陶瓷的热等静压与冷等静压技术介绍

HIP(热等静压)和CIP(冷等静压)技术的出现已有50多年历史，在今天已被视作许多领域的标准生产途径。热等静压工艺通过惰性气体(如氩气或氮气)向加工部件的外表面施加高压(50-200MPa)和高温(400-2000℃)，升高的温度和压力使材料通过塑性流动和扩散消除了表面下的空隙。热等静压目前面临的技术挑战是如何在保持生产率的同时，使加工部件达到高的理论密度。

热等静压工艺通过薄壁预应力绕线单元可以实现均匀快速的冷却过程，与自然冷却过程相比生产效率提高了70%，密度提高到了许多合金近乎bai的理论密度。对于大型热等静压生产系统，根据材料的不同，达到这种密度的附加成本亦不相同。

冷等静压工艺可以对陶瓷或金属粉末施加更高的压力，在室温或稍高的温度(<93℃)下可达100-600MPa，以获得具有足够强度的“生坯”部件进行处理和加工，并烧结至最终强度。热等静压与冷等静压技术让陶瓷制造商能够在控制材料性能的前提下提高生产率。

热等静压技术介绍

热等静压技术出现于上世纪50年代初，从那时起，许多应用领域都十分看好这项技术。热等静压技术是一种致密化铸造的生产过程，从金属粉末的固结(如金属注射成型、工具钢、高速钢)，到陶瓷的压实环节，再到增材制造(3D打印技术)等更多的应用领域，都可以见到热等静压技术的身影。

目前，约50%的热等静压单元用于铸件的固结和热处理。典型的合金包括Ti-6Al-4V、TiAl、铝、不锈钢、镍超级合金、贵金属(如金、铂)，以及重金属和耐火材料(如钼、钨)。由于航空航天和汽车领域近年来对陶瓷增材制造的兴趣逐步增加，未来热等静压将可能快速拓展更多的应用范围。

首先，热等静压部件需要在升高的压力或真空中进行加热，同时提前引入气体，使其膨胀并有效建立热等静压炉中的压力气氛，而这个启动程序要视材料成分和热等静压循环而定。

使用纯氩气在热等静压中施加的压力一般在100-200MPa之间。然而有时其它气体如氮气和氦气也会用到，而氢气和二氧化碳这类气体则很少使用。有时候也会用到不同气体的组合。无论是较低还是较高的压力均可用于一些特殊的领域，最终由应用领域来确定哪些气体该用于哪些目的。因氦气、氩气、氮气相对昂贵，而氢气在错误浓度下又易爆，所以使用时需特别注意。

热等静压技术的主要优点有：增加制品密度，改善制品机械性能，提高生产效率，降低了废品率和损耗。经过热等静压处理的铸件，内部孔隙缺陷得以修补，设计更轻巧，产品拥有更好的延展性和韧性，性能波动减少，使用寿命更长(依靠合金系统，零件疲劳寿命增加近10倍)，能在不同材料之间形成冶金结合(扩散结合)。

冷等静压技术介绍

冷等静压技术使用液体介质(例如水或油或乙二醇混合液体)，以向粉末施加压力。粉末被放置在固定形状的模具中，模具可防止液体渗入粉末。对于金属，冷等静压技术可以实现约百的理论密度，而更难压缩的陶瓷粉末可以达到约95%的理论密度。

极高的压力使得粉末中的空隙变小甚至消失，高压下，金属粉末由于其延展性而产生变形，陶瓷粉末则可能稍微破碎，密度得以增加，最终形成可以处理、加工和烧结的“生坯”零件。