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等静压成型原理及特点

等静压成型原理等静压成型又叫静水压成型。它是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法,即处于高压容器中的试样所受到的压力如同处于同一深度的静水中所受到
    (1)等静压成型原理等静压成型(isostatic pressing)又叫静水压成型。它是利用液体介质不可压缩性和均匀传递压力性的一种成型方法,即处于高压容器中的试样所受到的压力如同处于同一深度的静水中所受到的压力情况,所以叫静水压或等静压。根据这一原理而得到的成型工艺叫做静水压成型,或叫等静压成型。
    (2)等静压成型类型等静压技术按其成型和固结时温度的高低,一般可分为三种:冷等静压(CIP)、温等静压(WIP)和热等静压(HIP)。由于等静压时温度的差别,因此三种等静压技术分别采用了相应的设备、压力介质和包套模具材料,如表4-2所示。
 
    冷等静压又分为湿袋法和干袋法两种等静压。湿袋法等静压是将粉料先放入成型模具(即包套)内,经密封后再置于高压缸中进行压制。在压制过程中,包套完全浸入液体,与压力传递介质直接接触。湿袋法等静压适用性强,尤其适合用于实验研究和小批量生产,并可同时在一个高压缸内压制两种以上不同形状的制件及生产大型和形状复杂的制件,生产流程短且成本低廉。湿袋法等静压的模具及坯料的放置方式如图4-5所示。
    干袋法等静压成型,加压橡皮模是事先放入缸体内的,工作时不敢出。粉料装入成型橡皮模后,一起放进加压橡皮模内,或将粉料从上面通过进料斗,送至加压橡皮模中,成型橡皮模是与液体介质不相接触的,因此称为干袋法。这种方法可以实现连续操作,把上盖打开,从料斗中装料,然后盖好上盖,加压成型。出坯时,把上盖打开,通过底部的顶棒把坯件从上面顶出来。干袋法自动程度高,操作周期短,适用于大批量生产,但因加压橡皮模不易经常更换,成型的产品尺寸和形状受到限制。干袋法等静压的模具及坯料的放置方式如图4-6所示。
    当粉料在室温下难成型时.可选用温等静压。温等静压一般在80 - 120℃的温度下进行,也有在250℃甚至在450℃下进行的。在一般温度(80-120℃)下用油作压力传递介质。介质可在供油罐中加热,当要求精确控制温度时,也可在高压缸内用发热体加热,并可根据工艺要求进行升温和降温。温等静压一般使用的压力为300MPa左右,使用的设备与湿袋法等静压机大致相同。
    热等静压是指在高温、高压的同时作用下,使物料经受等静压的工艺过程。通常采用惰性气体(如氩、氮、氨等)作压力传递介质,也可采用液体金属或固体颗粒作热等静压压力的传递介质。包封待压物料用的包套常用金属或玻璃制备。现代大多数热等静压机为冷壁式结构,即将加热器安放在高压缸内,工作温度一般为1000- 2200℃,若采用石墨作发热体,其最高温度可达2600℃。工作压力通常为100- 200MPa。由于热等静压技术是一种成型和娆结同时进行的新技术,特别是在先进陶瓷材料的烧结方面较之其它烧结方法具有明显的优势,因此关于热等静压的详细内容将在本章的后续内容中介绍:采用热等静压成型的工艺内容类似于冷等静压。
    (3)等静压成型特点等静压技术作为一种成型工艺,与常规成型技术相比,具有以下优点:
    ①压坯的密度均匀一致。在干压成型中,无论是单向还是双向压制,由于粉料与钢模之间的摩擦阻力而会出现压坯密度分布不均现象。这种密度的变化在压制复杂形状制品时,往往可达到10%以上:等静压流体介质传递压力,在各方向上相等。包套与粉料受压缩大体一致,粉料与包套无相对运动,它们之间的摩擦阻力很小,压力只有轻微的下降,这种密度下降梯度一般只有1%以下。因此,可以认为等静压压制的坯体密度是均匀的。由于坯体密度均匀,制品长径比可不受限制,有利于生产棒状、管状细而长的产品。
    ②坯体密度高,一般要比单向和双向模压成型高50/ - 15%。由于坯体密度高;烧成收缩小,因而不易变形。
    ③冷等静压成型的坯体强度高,可以直接进行搬运和机械加工。
    ④坯体内应力小,减少了坯体开裂、分层等缺陷:
    ⑤可以少用或不用黏结剂,既减少了对制品的污染.又简化了制坯l:序。
    ⑥可实现坯体近净尺寸成型,减少加工费用和原材料浪费。
    等静压成型工艺的缺点是T艺效率较低,设备昂贵。
 
不同的材料,所需成型压力也不同,一般需通过实践或经验来选定。例如,压制高压电瓷塑性料时,最佳压力为100~120MPa,压制氧化锆、95%氧化铝料时为180 - 200MPa。保压时间是根据坯件截面积尺寸大小来确定的,一般为0-5min。对于压制壁厚、尺寸大的坯件,保压可以增加颗粒的塑性变形,从而可提高坯件密度,一般可提高2% - 3%,同时使坯体内外密度均匀一致。泄压速度是一个十分重要的工艺参数,如果泄压速度控制不当,就可能由于压坯的弹性后效、塑性包套的弹性回复、压坯中的气体膨胀等原因而导致坯体开裂。在具体的加压操作过程中,升压、保压、泄压工艺应根据粉末特性、产品形状和尺寸、装料振实密度、包套粉末有无除气、包套壁的厚薄等因素来决定。
 
    脱模被压制成型后的坯件,塑性包套回弹与坯体分离,刚性芯模由于坯体的弹性后效作用,坯件与芯模形成0.2 -0.3 mm的间隙,在正常情况下可顺利脱模。在脱模的操作过程中应细心,做到轻拿轻放,防止碰撞和损坏。
 
    坯件尺寸和性能检测  坯件的形状尺寸是否符合要求、坯体切削余量的大小,取决于模具的结构设计,压坯粉末的性质、模具的表面光洁度、粉末在模腔中充填均匀性、成型压力、升压速度、包套的质量、压坯截面尺寸和压缩比等。在冷等静压成型中,要保持这些因素的恒定是比较困难的。因此,为了保证制品的形状尺寸,在一般情况下都留有一定的加工余量。对于生坯强度不够高的成型坯体,直接用来切削加工容易损坏,可通过素烧来提高坯体强度,再进行切削加工。对坯件的检查,主要是检查有无层裂、开裂,壁厚是否一致,表面有无伤痕、杂质等缺陷。


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本文“等静压成型原理及特点”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2015-01-21 23:46:24
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