熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing，簡稱HIP）工藝是將制品放置到密閉的容器中，向制品施加各向同等壓力的同時施以高溫，在高溫高壓的作用下，使制品得以燒結或致密化。熱等靜壓技術在最初期因為設備整體成本較高，其發展一直較為緩慢，應用也僅集中在軍工、核反應等幾個領域。近年來，隨著科技的不斷進步，各領域對材料使用要求也越來越苛刻，熱等靜壓技術在制備具有高密度、高純度、高均勻性、高韌性等優良綜合性能的材料方面占據優勢，此技術已成為當今許多高性能材料生產中的一項實用技術，也是新材料開發不可缺少的一種新技術。

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熱等靜壓工藝制備金屬陶瓷復合材料

金屬陶瓷復合材料（Metal Matrix Composites，簡稱MMC）是由一種或多種陶瓷相和金屬相或合金組成的多相復合材料，金屬陶瓷既具有金屬的韌性、高導熱性和良好的熱穩定性，又具有陶瓷的耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等特性，在國防及民用領域有著非常廣闊的應用前景。

金屬陶瓷復合材料

常用的燒結方式在燒結過程中其燒結活性低、所需燒結溫度高、燒結致密化程度低、殘留孔隙度大、脆性大、綜合性能不佳。隨著熱等靜壓技術發展，采用熱等。

靜壓技術制備金屬陶瓷復合材料，改善了成型和燒結條件，使材料的孔隙度明顯降低，獲得了高致密度的材料，綜合性能大大提高。

熱等靜壓技術在金屬陶瓷復合材料制備中有兩種不同工藝路線，一種為直接熱等靜壓燒結工藝；另一種是熱等靜壓后續致密化工藝。

1.直接熱等靜壓燒結工藝

直接熱等靜壓燒結工藝可大大降低燒結溫度，同時，在制備過程中熔融或半熔化狀態的金屬相均勻分布于陶瓷顆粒之間，抑制陶瓷晶粒長大。在燒結體中金屬相呈連續分布，陶瓷顆粒均勻分布其中，而且可改善金屬相與陶瓷相界面狀態，提高界面的結合強度，很好地發揮了金屬的塑性和韌性，改善材料在承受載荷時的應力狀態，從而提高了材料的強度與斷裂韌性。

直接熱等靜壓燒結制備金屬陶瓷復合材料的工藝路線

直接熱等靜壓燒結工藝制備金屬陶瓷復合材料的技術關鍵如下：

（1）包套材質選擇，要確保在制備過程中不與原材料粉末發生反應，同時也要考慮到去除的難易程度；

（2）包套內粉末的振實密度大小直接影響燒結制品質量，振實密度低將導致包套收縮量大，尺寸控制困難，且包套易發生破裂；

（3）粉體均勻性以及金屬相、陶瓷相配比也是影響燒結制品性能的主要因素。 由于陶瓷相與金屬相的自身不同特性決定了其在熱等靜壓過程中的變形不同，因此，要想保證得到足夠致密的制品，必須首先保證陶瓷相與金屬相分布均勻，從而使金屬相的變形能夠完全填充陶瓷顆粒間的間隙；

