陶瓷的熱等靜壓與冷等靜壓技術(shù)介紹
HIP(熱等靜壓)和CIP(冷等靜壓)技術(shù)的出現(xiàn)已有50多年歷史，在今天已被視作許多領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)途徑。熱等靜壓工藝通過惰性氣體(如氬氣或氮?dú)?向加工部件的外表面施加高壓(50-200MPa)和高溫(400-2000℃)，升高的溫度和壓力使材料通過塑性流動(dòng)和擴(kuò)散消除了表面下的空隙。熱等靜壓目前面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是如何在保持生產(chǎn)率的同時(shí)，使加工部件達(dá)到高的理論密度。
熱等靜壓工藝通過薄壁預(yù)應(yīng)力繞線單元可以實(shí)現(xiàn)均勻快速的冷卻過程，與自然冷卻過程相比生產(chǎn)效率提高了70%，密度提高到了許多合金近乎bai的理論密度。對(duì)于大型熱等靜壓生產(chǎn)系統(tǒng)，根據(jù)材料的不同，達(dá)到這種密度的附加成本亦不相同。
冷等靜壓工藝可以對(duì)陶瓷或金屬粉末施加更高的壓力，在室溫或稍高的溫度(<93℃)下可達(dá)100-600MPa，以獲得具有足夠強(qiáng)度的“生坯”部件進(jìn)行處理和加工，并燒結(jié)至最終強(qiáng)度。熱等靜壓與冷等靜壓技術(shù)讓陶瓷制造商能夠在控制材料性能的前提下提高生產(chǎn)率。
熱等靜壓技術(shù)介紹
熱等靜壓技術(shù)出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代初，從那時(shí)起，許多應(yīng)用領(lǐng)域都十分看好這項(xiàng)技術(shù)。熱等靜壓技術(shù)是一種致密化鑄造的生產(chǎn)過程，從金屬粉末的固結(jié)(如金屬注射成型、工具鋼、高速鋼)，到陶瓷的壓實(shí)環(huán)節(jié)，再到增材制造(3D打印技術(shù))等更多的應(yīng)用領(lǐng)域，都可以見到熱等靜壓技術(shù)的身影。
目前，約50%的熱等靜壓?jiǎn)卧糜阼T件的固結(jié)和熱處理。典型的合金包括Ti-6Al-4V、TiAl、鋁、不銹鋼、鎳超級(jí)合金、貴金屬(如金、鉑)，以及重金屬和耐火材料(如鉬、鎢)。由于航空航天和汽車領(lǐng)域近年來對(duì)陶瓷增材制造的興趣逐步增加，未來熱等靜壓將可能快速拓展更多的應(yīng)用范圍。
首先，熱等靜壓部件需要在升高的壓力或真空中進(jìn)行加熱，同時(shí)提前引入氣體，使其膨脹并有效建立熱等靜壓爐中的壓力氣氛，而這個(gè)啟動(dòng)程序要視材料成分和熱等靜壓循環(huán)而定。
使用純氬氣在熱等靜壓中施加的壓力一般在100-200MPa之間。然而有時(shí)其它氣體如氮?dú)夂秃庖矔?huì)用到，而氫氣和二氧化碳這類氣體則很少使用。有時(shí)候也會(huì)用到不同氣體的組合。無論是較低還是較高的壓力均可用于一些特殊的領(lǐng)域，最終由應(yīng)用領(lǐng)域來確定哪些氣體該用于哪些目的。因氦氣、氬氣、氮?dú)庀鄬?duì)昂貴，而氫氣在錯(cuò)誤濃度下又易爆，所以使用時(shí)需特別注意。
熱等靜壓技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：增加制品密度，改善制品機(jī)械性能，提高生產(chǎn)效率，降低了廢品率和損耗。經(jīng)過熱等靜壓處理的鑄件，內(nèi)部孔隙缺陷得以修補(bǔ)，設(shè)計(jì)更輕巧，產(chǎn)品擁有更好的延展性和韌性，性能波動(dòng)減少，使用壽命更長(zhǎng)(依靠合金系統(tǒng)，零件疲勞壽命增加近10倍)，能在不同材料之間形成冶金結(jié)合(擴(kuò)散結(jié)合)。
冷等靜壓技術(shù)介紹
冷等靜壓技術(shù)使用液體介質(zhì)(例如水或油或乙二醇混合液體)，以向粉末施加壓力。粉末被放置在固定形狀的模具中，模具可防止液體滲入粉末。對(duì)于金屬，冷等靜壓技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)約百的理論密度，而更難壓縮的陶瓷粉末可以達(dá)到約95%的理論密度。
極高的壓力使得粉末中的空隙變小甚至消失，高壓下，金屬粉末由于其延展性而產(chǎn)生變形，陶瓷粉末則可能稍微破碎，密度得以增加，最終形成可以處理、加工和燒結(jié)的“生坯”零件。
