MPa 压力来最大化颗粒堆积，确保最终组件的相对密度超过 95%。
最终，CIP 不仅仅是一种成型方法，它还是一种至关重要的质量保证措施，确保陶瓷在进入炉子之前就具有结构完整性。
总结表：
| 特性 | 轴向压制（初始） | 冷等静压（后续步骤） |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向（单轴） | 全向（静水） |
| 密度分布 | 产生内部梯度 | 均质化密度分布 |
| 压力水平 | 可变/受摩擦限制 | 高达 200 MPa |
| 主要作用 | 部件成型 | 质量保证与致密化 |
| 烧结结果 | 翘曲/开裂风险高 | 均匀收缩；>95% 密度 |
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参考文献
- Solveig S. Aamlid, Tor Grande. The Effect of Cation Disorder on Ferroelectric Properties of SrxBa1−xNb2O6 Tungsten Bronzes. DOI: 10.3390/ma12071156
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
