冷等靜壓(cold isostatic pressing)
捏一顆水球,裡面的壓力瞬間處處相等——這就是帕斯卡定律,也正是冷等靜壓的全部構想。你不再把粉末夾在兩個剛硬沖頭之間擠(那裡摩擦會破壞壓力),而是把粉末密封在一個有彈性的橡膠袋裡,把袋子放進充滿油或水的腔體,再把流體加壓到高壓。流體對橡膠袋每一平方毫米施加相等的壓力,於是粉末從四面八方被均勻地向內擠。沒有模壁拖曳粉末、也沒有哪個方向特別受寵,所以做出來的生坯在密度上遠比任何剛性模具能做的更均勻。
壓力很高——通常 100 到 400 MPa,遠高於單軸壓製——回報是均勻的生坯密度約在理論密度的 55 到 65 percent,且幾乎沒有梯度。工業上有兩種型式。濕袋式 CIP 把橡膠模填好、密封,再用人力或吊車放進壓力容器:較慢,但能做長件或複雜形狀。乾袋式 CIP 則把固定的橡膠膜做進容器,零件可以快速裝填與壓製,每天數以百萬計的火星塞絕緣體就是這樣做的。因為模具是軟袋,成品形狀跟著袋子走,所以尺寸不如加工過的鋼模那麼精確。
只要均勻性或棘手的幾何比嚴格公差更重要,CIP 就有它的位置:又長又薄的管與棒、濺鍍靶材、耐火坩堝、研磨球、雷達罩,以及火星塞的生坯毛胚。常見流程是先 CIP 成一個均勻的、略大的毛胚,趁它還軟、好切削時做生加工到接近最終形狀,再燒成。它較熱的兄弟——熱等靜壓——在高溫下施加同樣的全向流體(氣體)壓力,於緻密化時關閉最後的氣孔;但 CIP 本身只是一道冷成形步驟。
一根用於高溫爐的又長又薄的氧化鋁管,用模壓幾乎不可能不產生梯度,但用濕袋式 CIP 卻很容易:粉末填進套在中心芯棒上的橡膠管模,密封後在 200 MPa 下加壓,管子沿全長以均勻的約 60 percent 密度出來,可直接生加工並燒成得筆直。
來自四面八方的流體壓力帶來均勻密度與自由形狀,代價是尺寸精度與速度。
別把 CIP 和熱等靜壓(HIP)搞混:CIP 是做出均勻生坯的冷成形步驟,而 HIP 是在高溫下施壓,將已成形的零件緻密化。全向施壓的構想相同,卻是製程中完全不同的階段。