姜卓鈺 張 朋 包建文王克儉

(1 北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，成型制造研究中心，北京 100029)(2 中航工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心，北京航空材料研究院，先進(jìn)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

(a) 硬度 (b) 斷裂韌度

等靜壓技術(shù)在材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

姜卓鈺1,2張 朋2包建文2王克儉1

(1 北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，成型制造研究中心，北京 100029)(2 中航工業(yè)復(fù)合材料技術(shù)中心，北京航空材料研究院，先進(jìn)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100095)

文 摘 主要闡述了等靜壓技術(shù)在金屬、金屬基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬材料以及聚合物材料等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了等靜壓技術(shù)與3D打印復(fù)合成型技術(shù)的發(fā)展趨勢，介紹了國內(nèi)外等靜壓仿真模擬技術(shù)的研究進(jìn)展，并對等靜壓技術(shù)的發(fā)展趨勢提出展望。

熱等靜壓，冷等靜壓，粉末冶金，聚合物成型

0 引言

等靜壓技術(shù)是一種能夠?yàn)橹破诽峁└飨蛲?、超高成型壓力的成型技術(shù)[1-2]，按成型溫度的不同，可分為熱等靜壓(HIP)、溫等靜壓(WIP)及冷等靜壓(CIP)三類。HIP技術(shù)最先應(yīng)用于金屬成型及后處理等工藝中，隨后逐漸地延伸到金屬基復(fù)合材料的成型；近年來，3D打印技術(shù)與等靜壓技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合成型工藝也成為了研究的熱點(diǎn)，這為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品的等靜壓成型提供了便捷的實(shí)施方案[3-5]；同時(shí)，等靜壓成型的仿真模擬技術(shù)也日益成熟，也為產(chǎn)品近凈成型的構(gòu)想提供了可靠的理論依據(jù)[6-7]。隨著等靜壓技術(shù)日益廣泛地應(yīng)用，有研究將等靜壓技術(shù)用于石墨、陶瓷等無機(jī)非金屬材料的成型，相關(guān)的理論分析也較為深入。截至目前，也有采用等靜壓技術(shù)成型聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等材料的報(bào)道，但此類報(bào)道相對較少。而對于聚酰亞胺(PI)等常溫下較難成型的聚合物材料來說，采用等靜壓成型對其工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用具有非常明顯的優(yōu)勢，產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率將會得到顯著的提高，因此將等靜壓技術(shù)應(yīng)用于此類聚合物材料的成型將會成為該技術(shù)的發(fā)展趨勢。本文主要就等靜壓技術(shù)在金屬材料、無機(jī)非金屬材料以及聚合物材料中的應(yīng)用現(xiàn)狀做一闡述，介紹了相關(guān)的復(fù)合成型技術(shù)及其模擬仿真技術(shù)的研究進(jìn)展。

1 等靜壓技術(shù)在金屬材料領(lǐng)域中的研究及應(yīng)用

HIP用于金屬及金屬基復(fù)合材料的成型或后處理時(shí)，能夠有效地去除鑄件內(nèi)部的缺陷，減少制件內(nèi)部的裂紋，提高產(chǎn)品性能，因此該技術(shù)在金屬材料成型方面的研究及應(yīng)用較為廣泛，同時(shí)等靜壓成型的仿真技術(shù)、復(fù)合成型技術(shù)的出現(xiàn)等使得HIP成型工藝更趨于完善。

1.1 金屬及金屬基復(fù)合材料的熱等靜壓成型

金屬材料的HIP成型過程中， HIP工藝參數(shù)及順序的變化會對產(chǎn)品的性能和微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，現(xiàn)階段對于這部分內(nèi)容已有較多的研究，研究對象涉及ZTC4鈦合金、鎳基合金、ZLSi7Cu2Mg合金、DD3單晶高溫合金等多種金屬材料，關(guān)于不同工藝條件對材料力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)等的影響機(jī)理的探究也較為深入。

