冷等静压（CIP）是强制性的，因为初始的单轴压制过程不可避免地会产生压力梯度，导致陶瓷体密度不均匀。通过对预成型体施加 200 MPa 的各向同性压力，CIP 迫使 Al2TiO5–MgTi2O5 的内部颗粒重新排列，压碎大孔隙，并建立成功烧结所需的均匀高密度。
单轴压制提供形状，而 CIP 提供结构完整性。它纠正了机械压制固有的密度不一致性，确保最终的陶瓷体在反应烧结过程中保持致密无缺陷。
单轴压制的局限性
压力梯度的问题
单轴压制沿着单个轴施加力。这种定向力会在粉末压坯内产生压力梯度。
由于压力分布不均，产生的生坯（未烧制的陶瓷）会形成密度不同的区域。
摩擦和不一致性
这些梯度通常因粉末与模具壁之间的摩擦而加剧。
这导致“生坯”看起来外部正确，但内部含有空隙和结构弱点，危及最终产品。
CIP 如何纠正结构
施加各向同性压力
与单轴压制的单向力不同，冷等静压各向同性地（从所有方向均匀地）施加压力。
对于 Al2TiO5–MgTi2O5，通常通过包围生坯的流体介质施加200 MPa 的压力。
颗粒重排
这种巨大的、均匀的压力导致内部陶瓷颗粒移动并更紧密地堆积在一起。
这种重排消除了在初始压制过程中被“桥接”或遗漏的大孔隙和空隙。
最大化生坯密度
这种重排的主要结果是生坯密度的显著增加。
实现这种高生坯密度是实现完全致密陶瓷在加热阶段所需的物理基础。
对烧结性能的影响
防止烧结缺陷
CIP 达到的均匀性对于后续的反应烧结过程至关重要。
如果没有这一步，密度梯度通常会导致收缩不均，在材料烧制时产生翘曲、变形或开裂。
达到理论密度
均匀、高密度的生坯使材料能够达到其全部潜力。
CIP 确保最终陶瓷达到最大密度，通常超过理论值的 99%，如果初始颗粒堆积存在缺陷，这是不可能实现的。
要避免的常见陷阱
仅依赖单轴压制
一个常见的错误是认为单轴压制提供的初始形状对于高性能陶瓷来说已足够。
跳过 CIP 步骤会使坯体留下内部应力集中。这些应力几乎不可避免地在烧结过程中释放，破坏 Al2TiO5–MgTi2O5 板的机械完整性。
压力施加不一致
CIP 的有效性取决于压力的幅度。
对于这种特定的材料体系，200 MPa 左右的压力被认为是最佳的。较低的压力可能无法引起必要的颗粒重排，留下残余孔隙。
为您的目标做出正确的选择
为确保您的 Al2TiO5–MgTi2O5 制造成功，请根据以下标准评估您的加工步骤：
- 如果您的主要关注点是结构完整性：您必须优先考虑 CIP 以消除内部密度梯度，因为这些是烧制过程中开裂的根本原因。
- 如果您的主要关注点是高烧结密度：您必须确保 CIP 压力达到至少 200 MPa，以在烧结前最大化颗粒堆积和生坯密度。
生坯状态的均匀性是烧结状态可靠性的唯一保证。
总结表：
| 特征 | 单轴压制 | 冷等静压（CIP） |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单轴（定向） | 各向同性（所有方向） |
| 压力梯度 | 高（导致不一致） | 无（均匀分布） |
| 颗粒堆积 | 桥接孔隙和空隙 | 重排，紧密堆积 |
| 生坯质量 | 密度不均匀 | 高密度均匀性 |
| 烧结结果 | 易翘曲/开裂 | 稳定，高理论密度 |
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参考文献
- Ryosuke S.S. Maki, Yoshikazu Suzuki. Mechanical strength and electrical conductivity of reactively-sintered pseudobrookite-type Al<sub>2</sub>TiO<sub>5</sub>–MgTi<sub>2</sub>O<sub>5</sub> solid solutions. DOI: 10.2109/jcersj2.15098
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
