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    陶瓷的熱等靜壓與冷等靜壓技術介紹

    來源:http://www.738928.com 時間:2018-08-10 11:05:02 瀏覽次數:

    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、加工和燒結的“生坯”零件。

    陶瓷的熱等靜壓與冷等靜壓技術介紹

    HIP(熱等靜壓)和CIP(冷等靜壓)技術的出現已有50多年歷史,在今天已被視作許多領域的標準生產途徑。熱等靜壓工藝通過惰性氣體(如氬氣或氮氣)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和擴散消除了表面下的空隙。熱等靜壓目前面臨的技術挑戰是如何在保持生產率的同時,使加工部件達到高的理論密度。


    熱等靜壓工藝通過薄壁預應力繞線單元可以實現均勻快速的冷卻過程,與自然冷卻過程相比生產效率提高了70%,密度提高到了許多合金近乎bai的理論密度。對于大型熱等靜壓生產系統,根據材料的不同,達到這種密度的附加成本亦不相同。


    冷等靜壓工藝可以對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100-600MPa,以獲得具有足夠強度的“生坯”部件進行處理和加工,并燒結至最終強度。熱等靜壓與冷等靜壓技術讓陶瓷制造商能夠在控制材料性能的前提下提高生產率。

    熱等靜壓技術介紹


    熱等靜壓技術出現于上世紀50年代初,從那時起,許多應用領域都十分看好這項技術。熱等靜壓技術是一種致密化鑄造的生產過程,從金屬粉末的固結(如金屬注射成型、工具鋼、高速鋼),到陶瓷的壓實環節,再到增材制造(3D打印技術)等更多的應用領域,都可以見到熱等靜壓技術的身影。


    目前,約50%的熱等靜壓單元用于鑄件的固結和熱處理。典型的合金包括Ti-6Al-4V、TiAl、鋁、不銹鋼、鎳超級合金、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域近年來對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用范圍。


    首先,熱等靜壓部件需要在升高的壓力或真空中進行加熱,同時提前引入氣體,使其膨脹并有效建立熱等靜壓爐中的壓力氣氛,而這個啟動程序要視材料成分和熱等靜壓循環而定。


    使用純氬氣在熱等靜壓中施加的壓力一般在100-200MPa之間。然而有時其它氣體如氮氣和氦氣也會用到,而氫氣和二氧化碳這類氣體則很少使用。有時候也會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域,最終由應用領域來確定哪些氣體該用于哪些目的。因氦氣、氬氣、氮氣相對昂貴,而氫氣在錯誤濃度下又易爆,所以使用時需特別注意。

    熱等靜壓技術的主要優點有:增加制品密度,改善制品機械性能,提高生產效率,降低了廢品率和損耗。經過熱等靜壓處理的鑄件,內部孔隙缺陷得以修補,設計更輕巧,產品擁有更好的延展性和韌性,性能波動減少,使用壽命更長(依靠合金系統,零件疲勞壽命增加近10倍),能在不同材料之間形成冶金結合(擴散結合)。



    冷等靜壓技術介紹


    冷等靜壓技術使用液體介質(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。對于金屬,冷等靜壓技術可以實現約百的理論密度,而更難壓縮的陶瓷粉末可以達到約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、加工和燒結的“生坯”零件。


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