楊偉光[8]、趙嘉琪[9]等的研究結(jié)果表明ZTC4鈦合金的熱等靜壓壓力存在極值點(diǎn)，超高的成型壓力會抑制組織的生長，反而影響了制品的力學(xué)性能，而溫度過高或者過低都會對成型產(chǎn)品的微觀組織造成不利的影響，保壓時(shí)間不足會導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，保壓時(shí)間過長又會降低生產(chǎn)效率，造成能源浪費(fèi)，因此最終確定ZTC4鈦合金的熱等靜壓工藝為920℃/125 MPa/2 h。M.T. Kim[10]研究了熱等靜壓壓力對鎳基合金固-液相轉(zhuǎn)變和微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，初始加壓120 MPa或者在升溫至1 340℃后再加壓至120 MPa的工藝會使合金的定向固結(jié)結(jié)構(gòu)遭到破壞，而加壓至120 MPa 的同時(shí)也將溫度升至1 330℃乃至1 340℃，或者加熱到1 330℃后再加壓至120 MPa時(shí)，可以保護(hù)其定向固結(jié)結(jié)構(gòu)。陳浩澤[11]研究了ZLSi7Cu2Mg合金熱等靜壓工藝，分析了熱等靜壓處理前后合金微觀組織及性能的變化，確定了最佳的熱等靜壓溫度和壓力分別為450℃、120 MPa。韓梅等[12]研究了熱等靜壓對DD3單晶高溫合金組織和性能的影響，分析發(fā)現(xiàn)了熱等靜壓工藝可以消除合金的鑄造疏松或者縮孔，提高合金的致密性，從而使得其力學(xué)性能具有較大的提高。

除了金屬材料外，HIP在金屬陶瓷復(fù)合材料的成型中也具有廣泛的應(yīng)用。顧嘉文[13]對等靜壓技術(shù)應(yīng)用于金屬陶瓷復(fù)合材料的研究及應(yīng)用案例做了較為詳細(xì)的介紹，除此之外，J. Echeberria[14],Chung-Hung Tam[15],G. Du?an[16]等就HIP在金屬陶瓷復(fù)合材料的成型及應(yīng)用中的相關(guān)問題也進(jìn)行了大量的研究。

J. Echeberria[14]進(jìn)行了熱等靜壓燒結(jié)的多層碳納米管增強(qiáng)氧化鋯增韌的鋁基納米復(fù)合材料的研究，材料中填充了2wt%的納米尺寸的ZrO2顆粒及多層碳納米管(MWCNTs)，在1 520℃下燒結(jié)1 h后在氬氣環(huán)境中進(jìn)行熱等靜壓處理(1 475℃/1 h/150 MPa)，經(jīng)過熱等靜壓處理后，制件相對密度接近98%，硬度和斷裂韌度分別增長了17%和37%。Chung-Hung Tam[15]研究了采用熱等靜壓工藝制備Cr/Si 密實(shí)制件時(shí)，溫度對其性能的影響，文中通過分析制件的孔隙率等來確定熱等靜壓溫度對制件的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Cr/Si制件最佳熱等靜壓工藝為1 373 K/1 750 MPa/4 h。G. Du?an[16]研究了熱等靜壓燒結(jié)對Al2O3-SiC納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、維氏硬度以及壓痕韌性的影響，研究表明熱等靜壓燒結(jié)有效地消除了其內(nèi)部的殘余氣孔，使氧化鋁基晶粒增大，SiC在晶粒間的含量增大，從而引起了燒結(jié)后材料硬度及韌性的變化(圖1)。

(a) 硬度 (b) 斷裂韌度

圖1 等靜壓燒結(jié)后復(fù)合材料相對于無壓燒結(jié)復(fù)合材料硬度/斷裂韌度的變化

Fig.1 Relative change of hardness/fracture toughness of HIP-ed specimens with respect to hardness/fracture toughness of PS composites

