钢模预压与冷等静压（CIP）的结合，为氮化硅的制造创造了一个协同工艺，优化了几何精度和内部结构完整性。虽然钢模确定了初始形状，但后续加入CIP对于消除传统压制无法单独解决的内部缺陷至关重要。
核心要点 钢模压制提供了必要的几何框架，但由于单向力的作用，它通常会留下密度梯度和内部应力。加入CIP施加均匀的、全方位的压力，以平衡这些变化，确保生坯足够致密，能够承受高温烧结而不开裂或变形。
钢模预压的具体作用
建立几何框架
钢模的主要功能是确定部件的初始几何形状。它提供了基本的结构框架，将松散的粉末转化为可处理以进行进一步加工的粘合形式。
单向力的局限性
虽然在成型方面有效，但钢模通常从一个方向施加力。这种单向压力常常导致密度分布不均，因为粉末与模具壁之间的摩擦阻止了力在材料中均匀传递。
冷等静压（CIP）的矫正能力
施加全方位压力
CIP作为二次成型步骤，施加高压——通常约为100 MPa或更高——从所有方向均匀施加。通过使用液体介质传递这种力，CIP同时作用于预压件的每个表面。
消除密度梯度
CIP工艺的多向力有效地中和了初始模压过程中产生的密度梯度。它迫使粉末颗粒重新排列并更紧密地堆积，从而平滑了由于模具摩擦而先前密度较低的区域。
去除内部孔隙
这种高压环境压缩了颗粒之间的间隙，显著减少或消除了内部孔隙和微孔。结果是生坯的整体密度和均匀性优于仅通过模压形成的生坯。
为什么这种组合对氮化硅至关重要
制造大型部件
这种两步法对于制造大型或厚壁氮化硅部件尤其重要。在这些较大的部件中，简单模压引起的密度变化更为明显，并且更容易导致结构失效。
防止烧结缺陷
通过CIP实现的均匀性是防止后续反应结合和高温再烧结阶段失效的主要手段。通过确保生坯没有内部应力集中，制造商可以防止陶瓷烧结时发生变形、各向异性收缩和开裂。
理解权衡
工艺复杂性增加
与单阶段压制相比，使用这两种方法会增加额外的步骤、设备成本和加工时间。它需要小心处理，将预压的“生坯”部件转移到CIP设备中，以免损坏其脆弱的结构。
尺寸控制挑战
虽然CIP提高了密度，但等静压缩会导致部件均匀收缩。这需要精确计算初始钢模尺寸，以考虑在CIP阶段和最终烧结过程中发生的显著收缩。
为您的目标做出正确选择
要确定是否需要为您的特定应用采用这种两步法，请考虑以下因素：
- 如果您的主要重点是复杂或大型几何形状：结合使用模压和CIP，以确保深壁均匀性并防止厚截面开裂。
- 如果您的主要重点是快速、低成本生产小型零件：简单的模压可能就足够了，前提是壁厚足够小，可以避免明显的密度梯度。
最终，CIP的加入将几何形状正确的部件转化为结构坚固的部件，能够承受高性能陶瓷烧结的严苛要求。
总结表：
| 特征 | 钢模预压 | 冷等静压（CIP） |
|---|---|---|
| 主要功能 | 确定几何形状 | 平衡密度和去除孔隙 |
| 压力方向 | 单向（单轴） | 全方位（所有方向） |
| 密度均匀性 | 低（由于壁摩擦） | 高（均匀的颗粒堆积） |
| 关键优势 | 定义初始框架 | 防止变形和烧结裂纹 |
| 常见应用 | 小型、简单零件 | 大型、厚壁部件 |
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参考文献
- Naoki Kondo, Takahiro Kaba. Fabrication of Thick Silicon Nitride by Reaction Bonding and Post-Sintering. DOI: 10.2109/jcersj.115.285
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