（4）由于陶瓷相與金屬相物理化學性質的差異，從而使它們的性能隨著溫度和壓力的變化也不相同。因此，選擇合適溫度、壓力和升溫、升壓速率是保證產品性能的關鍵工藝參數。

2.熱等靜壓后續致密化工藝

熱等靜壓后續致密化工藝是經過常規成型燒結后的后處理工序，可以減少乃至消除燒結體中的剩余氣孔和缺陷，愈合內部微裂紋，從而提高金屬陶瓷復合材料的密度、強度。

熱等靜壓后續致密化制備金屬陶瓷復合材料的工藝路線

熱等靜壓后續致密化工藝的技術關鍵如下：

（1）待處理的燒結體基本不含開口氣孔，燒結密度須達到理論密度的92%~98%。否則仍需選擇合適的包套材料對燒結體進行包封；

（2）溫度的選擇原則上為金屬基體熔點或合金基體固溶線絕對溫度值的0.6～0.9；

（3）壓力選擇既能使材料產生塑性流動，又能保證顆粒不被壓碎；

（4）保溫保壓時間選擇應使坯體內的蠕變充分進行，又不至于造成晶粒長大等不利現象出現，一般選擇 1～2 h。

熱等靜壓技術在金屬陶瓷復合材料的當前應用現狀

采用熱等靜壓技術能獲得高密度的金屬陶瓷復合材料，大大改善了金屬陶瓷復合材料的韌性、強度和硬度，從而廣泛應用于耐高溫、耐磨損領域和承受較高應力的場合，如國防軍工（陶瓷裝甲）、航空航天（發動機外殼）、醫療（骨架）、汽車發動機（高性能活塞）、電子元件（電子封裝材料）、機械材料（切削刀具）等領域，在國民經濟中占有重要地位，受到了世界各國的高度重視，已成為材料科學領域中最為活躍的研究領域之一。

1.直接熱等靜壓燒結工藝應用

目前涉及到的相關研究有以下各領域應用，涵蓋高強度高韌性材料、增強材料、電子封裝材料等。

（1）通過熱等靜壓反應燒結制備B₄C-TiB₂-W₂B₅復合材料，所得制品的相對密度大于99%，硬度為38 GPa，抗彎強度、斷裂韌性比熱壓燒結的制品都提高了約20%；

（2）采用直接熱等靜壓燒結工藝制備的超細納米顆粒增強金屬基復合材料，具有彌散相細小并分布均勻、強化作用顯著等特點，并具有更優異的高溫蠕變性能；

（3）采用熱等靜壓燒結工藝制備SiCp/Cu電子封裝復合材料，最終制得了致密

度高的高導熱系數、低熱膨脹系數的復合材料；

SiCp/Cu復合材料

2.熱等靜壓后續致密化工藝應用

熱等靜壓致密化制備工藝研究一直以來非常活躍，它可有效地提升傳統工藝制備的金屬陶瓷材料，大大提升其綜合性能，拓寬了傳統工藝制備的金屬陶瓷材料的應用領域。

例如采用熱等靜壓技術對Ti(C,N)基金屬陶瓷進行致密化處理，金屬陶瓷晶粒間產生了滑移和重排，使金屬陶瓷材料致密，獲得較理想的表面硬化層，表現出良好的綜合力學性能；采用熱等靜壓后續致密化工藝制備Al₂O₃／WC-10Co／ZrO₂／Ni納米復合材料，經熱等靜壓處理后，可以有效地消除微波燒結造成Al₂O₃／WC-10Co／ZrO₂／Ni金屬陶瓷中的孔隙，提高復合材料的密實度和力學性能，而且金屬陶瓷的晶粒基本沒有異常長大，平均晶粒度較小，整體性能表現好。

總結

對熱等靜壓工藝而言，由于其先進的技術特點，可以降低燒結溫度和縮短保持時間，能夠在減少甚至無燒結添加劑的條件下制備出微觀結構均勻且幾乎不含氣孔的、形狀復雜和大尺寸的金屬陶瓷復合材料制品且性能優良。但目前熱等靜壓技術在制備金屬陶瓷復合材料中的應用仍處于早期階段，需做大量的研究工作，金屬和陶瓷兩種不同的相燒結致密化原理，以及適應金屬陶瓷熱等靜壓制備的高溫包套制備等，通過技術的積累和改進采用熱等靜壓技術制備的金屬陶瓷復合材料新產品將會日益增加，高性能的金屬陶瓷復合材料將會在未來有更為廣闊的應用前景。

參考來源：

1. 熱等靜壓技術在金屬陶瓷復合材料制備中的應用，顧嘉文、劉慧淵、范幫勇、王勇兵、徐偉、吳宗吉（佛山陶瓷）；

2. 熱等靜壓技術的發展與應用，劉慧淵、何如松、周武平、王鐵軍（新材料產業）；

3. 等靜壓技術在材料加工領域的應用現狀，姜卓鈺、張朋、包建文、王克儉（宇航材料工藝）。

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