等静压技术及其应用

等静压技术及应用

1.等静压技术 (1)

1.1等静压技术的介绍及发展情况 (1)

1.2等静压技术的应用 (3)

2.冷等静压技术 (4)

2.1冷等静压在陶瓷中的应用 (4)

2.2在粉末冶金中的应用 (6)

2.3冷等静压技术在食品加工行业中的应用 (7)

3.热等静压 (8)

3.1热等静压技术在硬质合金中的应用 (9)

3.2在粉末冶金中的应用 (11)

3.3在陶瓷中的应用 (11)

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

—HIP、浸渍H IP、烧结HIP 艺的要求, 同时开发出了高温HIP、超高压HIP、O

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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。