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干压成型与等静压成型:陶瓷成型工艺对比分析

  干压成型和等静压成型的选择,本质上是在成本和性能之间做权衡。干压成型生产效率高、模具成本低,但毛坯密度均匀性有限。等静压成型毛坯密度均匀、产品性能一致性好,但生产效率低、成本高。没有哪种工艺绝对更好,关键看零件用在哪里。

  先看干压成型。陶瓷粉料被送入金属模具中,上下冲头从垂直方向施加压力,将粉料压制成型。整个过程类似制药厂压制药片,只是压力大了很多,通常在50到200兆帕。干压成型的一个循环只需要几秒钟,一台压机一天可以生产成千上万个毛坯,在效率上碾压其他成型方式。

  干压成型最适合形状简单、厚度不大的零件。陶瓷基板、小尺寸密封环、耐磨垫片——这些产品的尺寸不大、形状规则,用干压成型效率很高。生产成本也低,模具费用不高,适合大批量生产。

  但干压成型有一个先天不足:压力在垂直方向传递过程中会衰减,靠近加压面的粉料压得密实,远离加压面的粉料相对疏松。这种密度差在烧结过程中会放大,导致零件不同位置的收缩率不一致,影响尺寸精度。厚度越大,这个问题越明显。

  问:什么情况下干压成型不能用了?

  答:零件厚度超过30毫米,或者长径比大于3比1的时候,干压成型的密度均匀性就很难保证。这时候就需要考虑等静压成型或者凝胶注模成型。半导体设备用的陶瓷零件很多都是大尺寸、高精度的,干压成型满足不了要求,这也是为什么半导体级陶瓷零件多用等静压成型的原因。

  再看等静压成型。陶瓷粉料被装入柔性模具中密封好,整个放入高压容器中,液体从四面八方均匀施压。压力通常100到300兆帕,比干压还要高一些。因为是液体传压,毛坯各个方向的密度几乎完全一致。

  等静压成型最大的优势就是均匀性。毛坯密度均匀意味着烧结收缩率一致,最终产品的尺寸稳定性和一致性都好。陶瓷吸盘、机械手臂、聚焦环这些大尺寸、高精度的零件,几乎清一色用等静压成型。

  等静压成型的缺点是效率低、成本高。一个成型循环包括装料、密封、加压、保压、卸压、取出,整个过程要好几分钟,一台设备一天产量有限。柔性模具的寿命也不如金属模具。综合下来,等静压零件的单位成本比干压高2到5倍不等。

干压成型模具与等静压成型设备的对比图.png

  两种工艺不是非此即彼的关系。很多产品的工艺方案是先用一种成型方式做出毛坯,再通过精加工达到最终尺寸精度。选哪种成型方式,取决于产品的尺寸、形状、精度要求和批量大小。

  深圳方泰新材料技术有限公司同时具备干压成型和等静压成型两种工艺能力,可根据零件特点匹配最合适的成型方案——简单大批量用干压降成本,精密高性能用等静压保品质。

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