近年來，在金屬及非金屬材料的連接、復(fù)合以及多孔材料的氮化處理、懸浮熔煉、消除氣孔等方面，HIP技術(shù)也取得了重大突破[17-18]。例如我國研制的鑄造鎳基高溫合金K4169在成型過程中雖然采用了先進(jìn)的鑄造技術(shù)，但是成型制件內(nèi)部不同程度的缺陷仍然使其不能滿足于航空航天發(fā)動機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)葉片等行業(yè)的使用要求。采用HIP技術(shù)對K4169鑄件進(jìn)行處理，對比K4169高溫合金處理前后的性能(圖2)可以發(fā)現(xiàn)， HIP處理后其力學(xué)性能有所提高，這是由于HIP處理有效地消除了鑄件內(nèi)部的微觀孔隙，從而使其能夠滿足高端領(lǐng)域的使用需求。

國內(nèi)外關(guān)于金屬HIP成型時(shí)，工藝參數(shù)、工藝順序及其復(fù)合材料組分的變化等對材料微觀組織結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)影響規(guī)律的研究較為深入，掌握了系統(tǒng)的研究方法，獲得了較為豐碩的研究成果。在生產(chǎn)過程中，將HIP成熟地應(yīng)用于金屬及金屬基復(fù)合材料的成型及其后處理中，制造出了能夠滿足高端領(lǐng)域使用要求的產(chǎn)品，圖3為HIP成型或處理的制件實(shí)物圖，表1為HIP在金屬材料成型及處理中較為常見的應(yīng)用。

(a) 室溫 (b) 高溫 (c) 硬度

圖2 有無HIP處理時(shí)K4169薄壁鑄件的性能對比[19]

Fig. 2 Performance comparison of thin walled K4169 castings with or without HIP-ed

應(yīng)用領(lǐng)域目的涉及到的材料鑄件致密化消除內(nèi)部宏觀和微觀孔隙鎳基、鈷基高溫合金，鈦合金，鋁合金，鋼，銅合金HIP處理粉末冶金制品獲得全致密材料并避免晶粒的過度長大WC-Co硬質(zhì)合金，鈹合金HIP制備粉末冶金制品獲得全致密材料并避免偏析和晶粒的過度長大高速鋼，陶瓷，金屬-陶瓷復(fù)合材料擴(kuò)散連接同種或異種材料的擴(kuò)散連接銅和鋼擴(kuò)散連接，鎳基合金和鋼的連接，陶瓷和金屬的連接，鉭、鈦、鋁、鎢濺射靶材的擴(kuò)散連接

1.2 金屬材料等靜壓成型的模擬仿真技術(shù)

金屬材料的等靜壓成型技術(shù)日益成熟，產(chǎn)品的近凈成型成為等靜壓成型的趨勢，有限元模擬理論的建立對于實(shí)驗(yàn)過程中包套及制品的設(shè)計(jì)具有重要的意義，為等靜壓近凈成型技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。目前常用于模擬分析的軟件包括ABAQUS、MSC. MARC及ANSYS等。由表2三種軟件的特點(diǎn)對比可以看出，在求解非線性問題時(shí)ABAQUS和MSC. MARC軟件成為首選對象。相比于MSC. MARC軟件，ABAQUS在網(wǎng)格劃分等方面較為便捷，但是在分析HIP的過程中，由于要考慮熱力交互作用下制件隨時(shí)間的蠕變問題，MSC. MARC軟件則具有明顯的優(yōu)勢。

表2 MSC. MARC， ABAQUS及ANSYS軟件對比[22]

