等靜壓加工

用高壓泵把傳壓流體介質壓入封閉的容器內，容器內的工件在高壓流體介質的靜態壓力作用下成型，成為緻密體或粘結一起。等靜壓工藝可使工件在各個方向上獲得均勻的壓應力。按加工温度分冷等靜壓加工和熱等靜壓加工兩類 ^[1]  。

典型工藝是將粉末裝入具有彈性的軟套中（一般用橡膠或塑料製成），軟套封口後放入可密封的容器（缸體）中，液體介質的壓力均勻地作用在包套上，再將壓力傳遞到工件上，實現等靜壓制。常用液體介質為水和油的混合乳液或油，所以有“水靜壓”、“油靜壓”之稱。冷等靜壓多用於粉末冶金以獲取粉末預成型坯料。20世紀30年代中期，開始應用冷等靜壓法壓制鎢、鉬以及陶瓷製品。與機械壓制相比，由於冷等靜壓制壓力大，工件受力均勻，特別適宜壓制大尺寸的粉末製品。壓制的粉末製品具有密度高，密度均勻，壓制的粉末不需添加潤滑劑等優點。常用的冷等靜壓機的工作壓力可高達6500kgf/cm2。按照容器密封結構不同，冷等靜壓機可分為螺紋式和框架式兩類。螺紋式冷等靜壓機結構簡單，但操作勞動強度大，使用過程螺紋磨損嚴重，通常是容器（缸體）小的等靜壓機；框架式冷等靜壓機，設備雖然複雜，但安全可靠，操作簡便，通常是容器（缸體）較大的壓機 ^[2]  。

冷等靜壓制按粉末裝入方式不同又分為幹袋模壓制和濕袋模壓制。兩者根本區別是：幹袋模壓制的成型橡皮袋不浸泡在液體介質中，壓畢，取出壓塊和成型模袋，而加壓橡皮袋仍留在容器內供下次裝料使用；幹袋模壓制的模袋壽命長,生產效率高,適用於單件連續生產。濕袋模壓制（圖1）是常用的壓制工藝,裝料後模袋放入容器並浸泡在液體介質中,壓畢同時取出模袋和坯料。該工藝可同時壓制各種形狀的壓件，但脱模耗時長。

利用高温氣體（氬或氦）產生的流體靜壓力進行加工。1955年美國巴蒂爾研究所首先研製成功，60年代初獲得工業應用，解決了核燃料元件的擴散粘結問題。早期熱等靜壓又稱“氣體加壓粘接”(gas-pressure bonding)、“氣體加壓固結”（gas-pressure consolidation）。60年代中期到70年代初期,由於氣體霧化和離心霧化製取高性能粉末工藝的出現和應用，使熱等靜壓工藝獲得了很大的發展，成為一種工業生產的方法。熱等靜壓工藝是在高温下加壓成型，因而獲得製品的孔隙少，密度與熔鍊加工材料相近，且晶粒細、各向性能均勻。因此：

①熱等靜壓主要應用於高性能的粉末材料製品的成型，如粉末冶金高温合金、粉末冶金高速鋼、陶瓷材料等的工業生產，在製取粉末冶金鈦合金零件上開展了廣泛的研究。

②消除硬質合金、鑄件、構件或使用後的構件的內部缺陷（如氣孔、裂紋等），提高鑄件、構件質量或使構件重新返回使用，這也是熱等靜壓的重要應用。

③熱等靜壓工藝還應用於固態材料的粘結，例如金屬和金屬、陶瓷或纖維複合材料的粘結。

熱等靜壓設備通常由裝有加熱爐體的高壓容器、高壓氣體介質輸送、電氣、測温和冷卻等系統組成。直到70年代末，雖然最大的熱等靜壓機的缸體尺寸為直徑3050mm，長度9150mm；最高氣體壓力為10500kgf/cm2；最高加熱温度為2700℃。但工業生產用的熱等靜壓機一般壓力為1500～2000kgf/cm²，温度為1500℃。採用熱等靜壓固結粉末時，將粉末預成型製成坯料或通過振動將粉末直接裝入硬質包套中。包套封焊前需在室温或加温抽真空過程中封焊。封焊後的包套放入高壓容器。然後，可先打入氣體（低於最終氣壓），再進行升温，由於氣體的加熱膨脹最終達到所規定的氣體壓力；也可同時升温和加壓。熱等靜壓工藝中，包套的抽空和密封對產品質量有明顯的影響，是熱等靜壓工藝的關鍵之一。包套一般採用金屬（軟鋼、不鏽鋼、鈦等）或陶瓷材料製成。最早採用的是金屬包套，適於生產簡單形狀的製品；陶瓷包套性脆、不致密，需放在金屬套中，兩層包套之間的間隙用傳壓介質(陶瓷粉末)填充，陶瓷包套材料適用於形狀複雜和尺寸精密的製品 ^[3]  。

等靜壓技術作為一種先進成形技術，與傳統的成形技術相比具有明顯的優勢，主要集中在： 

第一：等靜壓成形的產品，具有密度高而分佈均勻、產品內部不存在氣泡、成品晶粒間顯微孔隙度很低，其力學性能與電性能均比別的成形方法好。 

第二：等靜壓制品幾乎無內應力，壓坯可以直接進窯燒結，不會翹曲與開裂。 

第三：製作長徑比（長度與直徑之比）很大的產品是輕而易舉的事，而其他方法是則是事倍功半或者無法實現。 

第四：製作高熔點、高硬度材料的大型產品及形狀複雜的產品。

第五：等靜壓成形的坯體比其他成形方法制得坯體燒成温度低並且不會污染高純度的壓坯材料 ^[2]  。