等靜壓成型是目前生產(chǎn)氧化鋁陶瓷球的主要成型方式。
熱等靜壓工藝是通過(guò)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(guò)塑性流動(dòng)和擴(kuò)散消除了表面下的空隙。熱等靜壓工藝通過(guò)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(guò)程，與自然冷卻過(guò)程相比生產(chǎn)效率提高了70%。
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。
1、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(guò)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(jiàn)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(chē)領(lǐng)域近年來(lái)對(duì)陶瓷增材制造的興趣逐步增加，未來(lái)熱等靜壓將可能快速拓展更多的應(yīng)用范圍。
，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(lèi)氣體則很少使用。有時(shí)候也會(huì)用到不同氣體的組合。無(wú)論是較低還是較高的壓力均可用于一些特殊的領(lǐng)域，終由應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)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(guò)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)。
2、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。
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，終形成可以處理、加工和燒結(jié)的“生坯”零件。(見(jiàn)圖1)典型的壓力范圍為100-600MPa，溫度通常為室溫，如果需要較高的溫度，熱交換器可以將溫度升至約93℃。然而由于水被壓縮時(shí)溫度會(huì)增加，每增加100MPa約升高4℃，因此在較高溫度下沸騰的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨之增加。
冷等靜壓的常見(jiàn)應(yīng)用包括陶瓷粉末的固結(jié)、石墨、耐火材料、電絕緣體，以及陶瓷的壓縮。材料包括氮化硅，碳化硅，氮化硼，碳化硼，硼化鈦，尖晶石等。該技術(shù)正在向新的應(yīng)用領(lǐng)域拓展，例如濺射靶的壓制、發(fā)動(dòng)機(jī)中用來(lái)降低氣缸磨損的閥部件的涂層、電信、電子、航空航天和汽車(chē)領(lǐng)域等。
冷等靜壓技術(shù)擁有如下優(yōu)點(diǎn)：提高制品的固結(jié)程度，增加產(chǎn)品的機(jī)械性能，生產(chǎn)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)相對(duì)集中，能更安全地控制生產(chǎn)，腐蝕性非常低，率低成本。
冷等靜壓工藝中的減壓過(guò)程也決定了“生坯”壓塊的質(zhì)量。由于金屬或陶瓷粉末被壓實(shí)，氣體被困在顆粒之間，壓強(qiáng)在加工過(guò)程中隨著外部施加的壓力增加而增大。金屬壓塊具有非常高的強(qiáng)度和延展性，在冷等靜壓流程之后，將自然釋放夾帶的空氣。
然而由于陶瓷“生坯”壓塊更脆，如果壓力以過(guò)快的速度和不可控的方式釋放，則陶瓷壓塊很可能在空氣不能逸出的地方破裂。避免這種情況的方式是通過(guò)微調(diào)減壓系統(tǒng)以可控方式釋放所施加的壓力，這在較低壓力下尤其重要，當(dāng)施加的壓力等于內(nèi)部氣體壓力時(shí)，截留的空氣會(huì)影響到內(nèi)應(yīng)力。
目前，冷等靜壓技術(shù)被廣泛應(yīng)用于日用陶瓷、建筑陶瓷、特種陶瓷等各個(gè)領(lǐng)域。例如盤(pán)、碟、氧化鋁研磨球、氧化鋁化工填料球、耐火磚、陶瓷棍棒、火花塞、高頻瓷套、復(fù)合陶瓷等。