等静压技术及其应用.docx

等静压技术及应用1. 等静压技术 .......................................................................................................................21.1 等静压技术的介绍及发展情况 ....................................................................................21.2 等静压技术的应用 ........................................................................................................42.冷等静压技术 .......................................................................................................................42.1 冷等静压在陶瓷中的应用 ............................................................................................52.2 在粉末冶金中的应用 ....................................................................................................62.3 冷等静压技术在食品加工行业中的应用 .....................................................................83.热等静压 ...............................................................................................................................93.1 热等静压技术在硬质合金中的应用 ...........................................................................103.2 在粉末冶金中的应用 ..................................................................................................113.3 在陶瓷中的应用 ..........................................................................................................12等静压技术1.1 等静压技术的介绍及发展情况等静压成形技术是一种利用密闭高压容器内零件受到各向均等的超高压压力状态进行成形的先进制造技术，根据静压力基本方程(p=p+pgh)，盛放在密闭容器内的液体，其外加压强 p。

发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点，这就是等静压成形的原理目前等静压技术的应用领域主要集中在粉末高压固化烧结、扩散连接及组件扩散连接等领域其分类也根据产品成形温度的不同分为冷等静压技术（常温，一般使用压力为 100~ 630MPa）、温等静压技术（温度一般在 80～120 ℃下，压力为 300MPa 左右）热等静压技术（工作温度一般为 1000~2200℃ ，工作压力常为100~200MPa等静压技术作为一种先进成形技术，与传统的成形技术相比具有明显的优势，主要集中在：第一．等静压成形的产品，具有密度高而分布均匀、产品内部不存在气泡、成品晶粒间显微孔隙度很低，其力学性能与电性能均比别的成形方法好第二．等静压制品几乎无内应力，压坯可以直接进窑烧结，不会翘曲与开裂第三．制作长径比（长度与直径之比）很大的产品是轻而易举的事，而其他方法是则是事倍功半或者无法实现第四．制作高熔点、高硬度材料的大型产品及形状复杂的产品第五．等静压成形的坯体比其他成形方法制得坯体烧成温度低并且不会污染高纯度的压坯材料由于等静压技术有着传统材料成形方法所无法比拟的优点，并且随着新材料新工艺的不断出现，使得等静压设备的需求不断增加，其产品的应用领域不断扩大，特别是 1955 年美国巴特尔研究所为了研制核反应堆的材料而开发了热等静压应用技术以来，经过 70~80 年代，各国开始的高技术热潮也有力地推动了 HIP 技术的发展，将热等静压技术作为陶瓷、高温合金、复合材料成形的一种重要的工艺手段。

在美国、日本、瑞典等国都已进行工业化生产为了适应新工艺的要求, 同时开发出了高温 HIP、超高压 HIP、O 2 —HIP、浸渍 H IP、烧结 HIP 等多种特殊用途的 HIP 设备由于 HIP 技术的迅速发展, 在 80 年代世界各国投入使用的 HIP 设备迅速增长据统计, 从 1955～1975 年的 20 年间, 全世界 HIP 设备台数共为 99 台, 而 1983～1988 年的 5 年间, 平均每年投入使用的 HIP 设备达 90 台这也从一个侧面反映了 HIP 迅猛发展之趋势等静压产品也开始进入了重要的工程项目，例如，近海油气田的开发中，瑞典粉冶公司向北海油田提供了 1500 吨 HIP 产品，西欧、北美、日本和俄罗斯共同建造的 2000 兆瓦核聚变反应堆广泛采用了 HIP 制品，其中仅第一壁的结构重量就达 4100 吨我国等静压技术的研究起步较晚，热等静压技术的研制与开发始于 60 年代经过 30 多年的努力, 今天在研究、开发与应用方面均已形成一定的规模在粉冶高温合金、粉末高速钢以及高温合金铸件的致密化处理等领域，国内的有关科研机构做了大量的基础性研究，同时用于研究和生产的 HIP 设备也迅速地加了, 以不低于 152%的速度从 1988 年的 25 台跃增至 1998 年的 63 台，30 多年来, 我国等静压技术虽取得了可喜的成绩和得到了迅速的发展，但在总体水平上仍落后于西方发达国家。

图 1 HIP 设备的应用领域1—高温合金, 2—硬质合金, 3—陶瓷, 4—合成材料5—扩散粘结, 6—铸件致密化, 7—Be 材, 8—其他图 2 HIP ( 包括烧结- HIP ) 设备数量的增长1.2 等静压技术的应用等静压技术初期主要应用于粉末冶金的粉体成型；尤其是发动机整体叶盘制造，在航空航天领域具有重要的意义现代航空发动机的结构设计和制造技术是发动机研制、发展、使用中的一个重要环节，21 世纪，高推重比发动机要求减轻结构重量，降低研制和制造成本，为满足这一苛刻的要求，必须更新制造技术和改善加工工艺，在提高发动机可靠性和维护性的同时，尽可能提高发动机的推力和推重比，减轻重量超高压等静压成型技术为利用特种轻质高性能材料实现发动机整体、轻量化成型提供了契机，为我国以F119、F120、EJ200 为标志第四代战斗机和大型飞机制造给予重要的技术支持如图 3 为利用等静压技术压制的粉末钛合金叶轮同样，等静压技术在民用油泵等叶轮的制造上发挥出色，显著提高叶轮在低温下的力学性能此外，等静压技术可广泛应用于陶瓷、铸造、原子能、工具制造、塑料和石墨等领域，在零件致密化处理和复合、连接方面具有卓越的表现。

