[科普中國]-等靜壓加工

等靜壓加工是用高壓泵把傳壓流體介質(zhì)壓入封閉的容器內(nèi)，容器內(nèi)的工件在高壓流體介質(zhì)的靜態(tài)壓力作用下成型，成為致密體或粘結(jié)一起。

原理用高壓泵把傳壓流體介質(zhì)壓入封閉的容器內(nèi)，容器內(nèi)的工件在高壓流體介質(zhì)的靜態(tài)壓力作用下成型，成為致密體或粘結(jié)一起。等靜壓工藝可使工件在各個(gè)方向上獲得均勻的壓應(yīng)力。按加工溫度分冷等靜壓加工和熱等靜壓加工兩類1。

工藝典型工藝是將粉末裝入具有彈性的軟套中（一般用橡膠或塑料制成），軟套封口后放入可密封的容器（缸體）中，液體介質(zhì)的壓力均勻地作用在包套上，再將壓力傳遞到工件上，實(shí)現(xiàn)等靜壓制。常用液體介質(zhì)為水和油的混合乳液或油，所以有“水靜壓”、“油靜壓”之稱。冷等靜壓多用于粉末冶金以獲取粉末預(yù)成型坯料。20世紀(jì)30年代中期，開始應(yīng)用冷等靜壓法壓制鎢、鉬以及陶瓷制品。與機(jī)械壓制相比，由于冷等靜壓制壓力大，工件受力均勻，特別適宜壓制大尺寸的粉末制品。壓制的粉末制品具有密度高，密度均勻，壓制的粉末不需添加潤滑劑等優(yōu)點(diǎn)。常用的冷等靜壓機(jī)的工作壓力可高達(dá)6500kgf/cm2。按照容器密封結(jié)構(gòu)不同，冷等靜壓機(jī)可分為螺紋式和框架式兩類。螺紋式冷等靜壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，使用過程螺紋磨損嚴(yán)重，通常是容器（缸體）小的等靜壓機(jī)；框架式冷等靜壓機(jī)，設(shè)備雖然復(fù)雜，但安全可靠，操作簡(jiǎn)便，通常是容器（缸體）較大的壓機(jī)2。

分類冷等靜壓制按粉末裝入方式不同又分為干袋模壓制和濕袋模壓制。兩者根本區(qū)別是：干袋模壓制的成型橡皮袋不浸泡在液體介質(zhì)中，壓畢，取出壓塊和成型模袋，而加壓橡皮袋仍留在容器內(nèi)供下次裝料使用；干袋模壓制的模袋壽命長,生產(chǎn)效率高,適用于單件連續(xù)生產(chǎn)。濕袋模壓制（圖1）是常用的壓制工藝,裝料后模袋放入容器并浸泡在液體介質(zhì)中,壓畢同時(shí)取出模袋和坯料。該工藝可同時(shí)壓制各種形狀的壓件，但脫模耗時(shí)長。

相關(guān)技術(shù)利用高溫氣體（氬或氦）產(chǎn)生的流體靜壓力進(jìn)行加工。1955年美國巴蒂爾研究所首先研制成功，60年代初獲得工業(yè)應(yīng)用，解決了核燃料元件的擴(kuò)散粘結(jié)問題。早期熱等靜壓又稱“氣體加壓粘接”(gas-pressure bonding)、“氣體加壓固結(jié)”（gas-pressure consolidation）。60年代中期到70年代初期,由于氣體霧化和離心霧化制取高性能粉末工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用，使熱等靜壓工藝獲得了很大的發(fā)展，成為一種工業(yè)生產(chǎn)的方法。熱等靜壓工藝是在高溫下加壓成型，因而獲得制品的孔隙少，密度與熔煉加工材料相近，且晶粒細(xì)、各向性能均勻。因此：

①熱等靜壓主要應(yīng)用于高性能的粉末材料制品的成型，如粉末冶金高溫合金、粉末冶金高速鋼、陶瓷材料等的工業(yè)生產(chǎn)，在制取粉末冶金鈦合金零件上開展了廣泛的研究。

②消除硬質(zhì)合金、鑄件、構(gòu)件或使用后的構(gòu)件的內(nèi)部缺陷（如氣孔、裂紋等），提高鑄件、構(gòu)件質(zhì)量或使構(gòu)件重新返回使用，這也是熱等靜壓的重要應(yīng)用。

③熱等靜壓工藝還應(yīng)用于固態(tài)材料的粘結(jié)，例如金屬和金屬、陶瓷或纖維復(fù)合材料的粘結(jié)。

熱等靜壓設(shè)備通常由裝有加熱爐體的高壓容器、高壓氣體介質(zhì)輸送、電氣、測(cè)溫和冷卻等系統(tǒng)組成。直到70年代末，雖然最大的熱等靜壓機(jī)的缸體尺寸為直徑3050mm，長度9150mm；最高氣體壓力為10500kgf/cm2；最高加熱溫度為2700℃。但工業(yè)生產(chǎn)用的熱等靜壓機(jī)一般壓力為1500～2000kgf/cm2，溫度為1500℃。采用熱等靜壓固結(jié)粉末時(shí)，將粉末預(yù)成型制成坯料或通過振動(dòng)將粉末直接裝入硬質(zhì)包套中。包套封焊前需在室溫或加溫抽真空過程中封焊。封焊后的包套放入高壓容器。然后，可先打入氣體（低于最終氣壓），再進(jìn)行升溫，由于氣體的加熱膨脹最終達(dá)到所規(guī)定的氣體壓力；也可同時(shí)升溫和加壓。熱等靜壓工藝中，包套的抽空和密封對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有明顯的影響，是熱等靜壓工藝的關(guān)鍵之一。包套一般采用金屬（軟鋼、不銹鋼、鈦等）或陶瓷材料制成。最早采用的是金屬包套，適于生產(chǎn)簡(jiǎn)單形狀的制品；陶瓷包套性脆、不致密，需放在金屬套中，兩層包套之間的間隙用傳壓介質(zhì)(陶瓷粉末)填充，陶瓷包套材料適用于形狀復(fù)雜和尺寸精密的制品3。

優(yōu)點(diǎn)等靜壓技術(shù)作為一種先進(jìn)成形技術(shù)，與傳統(tǒng)的成形技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要集中在：

第一：等靜壓成形的產(chǎn)品，具有密度高而分布均勻、產(chǎn)品內(nèi)部不存在氣泡、成品晶粒間顯微孔隙度很低，其力學(xué)性能與電性能均比別的成形方法好。

第二：等靜壓制品幾乎無內(nèi)應(yīng)力，壓坯可以直接進(jìn)窯燒結(jié)，不會(huì)翹曲與開裂。

第三：制作長徑比（長度與直徑之比）很大的產(chǎn)品是輕而易舉的事，而其他方法是則是事倍功半或者無法實(shí)現(xiàn)。

第四：制作高熔點(diǎn)、高硬度材料的大型產(chǎn)品及形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。

第五：等靜壓成形的坯體比其他成形方法制得坯體燒成溫度低并且不會(huì)污染高純度的壓坯材料2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)