把粉體壓成形狀的兩條路
第 1 篇鋪陳了陶瓷的難題：你沒辦法像對金屬那樣把陶瓷熔了澆鑄、或鍛打成形，因為它的離子—共價鍵寧可碎裂也不肯流動。於是你反過來做——先用鬆散的粉體把形狀堆出來，之後才加熱把顆粒焊在一起。這第一步、也就是把粉體塑成形狀，叫做成形，而這一階梯要走過它的各種方法。其中最簡單、也是本篇的全部主題的兩種，靠的是同一個粗暴的念頭：把偏乾的粉體壓到它能自己撐住。它們就是乾壓（模壓）與冷均壓。
這兩者的血緣幾乎完全相同，卻在一個關鍵處分道揚鑣：壓力從哪裡來。在模具裡，你從單一方向施壓，把粉體夾在兩個硬沖頭之間擠。在冷均壓裡，你把粉體裹進橡膠模，用流體同時從四面八方擠它。就這一個差別——單一方向對上四面八方——結果卻決定了下游的一切：堆積有多均勻、你能做出哪些形狀、以及你會繼承哪些缺陷。把它記牢；整篇的樞紐就轉在這裡。
乾壓：又快、又便宜、無所不在
單軸模壓是陶瓷裡最樸素的一道食譜：把能自由流動的粉體倒進硬化鋼模，夾在上、下沖頭之間擠壓，鬆開，再把壓實體頂出來。它也是最快的——一台現代自動壓機每分鐘能沖出數十到數百件。這份速度，加上剛性模具能把形狀定到精準的尺寸，正是世上絕大部分陶瓷都這樣做的原因：地磚與壁磚、切削刀具上那些小小的碳化物與氧化鋁刀粒、火星塞本體、砂輪、結構用耐火磚形、電容與電子用圓片。當一件工件又小、又矮胖、又要以百萬計時，你就把它壓出來。
- 把能自由流動的造粒粉填進模穴，讓它均勻沉落，處處都是相同的堆積。
- 壓下上沖頭施壓——可以是單向（下沖頭固定）或雙向（兩個沖頭都動）。
- 隨壓力上升，顆粒先滑動、再變形、最後破裂，氣孔隨之塌陷，直到生坯密度達到理論密度的約 55 到 60 percent。
- 卸載；壓實體會微微回彈，因為粉體中的彈性應變鬆開了。
- 用下沖頭把生坯頂出，然後重複——每件只要幾秒。
第 1 步裡藏著一個微妙處。你倒進去的粉體，並不是上一階梯那種細緻的原級粉——一微米的粉又蓬、又黏成一團，不會均勻地流進模具。取而代之的是把它噴霧乾燥成能自由流動的顆粒，是約 50 到 200 micron 的小球，每一顆都是一叢原級顆粒，被黏結劑與塑化劑黏在一起。那些顆粒倒起來就像細沙。接著在沖頭底下，壓實體分三幕緻密化：先是顆粒滑動、重排，再是彼此變形，最後破裂，好讓原級顆粒重新堆成更緊密的一層。20 到 150 MPa 的典型壓力就撐起了整個過程。
模壁摩擦問題：密度梯度從何而來
模壓最大的弱點就寫在它的幾何裡。當你把沖頭往下壓，粉體並不會忠實地把壓力傳到遠端——粉體柱沿著剛性模壁拖磨，那份模壁摩擦便隨深度穩穩地把壓力洩掉。於是靠近運動沖頭的粉體感受到全部負荷、堆得緻密，而遠離沖頭的粉體只感受到一小部分、仍舊鬆散。結果就是一道密度梯度被就地烤進生坯：一端緻密、一端鬆軟，而且肉眼看不出來。
這種衰減大致是指數式的。深度 z 處的軸向壓力按 P(z) = P0 times exp(-4 mu K z / D) 下降，其中 mu 是模壁摩擦係數、K 是粉體傳遞的側向對軸向應力之比、D 是模具直徑。給它填上數字：取一個集總的模壁因子 4 mu K 約 0.5，再取一根高與寬相等的粉體柱（z/D = 1）。遠端於是只感受到 exp(-0.5)、約為頂端壓力的 0.6——在一個工件高度內就損失 40 percent，而且柱子愈高，情況指數式地愈糟。就這一條方程式，說明了為什麼模壓只做矮胖的形狀，從不用來壓一根又長又細的棒。
UNIAXIAL DIE PRESSING COLD ISOSTATIC PRESSING (CIP)
pressure from the punch, downward fluid pressure from ALL sides
| P (top punch) fluid at P = 100-400 MPa
v --> +-----------+ <--
+===========+ <- rigid steel die | ####### |
| ######### | DENSE near the punch --> | ####### | <--
| ######### | | | ####### |
| ::::::::: | | friction bleeds --> | ####### | <--