近幾年來，對于金屬等靜壓成型模擬仿真的研究也逐漸增多，華中科技大學(xué)史玉升團(tuán)隊(duì)在金屬CIP/HIP成型的仿真模擬及近凈成型方面進(jìn)行了大量的研究[23]，實(shí)現(xiàn)了對金屬的HIP和CIP成型過程的準(zhǔn)確預(yù)測和分析。杜艷迎等[24]應(yīng)用ABAQUS有限元分析軟件對不銹鋼粉末的CIP過程進(jìn)行了模擬，建立了相應(yīng)的理論模型，準(zhǔn)確預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果。劉國承[25]、曲兵兵等[26]利用MSC. MARC有限元模擬軟對HIP過程中金屬粉末的致密化過程進(jìn)行了分析，通過對壓坯不同時(shí)刻的相對密度、溫度、應(yīng)力等方面的研究，建立了塑性本構(gòu)模型，分析了包套的變形情況及制品的密度分布。郭瑞鵬[27]研究了鈦合金粉末的HIP成型工藝，提出了通過二次HIP消除制件孔隙的方法，并通過MSC. MARC有限元分析的方法確定了HIP過程中最佳的包套設(shè)計(jì)及焊接方案。S. C. Lee[28]和H. C. Yang[29]應(yīng)用ABAQUS分別對鋁合金粉末CIP和WIP過程中橡膠模具對粉末致密化的影響進(jìn)行了模擬，分析了等靜壓過程中橡膠模具對鋁合金粉末致密化和變形的影響規(guī)律，結(jié)果表明橡膠包套厚度較大時(shí)會使得制品在泄壓過程中局部應(yīng)力過大，從而出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象。

目前國內(nèi)外關(guān)于等靜壓成型模擬技術(shù)的研究較為完善，通過ABAQUS和MSC. MARC軟件能夠?qū)IP/HIP成型過程中制件的體積收縮情況及密度、應(yīng)力分布情況等問題進(jìn)行有效的分析，為近凈成型技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。

1.3 金屬材料的復(fù)合成型技術(shù)

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)(SLS)是一種常用的3D打印成型技術(shù)，其較多地應(yīng)用于金屬粉末的快速成型，但僅通過SLS技術(shù)制備的金屬零件的致密性及力學(xué)性能較差，嚴(yán)重地限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。近些年逐漸地出現(xiàn)了將SLS技術(shù)與HIP結(jié)合的復(fù)合成型技術(shù)，何禹坤[30]、魯中良等人[31]將這種復(fù)合成型技術(shù)應(yīng)用于金屬材料的成型中，得到了高致密度、高性能及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的不銹鋼零件。這不但解決了SLS制件密度低、性能差等缺陷，同時(shí)也避免了等靜壓成型時(shí)包套制作及封裝等問題，為制造形狀復(fù)雜的等靜壓制件提供了便捷的實(shí)施方案，極大地提高了等靜壓工藝的生產(chǎn)效率，使等靜壓技術(shù)及選擇性激光燒結(jié)技術(shù)更加廣泛、高效地應(yīng)用于產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)中。圖4為選擇性激光燒結(jié)的工藝過程示意圖，圖5為這種復(fù)合成型工藝制作的齒輪。

綜上所述，國內(nèi)外對金屬及金屬基復(fù)合材料HIP成型的研究較為完善，相關(guān)的模擬仿真技術(shù)比較成熟，其研究成果有效地指導(dǎo)了產(chǎn)品成型工藝的制定及模具的設(shè)計(jì)，制備出了理想的產(chǎn)品。同時(shí)，激光燒結(jié)技術(shù)與HIP工藝的結(jié)合拓展了兩者的應(yīng)用范圍，使得HIP能夠廣泛地應(yīng)用于金屬及其復(fù)合材料的成型中。

2 等靜壓技術(shù)在無機(jī)非金屬材料中的研究及應(yīng)用

金屬HIP成型是通過高溫高壓的作用使金屬熔融并形成致密產(chǎn)品的過程，而無機(jī)非金屬材料的等靜壓成型機(jī)理有所不同，如石墨、陶瓷等。石墨等無機(jī)非金屬材料的等靜壓成型較多的是采用CIP成型，燒結(jié)后處理的成型工藝。如圖6所示，在石墨成型過程中不但需要添加黏結(jié)劑以保證良好的成型效果，而且在成型后還需要進(jìn)行燒結(jié)處理以提高其性能。

