成形與塑形

模壁摩擦(die-wall friction)

把一疊硬幣往一根稍微太緊的管子裡壓,你就會感覺到:最上面的硬幣承受你大部分的推力,而深處的幾乎不動,因為管壁抓住硬幣、偷走了你的力。模壁摩擦就是陶瓷粉末(以及逐漸成形的壓坯)與鋼模壁之間同樣的那種阻力。它是模壓件永遠不會均勻緻密的唯一根本原因,理解它就等於理解壓製陶瓷為何翹曲與開裂。

用白話把機制走一遍。當你向下壓粉末,它並不只是筆直往下推;有一部分壓力會側向推向模壁。摩擦於是把那股側推轉成一個向上的阻力,抵抗沖頭。所以軸向壓力隨著往粉末深處而衰減,大致像指數遞減:上沖頭以 100 MPa 壓,視摩擦係數與零件的高寬比而定,底部可能只感受到 60 或 70 MPa。因為局部密度跟隨局部壓力,感受到較小壓力的粉末最後就較不緻密。這正是經典的 Janssen 或 Heckel 型分析所描述的:深度 z 處的壓力 P 依 P(z) = P_top times exp(-k times z) 衰減,其中 k 由模壁摩擦決定。

這就是為什麼壓製時要在每一條戰線上對抗摩擦:在粉末裡摻潤滑劑(硬脂酸、硬脂酸鋅)或噴在模壁上、用雙動或浮動模具讓兩端都被驅動、並把零件做短。若控制不住,兩件事會咬你一口——密度梯度造成燒成時收縮不均,以及更糟的頂出時的彈回與模壁拖曳,可能把零件裂成一疊圓片,也就是典型的端裂或分層裂紋。

用單動模壓一個高的氧化鋁圓柱,燒成後剖開來看:緊貼移動沖頭的頂部緻密又硬,而離沖頭最遠、被模壁摩擦掐住的底部外角則明顯較多孔——整個零件因此收縮不均並彎翹。

模壁摩擦隨深度吃掉軸向壓力,所以模壓件的密度(以及後續收縮)永遠不均勻。

潤滑劑有幫助但並非沒有代價:加太多會留下燒除後的空洞,還可能降低生坯強度。摩擦只能被管理,永遠無法消除——而這正是冷等靜壓被發明來繞開的問題。

又称
wall friction模壁摩擦力