| ......... | v pressure w/ depth | ####### |
| . . . | LOOSE, far from punch --> +-----------+ <--
+===========+ fluid at P
density DROPS down the column density UNIFORM everywhere
gradient -> warps on firing no wall -> no gradient有兩個小技巧能在不離開模具的情況下馴服梯度。第一，讓工件矮胖——把高徑比壓低，讓任何粉體都不會離沖頭太遠。第二，雙向加壓：讓兩個沖頭同時往內驅動，使壓力自上、下一齊進入，把有效柱長減半，並把鬆軟、脆弱的那一面挪到正中央、而非停在某個端面。何必為一道你根本看不見的梯度費心？因為它是一顆定時炸彈。燒結緻密化時，坯體會線性收縮 15 到 20 percent，而較緻密的區域比鬆散的收縮得少。於是一塊上面 60 percent、下面 54 percent 緻密的生坯，在爐子裡會不均勻地拉扯——這種差異收縮會把工件拱成翹曲、或以裂縫把它撕開。你在生坯時看不見的梯度，燒成後就變成你想錯過都難的翹曲。
冷均壓：來自四面八方的壓力
如果模壁摩擦是病，那把模壁拿掉就是解藥。在冷均壓（CIP）裡，你把粉體封進柔軟的橡膠或彈性體模，將封好的模浸入流體——通常是油或水——再對流體加壓，一般到 100 到 400 MPa，有時高達約 700。這時壓力從各個方向等量往內壓（這正是「均壓」的意思），沒有模壁可拖磨，也沒有特權的軸向。做出的生坯密度比模具能達到的更高，而且更重要的是——均勻，沒有梯度，於是生坯均勻性極佳，工件燒結時收縮得均勻。
由於沒有剛性模具強行規定矮胖的形狀，冷均壓讓你能做出模壓做不到的那些東西：又長又細的棒、管與坩堝、大塊胚料與濺鍍靶材，還有高長徑比、模具永遠填不均勻的工件。它有兩種型式。濕袋式冷均壓把填好的模裝進壓力容器，每一循環後再吊出來——靈活，適合大型或單件，但慢。乾袋式冷均壓則把模永久建進容器，只裝卸粉體，因此又快、又能自動化；世上以億計的火星塞絕緣體，就是這樣壓出來的。
冷均壓不是免費午餐，對它的帳單老實一點是划算的。柔軟的模無法像鋼模那樣守住精準尺寸，所以冷均壓的工件表面粗糙、公差寬鬆，通常需要生坯加工——在燒結前把軟壓實體車削或銑削——或事後用鑽石磨削。濕袋循環慢，而高壓容器是一套昂貴的設備。所以這個選擇是一樁熟悉的工程權衡：當你要又便宜、又快、又精準、又矮胖、以百萬計的工件，就伸手拿模具；當你需要均勻密度、需要模具根本做不出的形狀、或是一件大到或細到梯度會毀了它的工件，就伸手拿冷均壓。
生坯，以及乾壓做不到的事
不論你用哪一種壓機，你走開時手裡拿的都是同一件東西：一塊生坯，密度約為理論密度的 55 到 65 percent，靠摩擦與你摻進去的一點黏結劑撐住形狀，恰好有足夠的生坯強度，能被拿取而不碎散。在能燒結之前，那點黏結劑必須先被溫和地燒掉——一段緩慢、低溫的保溫——否則它會使工件起泡、開裂；但脫脂與燒結本身屬於後面的階梯。此刻，生坯不過是成形這一步交給爐子的接力棒，而爐子能做到的一切，早已被那根棒有多好給定死了。
在它擅長的事情上，壓製無可匹敵，但它有硬性的極限——而這些極限正是這一階梯其餘各篇存在的理由。它需要能自由流動的造粒粉，所以鋪不出一片薄薄的平板；那件差事交給流延成形（第 3 篇）。它從外側施壓，所以做不出茶壺或洗手台那樣複雜的中空形狀；那交給注漿成形（第 3 篇）。它拉不出連續的管或蜂巢——那是擠出成形——也模不出又小、又精細、又精密的零件——那是射出成形（第 4 篇）。而最新的路線根本不用模具，一層一層把形狀堆起來，就是陶瓷版的積層製造。
不過，請留意這一階梯每種方法共有的東西。每一種都只是把粉體排成一個形狀與一個生坯密度的辦法，而每一種都用同一把尺來評判：它留下的堆積有多高、又有多均勻。這正是為什麼第 5 篇要從個別方法退後一步、回到生坯本身——它的密度、它的均勻性，以及本篇已經以縮影展示過的那條不留情面的規則。你今天壓進去的密度梯度，就是你明天燒出來的翹曲、裂縫或弱點。把生坯掌握住，你就把成形掌握住了。