在陶瓷的等靜壓成型中，也有部分研究中采用CIP成型后燒結(jié)的方法制備陶瓷制品，其工藝流程和石墨成型基本相似。而在陶瓷復(fù)合材料制備時(shí)多采用的是HIP技術(shù)，這是由于陶瓷復(fù)合材料不但具有較高的硬度和強(qiáng)度，而且還具有一定的耐磨性，一般情況下，制品內(nèi)部會有氣孔的存在，因而對產(chǎn)品性能產(chǎn)生了影響[35]，HIP技術(shù)可以為陶瓷燒結(jié)收縮提供足夠的驅(qū)動力，減小產(chǎn)品中的孔隙從而使其性能有所提高[36]。

在石墨、陶瓷CIP成型中，對于工藝的研究主要集中于成型壓力的確定，坯料的致密化程度在一定范圍內(nèi)隨著成型壓力的增大而增加，但成型壓力過大時(shí)，成型制件的彈性效應(yīng)比較明顯，因此CIP成型壓力對于無機(jī)非金屬材料的成型具有重要的影響。王金波[37]研究了采用CIP技術(shù)成型熔融石英陶瓷坯體時(shí)，等靜壓成型工藝等對熔融石英成型的影響規(guī)律，研究表明當(dāng)熔融石英陶瓷的成型壓力為160 MPa時(shí)，成型制件具有良好的密實(shí)度和較小的彈性后效。施輝獻(xiàn)[38]研究了石墨的冷等靜壓成型工藝，結(jié)果表明，對于各向同性石墨來說，其最佳成型工藝為以0.5 MPa/s的速率加壓至349 MPa后，保壓13 min后泄壓，其泄壓速率為0.6 MPa/s。除了對工藝的研究之外，關(guān)于成型模具的設(shè)計(jì)及裝料工藝等也成為研究的熱點(diǎn)。譬如范尚武[39]進(jìn)行了CIP燒結(jié)成型氮化硅的研究，討論了裝料工藝及成型工藝，并設(shè)計(jì)了能夠近凈成型的模具，最終制備了性能良好的產(chǎn)品。李雙[40]設(shè)計(jì)并加工出了能夠成型多孔陶瓷管的外壓法、內(nèi)壓法模具，最終采用CIP的方法制備了大孔徑、高孔隙率的多孔陶瓷管等。

通過CIP成型后高溫?zé)Y(jié)的方法制備石墨、陶瓷、耐火材料等制品時(shí)，可以獲得性能良好的產(chǎn)品，例如等靜壓石墨，其具有高強(qiáng)度、高密度、各向同性以及優(yōu)異的抗震抗熱性能等，可用于核反應(yīng)堆堆芯材料，也是核電能源的核心材料，因而在核電、國防等領(lǐng)域具有重要的地位。最近的研究中也出現(xiàn)了將橡膠等靜壓成型技術(shù) (RIP)用于炸藥的成型和生產(chǎn)，梁華瓊等[41]采用橡膠等靜壓技術(shù)成型高聚物黏結(jié)粉末(D90031)，并對其成型工藝進(jìn)行了研究，通過RIP壓制成型后得到的炸藥制品可以達(dá)到免加工或近免加工的狀態(tài)，減少原材料浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了炸藥的近凈成型。圖7為冷等靜壓技術(shù)成型的陶瓷、石墨產(chǎn)品實(shí)物圖。

