在流體靜力學(xué)中存在一條帕斯卡原理：即在不可壓縮的流體中，如果在其任意一點(diǎn)施加壓力，所受的壓強(qiáng)都會等值地傳遞到流體的各個(gè)方向，使每一點(diǎn)都會達(dá)到靜力平衡的狀態(tài)。具象到生活中，可以用于解釋“氣球?yàn)槭裁词菆A的？”“千斤頂為什么力大無窮？”這些問題。而在粉體工藝中，這個(gè)原理也被成功利用并開發(fā)出了等靜壓成型技術(shù)。

帕斯卡現(xiàn)象

等靜壓成型是將待壓件的粉體置于高壓容器中，利用液體或氣體介質(zhì)不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質(zhì)從各個(gè)方向?qū)庸ぜM(jìn)行均勻加壓，使粉體各個(gè)方向上受到的大小一致的壓力，從而實(shí)現(xiàn)高致密度、高均勻性坯體的成型。在這過程中，材料的特性與尺寸、形狀、取樣方向無關(guān)，而與材料的成型溫度、壓力有關(guān)，因此等靜壓成型也可以分為冷等靜壓、溫等靜壓和熱等靜壓三種。

一、冷等靜壓成型

冷等靜壓是目前最常用的等靜壓成型技術(shù)，冷等靜壓設(shè)備在常溫下運(yùn)行，無需加熱裝置，一般由加壓站、冷卻系統(tǒng)、缸體（鋼筒）、框架、上端塞（頂蓋）、控制柜等組成。通常利用液體（例如水或油或乙二醇混合液體）為壓力介質(zhì)，利用橡膠和塑料作包套模具材料，相比熱等靜壓，可對粉末施加更高的壓力（100-630MPa），可為下一步燒結(jié)、煅造或熱等靜壓等工序提供具有足夠強(qiáng)度的“生坯”，并可在燒結(jié)之前對其進(jìn)行較為精細(xì)的機(jī)械加工，顯著減少燒結(jié)后制品的加工量。

干袋、濕袋冷等靜壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

（來源：陽誠基金）

根據(jù)其成型過程不同，冷等靜壓可分為濕袋式和干袋式兩種形式。

1.濕袋法

濕袋法是將粉料先放入具有彈性的成型模具（即包套）內(nèi)，經(jīng)密封后再置于高壓缸中進(jìn)行壓制，在壓制過程中，包套完全浸入液體，與壓力傳遞介質(zhì)直接接觸。

濕袋式冷等靜壓機(jī)（來源：比利時(shí)EPSI公司）

由于成型模具可以根據(jù)需求隨意定制形狀和尺寸，因此濕袋法的適用性很強(qiáng)，且可同時(shí)在一個(gè)高壓缸內(nèi)壓制多個(gè)坯體，生產(chǎn)成本低廉。但要進(jìn)行裝袋、卸袋等才做，工序較多，生產(chǎn)效率較難提高，較適用于實(shí)驗(yàn)室制備或小批量生產(chǎn)。

2.干袋法

干袋冷等靜壓的模具是由加壓模具（“干袋”）和成型模具組成的“雙袋”系統(tǒng)，粉料裝入成型橡皮模后，再一起放進(jìn)加壓模具內(nèi)，在此過程中，成型橡皮模并不與液體介質(zhì)直接接觸，而是使高壓介質(zhì)通過干袋把壓力均勻傳遞到模具周圍。成型后，成型模具連同坯體一起由活塞帶出。

大型干袋等靜壓機(jī)（來源：成都東谷精工機(jī)械有限公司）

這種方式的自動化程度較高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，適用于大批量生產(chǎn)，但因加壓橡皮模不易經(jīng)常更換，成型的產(chǎn)品尺寸和形狀受到限制。

二、溫等靜壓成型

溫等靜壓的壓制溫度介于熱等靜壓與冷等靜壓之間，通常不超過500℃，壓強(qiáng)范圍可達(dá)300MPa左右，主要用于在室溫條件下不能成型的粉體物料(如聚酰胺、橡膠等），尤其適用于電子陶瓷制品（多層陶瓷電容、燃料電池、太陽能基板）的生坯層壓致密處理，在一定的溫度和壓力下，使生瓷體緊密粘接，形成一個(gè)完整的多層基板坯體，在一定的溫度和壓力下，使它們緊密粘接，形成一個(gè)完整的多層基板坯體，由于層壓壓力可以均勻分布到生瓷體上，基板燒結(jié)收縮一致，物理性能和電氣性能因此大大提升。

溫等靜壓機(jī)

（來源：山西鴻煷機(jī)械設(shè)備股份有限公司）

但是溫等靜壓的溫度和壓力對于制品有著很大的影響，但其工作原理主要通過外部干套或內(nèi)部熱交換器施加到工作介質(zhì)，再通過增壓器不斷把壓力介質(zhì)加入工作缸內(nèi)部，達(dá)到對粉體加熱加壓的目的，這種工作方式會使壓力介質(zhì)受到摩擦、增壓的作用而持續(xù)升溫，較難實(shí)現(xiàn)對溫度的精準(zhǔn)控制，同時(shí)工作缸內(nèi)均溫性也難以得到保證。

三、熱等靜壓成型

熱等靜壓工藝是向制品施加各向同等壓力（100~200MPa）的同時(shí)利用加熱爐對制品施加1000~2200℃的高溫，從而使制品得以燒結(jié)或致密化的過程。

江豐電子超大規(guī)格熱等靜壓設(shè)備

熱等靜壓原理

目前這種技術(shù)廣泛用于先進(jìn)陶瓷、金屬合金以及增材制造等領(lǐng)域，既可以使粉末直接加熱加壓成型、燒結(jié)，也可以用于工件的粘結(jié)擴(kuò)散（不同材料間發(fā)生冶金結(jié)合）以及直接對已成型的坯體進(jìn)行熱致密化處理，消除工件的缺陷等，對于許多合金甚至能夠有近乎100%的理論密度。

熱等靜壓粉末冶金示意圖（來源：陽誠基金）

但由于需要較高的操作溫導(dǎo)致能耗較大，同時(shí)也無法以液體作為壓力介質(zhì)，而需要以較為昂貴的氬氣、氮?dú)狻⒑獾榷栊詺怏w或其他混合氣體作為壓力介質(zhì)，成本相對較高，也存在一定的危險(xiǎn)性。

總結(jié)

溫度和壓強(qiáng)是等靜壓技術(shù)中影響制品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，冷等靜壓成型只需在常溫下進(jìn)行，可提供高達(dá)600MPa的壓強(qiáng)，一般是為后續(xù)燒結(jié)提供足夠強(qiáng)度的坯體。溫等靜壓則常作為坯體的層壓致密處理，尤其適用于電子陶瓷制品的成型。而熱等靜壓在高溫高壓下進(jìn)行，可一步實(shí)現(xiàn)陶瓷的成型與燒結(jié)，在先進(jìn)陶瓷、硬質(zhì)合金等硬脆材料的致密化燒結(jié)方面顯示出無可替代的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

1.杜苗鳳. 凝膠注模結(jié)合冷等靜壓成型氧化鋁工藝研究[D].機(jī)械科學(xué)研究總院.

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