轴向压制与冷等静压（CIP）的结合是一个两阶段的质量保证过程。 最初的轴向压制确定了立方氧化铋基陶瓷的基本形状，随后的CIP步骤施加均匀、全向的压力来纠正密度变化。这种二次处理对于消除内部应力梯度和提高生坯密度至关重要，确保最终部件在高温烧结过程中保持无裂纹且结构牢固。
轴向压制形成几何形状，但通常会导致密度不均，在受热时导致失效。CIP通过施加来自所有方向的等压（等静压）来纠正这一点，从而形成致密、均匀的最终产品所必需的均质结构。
单阶段轴向压制的局限性
密度分布不一致
轴向压制（或模压）从单一轴施加力，通常是自上而下。粉末与模具壁之间的摩擦阻止压力均匀地传递到整个材料中。这导致密度梯度，即边缘的密度可能比中心高，反之亦然。
内部应力集中
由于粉末颗粒堆积不均匀，生坯（未烧结的陶瓷）会产生内部应力集中。这些隐藏的应力是结构上的薄弱点，肉眼通常看不见，但在加工过程中会造成灾难性的后果。
CIP如何纠正结构
全向压力施加
CIP涉及将预成型的生坯放入柔性模具中，并在高压下将其浸入液体介质中。与轴向压制不同，CIP从各个方向同时均匀施加压力。
消除梯度
该工艺在高达200 MPa的压力下运行，能够使整个陶瓷体的密度均匀化。它有效地中和了在初始轴向压制阶段产生的密度梯度。
增强颗粒重排
等静压迫使陶瓷粉末颗粒重新排列成更紧密、更有效的堆积构型。这种作用消除了内部空隙，并显著提高了压坯的整体生坯密度。
对烧结的关键影响
防止微裂纹和变形
陶瓷制造中最显著的风险是烧结（ firing）过程中的失效。如果生坯密度不均匀，加热时会收缩不均，导致翘曲或微裂纹。CIP确保均匀收缩，保持立方氧化铋基陶瓷的尺寸稳定性。
实现高相对密度
对于电解质颗粒等应用，高密度是必不可少的。CIP创建的均匀结构为烧结后实现超过99%的相对密度提供了必要的物理基础。
微观结构均匀
一致的生坯导致一致的烧结微观结构。这种均匀性对于最终陶瓷部件的电气和机械性能至关重要。
理解权衡
工艺复杂性和周期时间
引入CIP将单步成型工艺转变为多步操作。零件必须经过轴向压制、在柔性模具中真空密封、在CIP单元中处理，然后取出。与简单的模压相比，这增加了总周期时间。
设备和模具考虑
虽然CIP模具通常比复杂的硬质金属模具便宜，但该工艺需要专门的高压容器。此外，用户在设计初始轴向压制工具时，必须考虑在CIP阶段发生的额外收缩。
为您的目标做出正确选择
为了优化您的氧化铋基陶瓷生产，请考虑您的具体性能要求：
- 如果您的主要重点是几何一致性： 使用轴向压制来确定初始形状，但依靠CIP来确保形状在烧结过程中保持不变，不会翘曲。
- 如果您的主要重点是材料完整性： 您必须使用CIP来消除密度梯度，因为这是防止敏感陶瓷材料微裂纹的唯一可靠方法。
- 如果您的主要重点是最大密度： 结合CIP来最大化颗粒堆积，这是在最终电解质颗粒中实现>99%相对密度的先决条件。
通过将成型过程（轴向）与致密化过程（CIP）分离，您可以确保您的陶瓷体在物理上足够坚固，能够承受高温烧结的严酷考验。
总结表：
| 特征 | 轴向压制（第一阶段） | 冷等静压（第二阶段） |
|---|---|---|
| 压力方向 | 单向（自上而下） | 全向（360°） |
| 主要目标 | 几何成型 | 密度均化和致密化 |
| 密度均匀性 | 低（内部梯度常见） | 高（均质结构） |
| 结构影响 | 产生内部应力 | 消除应力和微孔隙 |
| 烧结结果 | 翘曲/开裂风险高 | 均匀收缩和高密度 |
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参考文献
- Hyun Joon Jung, Sung‐Yoon Chung. Absence of Distinctively High Grain-Boundary Impedance in Polycrystalline Cubic Bismuth Oxide. DOI: 10.4191/kcers.2017.54.5.06
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