3 等靜壓技術(shù)在聚合物材料成型中的研究與應(yīng)用

熱壓成型是聚合物材料成型中較為常用的方法之一。相比于熱壓成型技術(shù)，等靜壓成型時(shí)物料和模具沒有相對運(yùn)動從而使制品各部分密度變化極小，密實(shí)度較高且力學(xué)性能優(yōu)異，故該技術(shù)可以取代熱壓成型技術(shù)用于成型具有特殊性能要求的聚合物制品[42]。例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚酰亞胺(PI)等室溫下難以成型的聚合物材料，采用等靜壓技術(shù)成型則具有較為明顯的優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，在UHMWPE, PTFE等聚合物材料的等靜壓成型方面已有部分較為深入的研究。

3.1 HIP技術(shù)在聚合物成型中的研究及應(yīng)用

采用傳統(tǒng)的模壓、擠出等工藝成型聚合物材料時(shí)，材料內(nèi)部有粒子邊界的存在，不能成型出各向同性的均質(zhì)制品；同時(shí)，成型時(shí)的剪切應(yīng)力也會減小材料的平均分子量，嚴(yán)重地影響材料的性能。HIP成型時(shí)，溫度和壓力的交互作用使材料內(nèi)部出現(xiàn)微小的流動，消除材料內(nèi)部的孔隙和裂紋，避免了取向性熔融流動，消除了殘余應(yīng)力因而得到了性能良好的產(chǎn)品。

Rizwanm.Gul[43]采用HIP技術(shù)成型UHMWPE材料，并就HIP工藝參數(shù)對于UHMWPE材料的影響規(guī)律進(jìn)行了研究。研究表明，當(dāng)溫度升高時(shí)，UHMWPE分子鏈中交聯(lián)點(diǎn)增加，引起材料內(nèi)部交聯(lián)結(jié)構(gòu)的變化，同時(shí)內(nèi)部熔融間隙逐漸消除，從而對材料的固化產(chǎn)生影響；而當(dāng)成型溫度不變時(shí)，燒結(jié)時(shí)間的延長對于UHMWPE的固化不會產(chǎn)生明顯的影響。另外，在相同的溫度下，成型壓力過大會限制分子鏈的運(yùn)動，因此成型壓力為69 MPa時(shí)，材料中會有球晶的出現(xiàn)，而將成型壓力升高至138 MPa時(shí)，則不會有球晶的出現(xiàn)。通過上述研究表明，對于UHMWPE材料來說，當(dāng)工藝參數(shù)控制合理時(shí)， HIP是一種非常可靠的成型方法。

3.2 CIP技術(shù)在聚合物成型中的研究及應(yīng)用

CIP技術(shù)在PTFE制品的成型中具有較為成功的應(yīng)用，能制造出泵閥襯里、薄壁中空制品等形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，相應(yīng)的成型工藝的研究也較為深入。Otavio C. Gamboni[44]進(jìn)行了一步CIP (OSCIP)和多步CIP (MSCIP)成型PTFE制品的實(shí)驗(yàn)，分析了CIP過程中，坯料內(nèi)部空氣對制件性能影響的機(jī)理。OSCIP過程中將實(shí)驗(yàn)壓力一次加載至最大值，保壓1 min后泄壓；MSCIP過程中，首先給坯料施加一定的初始壓力，隨后多步加壓至最大值，每步加壓之后都需要將坯料放置24 h以上并抽真空以去除坯料內(nèi)部的空氣。研究表明(表3)，由于坯料內(nèi)部空氣的存在，兩種成型工藝材料中孔隙的分布及交聯(lián)點(diǎn)的強(qiáng)度有所不同， MSCIP成型的坯料具有較大失效應(yīng)力。

表3 不同工藝成型PTFE制品的物性參數(shù)

同時(shí)由于OSCIP成型材料中粒子間孔隙的存在，泄壓過程中空氣壓力超過了粒子間的凝聚力，故其表現(xiàn)為晶間斷裂，而MSCIP成型的材料則以晶內(nèi)斷裂為主(圖8)。上述研究表明，當(dāng)采用合理的CIP成型工藝制備PTFE時(shí)，能夠得到性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

