为何结合轴向压制和冷等静压？打造完美的氧化铝陶瓷生坯

轴向压制与冷等静压 (CIP) 的结合创造了一个协同成型工艺，旨在克服单独使用任一方法的局限性。这种两步法首先利用轴向压制来确定部件的几何形状和操作强度，然后进行 CIP 以最大化密度并消除结构不一致，确保氧化铝陶瓷生坯足够坚固，能够进行无缺陷烧结。

核心要点 轴向压制提供形状，而冷等静压提供均匀性。通过采用这种顺序方法，制造商确保氧化铝生坯达到均匀的高堆积密度，这对于防止最终高温烧结过程中的开裂、翘曲和分层至关重要。

奠定基础：轴向压制

该工艺的第一阶段涉及在液压机上使用钢模。此步骤并非旨在实现最终的材料性能，而是旨在建立部件的物理基线。

轴向压制主要用于确定氧化铝部件的初始几何形状。通过在钢模内压缩粉末，将松散的材料转化为具有特定尺寸的粘结形状。

此初始压制步骤将松散的氧化铝粉末转化为半固态“生坯”。它提供了足够的机械强度，使部件在进行更严格的 CIP 工艺之前能够从模具中弹出并进行物理操作而不会碎裂。

一旦形状确定，生坯将使用冷等静压机进行二次压实。此阶段解决了轴向压制通常留下的内部缺陷。

由于粉末与模具壁之间的摩擦，轴向压制通常会导致密度不均匀。CIP 通过液体介质从所有方向（全向）施加均匀压力来解决此问题。这使压力分布均衡，从而有效地消除了初始成型过程中产生的密度梯度。

与初始轴向压机（通常为 20–50 MPa）相比，CIP 施加的压力要高得多——通常范围从 100 MPa 到高达 600 MPa。这种超高压力迫使氧化铝颗粒以尽可能紧密的堆积方式排列，从而显著提高了生坯的整体密度。

这个两步法的最终目标是为烧结（陶瓷硬化的加热阶段）准备材料。生坯的质量决定了最终陶瓷的质量。

如果生坯密度不均匀（存在梯度），则在烧结过程中会不均匀收缩，导致翘曲或开裂。由于 CIP 步骤确保了均匀的内部结构，因此材料会一致收缩，保持其形状并防止应力断裂。

对于高性能应用，例如需要 99.5% 相对密度的氧化铝晶片，简单的干压是不够的。二次 CIP 步骤提供了生产气密、高密度陶瓷所需的物理基础，这些陶瓷能够保持其球形度和结构完整性。

虽然这种组合提供了卓越的质量，但重要的是要认识到该过程中固有的局限性。

轴向压制不可避免地会在粉末和钢模之间产生摩擦。虽然 CIP 可以纠正由此产生的密度变化，但必须仔细控制初始轴向步骤，以避免引入即使 CIP 也无法修复的分层或裂缝。

与直接干压相比，这种方法引入了额外的加工步骤。然而，对于大型样品或需要高可靠性的部件，额外步骤的成本被因烧结失败而导致的报废零件减少所抵消。

是否使用这种组合方法取决于您最终氧化铝部件的具体要求。

通过利用轴向压制来塑造形状，并利用 CIP 来构建结构，您可以确保生产出尺寸稳定且无缺陷的高质量氧化铝陶瓷。

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M. Rozmus, P. Figiel. The influence of non-conventional sintering methods on grain growth and properties of alumina sinters. DOI: 10.17814/mechanik.2015.2.92

本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .