在流體靜力學中存在一條帕斯卡原理：即在不可壓縮的流體中，如果在其任意一點施加壓力，所受的壓強都會等值地傳遞到流體的各個方向，使每一點都會達到靜力平衡的狀態。具象到生活中，可以用于解釋“氣球為什么是圓的？”“千斤頂為什么力大無窮？”這些問題。而在粉體工藝中，這個原理也被成功利用并開發出了等靜壓成型技術。

帕斯卡現象

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不可壓縮和均勻傳遞壓力的性質從各個方向對加工件進行均勻加壓，使粉體各個方向上受到的大小一致的壓力，從而實現高致密度、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，而與材料的成型溫度、壓力有關，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，冷等靜壓設備在常溫下運行，無需加熱裝置，一般由加壓站、冷卻系統、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，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、煅造或熱等靜壓等工序提供具有足夠強度的“生坯”，并可在燒結之前對其進行較為精細的機械加工，顯著減少燒結后制品的加工量。

干袋、濕袋冷等靜壓機結構圖

（來源：陽誠基金）

根據其成型過程不同，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，經密封后再置于高壓缸中進行壓制，在壓制過程中，包套完全浸入液體，與壓力傳遞介質直接接觸。

濕袋式冷等靜壓機（來源：比利時EPSI公司）

由于成型模具可以根據需求隨意定制形狀和尺寸，因此濕袋法的適用性很強，且可同時在一個高壓缸內壓制多個坯體，生產成本低廉。但要進行裝袋、卸袋等才做，工序較多，生產效率較難提高，較適用于實驗室制備或小批量生產。

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，粉料裝入成型橡皮模后，再一起放進加壓模具內，在此過程中，成型橡皮模并不與液體介質直接接觸，而是使高壓介質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（來源：成都東谷精工機械有限公司）

這種方式的自動化程度較高，可實現連續生產，適用于大批量生產，但因加壓橡皮模不易經常更換，成型的產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℃，壓強范圍可達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，基板燒結收縮一致，物理性能和電氣性能因此大大提升。

溫等靜壓機

（來源：山西鴻煷機械設備股份有限公司）

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部熱交換器施加到工作介質，再通過增壓器不斷把壓力介質加入工作缸內部，達到對粉體加熱加壓的目的，這種工作方式會使壓力介質受到摩擦、增壓的作用而持續升溫，較難實現對溫度的精準控制，同時工作缸內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）的同時利用加熱爐對制品施加1000~2200℃的高溫，從而使制品得以燒結或致密化的過程。

江豐電子超大規格熱等靜壓設備

熱等靜壓原理

目前這種技術廣泛用于先進陶瓷、金屬合金以及增材制造等領域，既可以使粉末直接加熱加壓成型、燒結，也可以用于工件的粘結擴散（不同材料間發生冶金結合）以及直接對已成型的坯體進行熱致密化處理，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致能耗較大，同時也無法以液體作為壓力介質，而需要以較為昂貴的氬氣、氮氣、氦氣等惰性氣體或其他混合氣體作為壓力介質，成本相對較高，也存在一定的危險性。

總結

溫度和壓強是等靜壓技術中影響制品質量的關鍵因素，冷等靜壓成型只需在常溫下進行，可提供高達600MPa的壓強，一般是為后續燒結提供足夠強度的坯體。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行，可一步實現陶瓷的成型與燒結，在先進陶瓷、硬質合金等硬脆材料的致密化燒結方面顯示出無可替代的優勢。

參考文獻：

1.杜苗鳳. 凝膠注模結合冷等靜壓成型氧化鋁工藝研究[D].機械科學研究總院.

粉體圈Corange整理

本文為粉體圈原創作品，未經許可，不得轉載，也不得歪曲、篡改或復制本文內容，否則本公司將依法追究法律責任。