線性聚酰亞胺和UHMWPE、PTFE一樣，也需要在熱壓結(jié)合的作用下成型。目前生產(chǎn)過程中，聚酰亞胺的成型多采用模壓工藝，嚴(yán)重的影響了其生產(chǎn)效率，同時(shí)模壓成型時(shí)，模具會對制品收縮過程產(chǎn)生摩擦作用，單向作用力也會使材料不同方向的力學(xué)性能有所差異，從而影響了產(chǎn)品的應(yīng)用價(jià)值。而采用等靜壓成型時(shí)，不但可以實(shí)現(xiàn)聚酰亞胺產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)，同時(shí)各向同性的成型壓力對于提高產(chǎn)品的致密性及力學(xué)性能具有較大的幫助，因此將等靜壓技術(shù)引用到聚酰亞胺的成型中具有重大的意義，關(guān)于這方面的研究亟待深入。

4 結(jié)語

(1)等靜壓技術(shù)在金屬材料成型及后處理的研究及應(yīng)用中已經(jīng)得到了充分的發(fā)展，相關(guān)研究方法較為成熟，其產(chǎn)品也在諸多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。同時(shí)復(fù)合成型工藝為成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品提供了實(shí)踐方案，仿真模擬技術(shù)為產(chǎn)品的近凈成型提供了理論基礎(chǔ)，使得該技術(shù)在金屬材料的成型中的應(yīng)用更加廣泛。

(2)等靜壓技術(shù)在無機(jī)非金屬材料方面的研究及應(yīng)用已經(jīng)相對成熟，理論研究較為深入，應(yīng)用范圍比較廣泛。目前國內(nèi)外的研究中也有將復(fù)合成型工藝用于陶瓷等無機(jī)非金屬材料的成型，可以更加便捷的成型出結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的產(chǎn)品。

(3)現(xiàn)階段，等靜壓技術(shù)在聚合成型中也具有一定范圍的應(yīng)用，如HIP成型UHMWPE、采用CIP成型PTFE等，但應(yīng)用范圍較小，相關(guān)的研究報(bào)道較少。

(4)通過上述分析表明，等靜壓技術(shù)在金屬、無機(jī)非金屬的成型及后處理等領(lǐng)域具有較為成熟地應(yīng)用，隨著聚合物材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸增加，等靜壓技術(shù)在聚合物材料(如線性聚酰亞胺等)的成型及后處理中的廣泛應(yīng)用將成為該技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

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Current Applications of Isostatic Pressing Technology in Materials Processing Field

JIANG Zhuoyu1,2ZHANG Peng2BAO Jianwen2WANG Kejian1

(1 Molding Process Research Center, College of Mechanical and Electrical Engineering, College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029) (2 AVIC Composite Center, Beijing Institute of Aeronautical Materials, Science and Technology on Advanced Composites Laboratory,Beijing 100095)

The status of applications such as HIP technology in the fields of metals, metal matrix composites, inorganic non-metallic materials and polymer materials is discussed, and the simulation technology of the isostatic pressing is reviewed . At the same time, the development trend of composite molding process of the isostatic pressing technology and 3D printing technology is analyzed, and the future of isostatic pressing techniques is prospected.

Hot isostatic pressing,Cold isostatic pressing,Power metallurgy,Polymer pressing

2016-10-08

姜卓鈺，1990年出生，碩士研究生, 主要從事樹脂基復(fù)合材料成型相關(guān)研究。E-mail: jzy180@163.com

包建文，1969年出生，博士，研究員，主要從事樹脂基復(fù)合材料相關(guān)研究。E-mail:baojianwen@liotmai. com

通信作者：王克儉，1971年出生，博士生導(dǎo)師，主要從事成型制造方面的研究。E-mail: wangkj@ mail.buct.edu. cn

TF124.3

10.12044/j.issn.1007-2330.2017.01.003