熱等靜壓燒結

採用熱壓燒結工藝可以在比無壓燒結低的温度下獲得緻密的陶瓷燒結體，且燒結時間短得多。但熱壓燒結是採取單向加壓，因而製品的形狀和尺寸要受到模具的限制，一般為圓柱狀或環狀。此外，單向加壓還使得熱壓燒結時坯體內的壓力分佈不均勻，特別是對於非等軸晶系的樣品。熱壓後片狀或柱狀晶粒嚴重取向，容易造成陶瓷燒結體在顯微結構和力學性能上的各向異性。為了克服無壓燒結和熱壓燒結工藝所存在的這些缺陷，人們迫切希望開發出一種新的燒結工藝。

熱等靜壓燒結（也稱高温等靜壓燒結，Hot Isostatic Pressing Sintering，簡稱HIP）是使材料（粉末、素坯或燒結體）在加熱過程中經受各向均衡壓力，藉助於高温和高壓的共同作用促進材料緻密化的工藝。該工藝是在1955年由美國Bfittelle Columbus實驗室首先研製成功的，其最初主要應用於粉末冶金領域，隨着設備所能達到的温度和壓力的不斷提高，又成功地應用到陶瓷領域中的高温燒結。 ^[2] 

熱等靜壓燒結技術的特點：可在較低燒結温度下製備出微觀結構均勻、晶粒較細且完全緻密的材料；可製備出形狀複雜的產品，特別是在製備納米材料時對粉體的要求不高，甚至團聚嚴重的粉體也可用於納米陶瓷的製備。 ^[3] 

熱等靜壓燒結的特點如下所述。

(1)由於有效地在高温下施加等靜壓力，因此熱等靜壓的最大特點是能在較低的燒成温度（僅為熔點的50%～60%）下，在較短的時間內得到各相完全同性、幾乎完全細晶陶瓷製品。因此製品的各項性能均有顯著的提高。

(2)可以從粉料製得各種形狀複雜和大尺寸的製品。可以生產最大直徑達1.0m、高達1.5m的大型產品。

(3)能精確控制製品的最終尺寸，故製品只需很少的精加工甚至無需加工就能使用。這對硬度極高的以及貴重、稀有材料來説有着特別重要的意義。

(4)在熱等靜壓過程中可以將各種不同材料的部件黏合成為一個複雜的構件。 ^[4] 

HIP燒結的突出缺點是封裝技術難以掌握，需要積累大量的經驗。此外，設備的一次性投資和運轉費用都較高，這些都妨礙着該工藝的廣泛採用。

在熱等靜壓燒結過程中，最常用的壓力介質是氬氣。根據燒結材料的要求，還可以選用氫氣、氧氣、氮氣、甲烷等氣體。熱等靜壓燒結工藝可分為兩類：

(1)由陶瓷粉末成型封裝或直接封裝後經熱等靜壓燒結，即包套熱等靜壓（HIP）。

包套HIP技術的關鍵是根據不同材料選用不同的包套材料。包套必須具有良好的耐高温性，優良的可焊性和可變形性。對於氧化物陶瓷，可採用低碳鋼或不鏽鋼作為包套材料；而對於非氧化物陶瓷，由於需要很高的燒結温度，包套通常用高熔點的鉬鎢等金屬或石英玻璃製成。玻璃易於成型便於直接製備形狀複雜的製品，認為是最合適的包套材料。

(2)由陶瓷粉末成型，燒結後在經熱等靜壓再處理即無包套HIP。

無包套HIP技術是將燒結體直接放在爐膛中熱等靜壓，燒結不用任何包套。它主要用於燒結體的後處理，如消除燒結體中的剩餘氣孔，癒合陶瓷燒結體中的缺陷等。它要求處理前燒結體中基本上不含開口氣孔，即其密度必須達到理論密度的92%以上。它只能減少燒結體中剩餘氣孔的數量和大小，而不能改變晶粒的大小和第二相的含量，也不能改變晶粒及第二相的分佈。它適用於具有液相燒結，而作為壓力傳遞介質的惰性氣體對製品又無有害影響的陶瓷材料、粉末冶金材料的燒結。無包套HIP技術與普通熱等靜壓比較，降低了成本、畢產效率高，無需後續加工。 ^[4]