
溫等靜壓機的工作原理核心是 “高溫環(huán)境 + 均勻高壓” 協(xié)同作用,通過流體介質將壓力均勻傳遞至物料,同時配合加熱系統(tǒng)實現(xiàn)物料在高溫高壓下的致密化成型,廣泛用于陶瓷、金屬粉末等材料的制備,具體可拆解為三個關鍵環(huán)節(jié)。
一、核心動力:流體介質實現(xiàn) “均勻施壓”
區(qū)別于傳統(tǒng)壓機的 “單向 / 多向機械施壓”,溫等靜壓機依靠流體介質(如液壓油、熔融鹽)傳遞壓力,確保物料各方向受力完全一致,這是其最核心的技術特點。
1.壓力傳遞過程
壓機的高壓缸內充滿流體介質,通過高壓泵對介質施加壓力(通??蛇_ 100-300MPa,部分設備甚至更高)。根據(jù)帕斯卡定律,流體中的壓力會向各個方向均勻傳遞,且傳遞過程中壓力損失極小,使置于介質中的物料(通常裝在柔性模具內,如橡膠模具)表面受到大小相同、方向垂直的壓力,避免傳統(tǒng)壓制中 “邊角密度低、中心密度高” 的問題。
2.柔性模具的適配作用
物料需先裝入柔性模具(如丁腈橡膠模具),再放入高壓缸。柔性模具能隨壓力變化貼合物料形狀,既避免物料與金屬缸體直接接觸導致的污染,又能讓壓力更均勻地滲透到物料內部(如粉末顆粒間隙),尤其適合形狀復雜的工件(如異形陶瓷件),確保成型后工件各部位密度一致。
二、溫度協(xié)同:加熱系統(tǒng)提供 “致密化條件”
溫等靜壓機在施壓的同時,通過加熱系統(tǒng)將缸內溫度提升至特定區(qū)間(通常為 200-2000℃,根據(jù)物料需求調整),高溫與高壓配合加速物料的致密化過程,提升成型效率與產(chǎn)品性能。
1.加熱方式與控溫邏輯
加熱系統(tǒng)通常集成在高壓缸內壁(如電熱絲加熱、感應加熱),或通過加熱流體介質間接升溫。設備配備精密溫控模塊,可根據(jù)物料特性(如陶瓷燒結溫度、金屬粉末軟化溫度)設定升溫速率(如 5-10℃/min)和保溫時間,確保溫度均勻分布在缸內,避免局部過熱導致物料變形或性能劣化。
2.高溫高壓的協(xié)同效果
高溫能降低物料的屈服強度,使粉末顆粒在較小壓力下即可發(fā)生塑性變形;同時,高溫會加速顆粒間的擴散作用,促進顆粒融合與孔隙消除。例如制備高密度陶瓷時,常溫下需較高壓力才能壓實的粉末,在高溫(如 1200℃)配合下,較低壓力即可實現(xiàn)接近理論密度的成型,且成型后陶瓷的強度、韌性更優(yōu)。
三、成型周期:“升壓 - 升溫 - 保壓保溫 - 降壓降溫” 全流程
溫等靜壓機的工作過程是壓力與溫度協(xié)同控制的閉環(huán)周期,各階段正確配合以確保產(chǎn)品質量,典型流程如下:
裝料與密封:將預處理后的物料(如干燥的粉末、預壓坯體)裝入柔性模具,密封后放入高壓缸,注入流體介質并排出缸內空氣(避免壓力傳遞不均)。
升壓與升溫:啟動高壓泵逐步提升介質壓力至設定值(如 200MPa),同時加熱系統(tǒng)開始升溫,兩者通常同步進行,避免因素(如先高溫后高壓)導致物料開裂。
保壓保溫:壓力與溫度達到設定值后,進入保壓保溫階段(通常持續(xù) 1-10 小時,根據(jù)物料調整),此階段物料完成顆粒重排、孔隙收縮、化學鍵合等致密化過程。
降壓降溫與脫模:保壓保溫結束后,先緩慢降壓(避免壓力驟降導致工件開裂),再逐步降溫至常溫,取出模具并脫模,得到高密度、低缺陷的成型產(chǎn)品。