图 3 等静压技术制造的粉末钛合金叶轮2.冷等静压技术冷等静压技术是在常温下实现等静压制的技术，通常以橡胶或者塑料作为包套的模具材料，以液体或弹性体（塑料、橡胶）为压力介质，压力可以达到600MPa冷等静压技术克服了普通模压技术产生形状畸变等弊端，使冷等静压的压坯密度高而且均匀，收缩量小，形状也容易控制，其应用范围已经从难容金属、硬质合金扩大到其他的粉末冶金领域由于冷等静压工艺成形压坯的尺寸只受高压缸内腔尺寸的限制，不需要受到普通模压压力机总压力的控制，所以采用冷等静压技术可以成形大尺寸的压坯利用冷等静压技术通过塑性包套的模腔或者刚性模件构成的模腔可以成形复杂形状的压坯2.1 冷等静压在陶瓷中的应用目前，冷等静压技术已经应用在陶瓷工业中，包括耐火砖、陶瓷管、氧化铝灯管、氧化铝研磨球等，如图 4 所示a） b）c) d)图 4 冷等静压成形的陶瓷产品 （a 氧化铝研磨球 b 钛酸铝生液管 c 高压电磁绝缘子 d 陶瓷真空灭弧室）其国内应用的产品如下表所示表一名称 材料 尺寸 批量 备注97%氧化铝陶瓷天线罩Al2O3陶瓷 外径 210，孔径 200，高500(mm)圆锥形，壁厚为4～5mm (变化值) ，公差尺寸0.03mm国内可批量生产经冷等静压成形带伞棱的97 氧化铝陶瓷高频端子绝缘瓷套Al2O3陶瓷 φ200×470×100(ram)(外径× 孔径×高度)国内可批量生产采用冷等静压成型，经烧结，切削修坯，高温 1 730℃烧成，磨削加工高铝陶瓷热电偶保护管长达 l000mm壁厚 lmm，外径 25～50mm经冷等静压成形高压钠蒸气放电灯管Al2O3陶瓷 长为250ram，壁厚只有0.6mm 冷等静压成形壁厚公差控制在0．1mm以内多孔陶瓷管 平均粒径220μm的刚玉粉φ60mm×40mm×φ1000mm山东理工大学研制采用冷等静压成型法，经过1400℃烧成热电偶保护套管氮化硅陶瓷 长为700mm，外径φ28mm，内径φ16mm西北工业大学研制冷等静压成形，采用阶梯式烧结2.2 在粉末冶金中的应用冷等静压技术广泛用来制做尺寸大，形状复杂，性能要求严格的硬质合金轧辊，人造金刚石用顶锤，硬质合金刀具等。

还广泛用来成形高径比大的各类粉末材料，如钨、高速钢、铍、铝等棒状、管状不同尺寸形状的坯件，从而保证了这些材料的性能，发挥了粉末冶金与冷等静压技术相结合的优越性如图5 所示为用金属粉末采用冷等静压法所压制成的各种高精度刀具预制成形毛坯图 5 金属粉末采用冷等静压法所压制成的各种高精度刀具预制成形毛坯其在粉末冶金方面的应用如下表所列表二 名称 材料 尺寸 批量 备注高速钢复合轧辊2. 5C-5Cr-M o-V系φ400～500x700 国内可生产 经冷等静压成形硬质合金六面顶锤YC6硬质合金粉末φl13×φ92mm， φl02×102mm国内可生产 经冷等静压成形，经整形后，用常规粉末 冶金方法烧结双金属管 外径34 ~146mm 壁厚3.5mm，衬里厚度2mm用气体喷雾法得到的粉末封装，冷等静压压制，再进行热挤压粉末冶金钛过滤管钛粉末 φ90mm×5mm×800mm经冷等静压成形电流引线 Bi-2223 0.27cm×0.86cm×5.5cm采用CIP和热压结合制造2.3 冷等静压技术在食品加工行业中的应用用于食品的低温杀菌和灭酶，采用冷等静压高静压处理，只对蛋白质和酶类的分子立体结构中非共价键的结合产生影响，对其它的风味物质、色素、维生素等没有影响，在杀菌和灭酶的同时保持了食品原有的味道和色泽。

如：高静压加工后的果汁保持了 95％以上的维生素含量，而热加工后的果汁只有 72％一 78％开发新型食品方面，由于高静压处理对食品的蛋白质、脂类、多糖等主要成分有不同程度的作用，可以改善其功能特性，生产出属性不同的新型食品食品中的蛋白质经过高静压处理后发生变性，形成凝胶，其组织结构、凝胶强度、外观、口感均比热处理形成的凝胶要好如：鸡蛋经 50。