
溫等靜壓機(jī)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(zhì)將壓力均勻傳遞至物料,同時(shí)配合加熱系統(tǒng)實(shí)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(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
一、核心動(dòng)力:流體介質(zhì)實(shí)現(xiàn) “均勻施壓”
區(qū)別于傳統(tǒng)壓機(jī)的 “單向 / 多向機(jī)械施壓”,溫等靜壓機(jī)依靠流體介質(zhì)(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(shù)特點(diǎn)。
1.壓力傳遞過程
壓機(jī)的高壓缸內(nèi)充滿流體介質(zhì),通過高壓泵對(duì)介質(zhì)施加壓力(通常可達(dá) 100-300MPa,部分設(shè)備甚至更高)。根據(jù)帕斯卡定律,流體中的壓力會(huì)向各個(gè)方向均勻傳遞,且傳遞過程中壓力損失極小,使置于介質(zhì)中的物料(通常裝在柔性模具內(nèi),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(dǎo)致的污染,又能讓壓力更均勻地滲透到物料內(nèi)部(如粉末顆粒間隙),尤其適合形狀復(fù)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(jī)在施壓的同時(shí),通過加熱系統(tǒng)將缸內(nèi)溫度提升至特定區(qū)間(通常為 200-2000℃,根據(jù)物料需求調(diào)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(nèi)壁(如電熱絲加熱、感應(yīng)加熱),或通過加熱流體介質(zhì)間接升溫。設(shè)備配備精密溫控模塊,可根據(jù)物料特性(如陶瓷燒結(jié)溫度、金屬粉末軟化溫度)設(shè)定升溫速率(如 5-10℃/min)和保溫時(shí)間,確保溫度均勻分布在缸內(nèi),避免局部過熱導(dǎo)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(qiáng)度,使粉末顆粒在較小壓力下即可發(fā)生塑性變形;同時(shí),高溫會(huì)加速顆粒間的擴(kuò)散作用,促進(jìn)顆粒融合與孔隙消除。例如制備高密度陶瓷時(shí),常溫下需較高壓力才能壓實(shí)的粉末,在高溫(如 1200℃)配合下,較低壓力即可實(shí)現(xiàn)接近理論密度的成型,且成型后陶瓷的強(qiáng)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(jī)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(zhì)量,典型流程如下:
裝料與密封:將預(yù)處理后的物料(如干燥的粉末、預(yù)壓坯體)裝入柔性模具,密封后放入高壓缸,注入流體介質(zhì)并排出缸內(nèi)空氣(避免壓力傳遞不均)。
升壓與升溫:啟動(dòng)高壓泵逐步提升介質(zhì)壓力至設(shè)定值(如 200MPa),同時(shí)加熱系統(tǒng)開始升溫,兩者通常同步進(jìn)行,避免因素(如先高溫后高壓)導(dǎo)致物料開裂。
保壓保溫:壓力與溫度達(dá)到設(shè)定值后,進(jìn)入保壓保溫階段(通常持續(xù) 1-10 小時(shí),根據(jù)物料調(diào)整),此階段物料完成顆粒重排、孔隙收縮、化學(xué)鍵合等致密化過程。
降壓降溫與脫模:保壓保溫結(jié)束后,先緩慢降壓(避免壓力驟降導(dǎo)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。