熱等靜壓法作為材料現(xiàn)代成型技術的一種闹啦，是等靜壓技術一個分支。等靜壓是粉末冶金領域的一種技術矾麻，已有近百年歷史。等靜壓技術按其成型和固結溫度的高低善答，通常劃分為冷等靜壓仁墅、溫等靜壓、熱等靜壓三種缤币。
近幾十年來冲倡，隨著科學技術的進步，特別是熱等靜壓的發(fā)展旬敞，等靜壓技術不再只是粉末冶金的專用技術蒸橡，它的應用已經擴大到了原子能工業(yè)、制陶工業(yè)深境、鑄造工業(yè)每玛、工具制造、塑料和石墨等生產部門旅雇。隨著其應用范圍日益擴大芦赔，作用和經濟效益的不斷提高，熱等靜壓法已經成為一種極其重要的材料現(xiàn)代成型技術 跃旁。
什么是熱等靜壓
熱等靜壓（Hot Isostatic Pressing盖扔，簡稱HIP）是在高溫高壓密封容器中，以高壓氣體為介質缘缚，對其中的粉末或待壓實的燒結坯料（或零件）施加各向均等靜壓力勾笆，形成高致密度坯料（或零件）的方法。
該法采用金屬桥滨、陶瓷包套（低碳鋼窝爪、Ni、Mo齐媒、玻璃等）蒲每，使用氮氣纷跛、氬氣作加壓介質，使粉末直接加熱加壓燒結成型邀杏；或者將成型后的鑄件贫奠，包括鋁合金、鈦合金望蜡、高溫合金等縮松縮孔的鑄件進行熱致密化處理唤崭。通過熱等靜壓處理后，鑄件可以達到高度致密化脖律，提高鑄件的整體力學性能谢肾。其成型過程如下圖：
▲熱等靜壓法成型過程
由于熱等靜壓法在高溫下對工件施加各向均等靜壓力成型，使其與傳統(tǒng)工藝相比如下優(yōu)點：
丨在很低的溫度下粉末便可固結到很高的密度
丨可以壓縮形成型狀復雜的工件
丨經過熱等靜壓的工件具有一致的密度
丨高的氣體密度可以促進熱交換苹衰，提高加熱速度芬赢，縮短循環(huán)時間
丨由于非常一致的加熱，脆性材料也可被壓縮成型
工作過程與原理
熱等靜壓法的一般工藝周期如下：
● 將粉末或粉末壓坯裝入包套中棘爱，抽去吸附在粉末表面眷幢、粉末間空隙和包套內的氣體；
● 將包套真空密封后置于有加熱爐的壓力容器中柜棠；
● 密封壓力容器后泵入惰性氣體（即傳壓介質）至一定壓力酒舶；
● 升溫至所需溫度，因氣體體積膨脹赋昔，容器內的壓力也升至所需壓力，在高溫捧练、高壓共同作用下完成成形和燒結亮绢；
● 用機械或酸浸方法除去包套，得到制品风居。
粉末填充一般在真空或惰性氣體氛圍中進行俘戈。為了提高填充粉末的密度，包套要不停的震動净响。為了得到統(tǒng)一的收縮少欺，則需要填充粉末的密度應不低于理論密度的68%。填充后包套要抽真空并密封馋贤，這是因為熱等靜壓過程是通過壓差來固結被成型粉末和材料的赞别，一旦包套密封不嚴，氣體介質進入包套配乓，將影響粉末的燒結成型仿滔。
另外，真空密封可以去除空氣和水犹芹，防止氧化反應和阻礙燒結過程崎页。
▲熱等靜壓工藝處理材料前后對比
熱等靜壓法的主要原理是帕斯卡原理鞠绰，即在一個密封的容器內，作用在靜態(tài)液體或氣體的外力所產生的靜壓力飒焦，將均勻地在各個方向上傳遞蜈膨，在其作用的表面積上所受到的壓力與表面積成正比。在高溫高壓作用下牺荠，熱等靜壓爐內的包套軟化并收縮强剥，擠壓內部粉末使其與自己一起運動。
高溫高壓同時作用下的粉末的致密化過程與一般無壓燒結或常溫壓制有很大差異哗缀。其致密化過程大致分為以下三個階段：
▲粉末致密化過程
? 粒子靠近及重排階段
在加溫加壓開始之前统扔，松散粉末粒子之間存在大量孔隙，同時由于粉末粒子形狀不規(guī)則及表面凹凸不平板蜻，他們之間多呈點狀接觸馁筷，所以與一個粒子直接接觸的其它粒子數(shù)（粒子配位數(shù)）很少。當向粉末施加外力時捺盖，在壓應力作用下芥吧，粉末體可能發(fā)生下列各種情況：隨機堆疊的粉末將發(fā)生平移或轉動而相互靠近；某些粉末被擠進臨近空隙之中融唬；一些較大的搭橋孔洞將坍塌等漾衅。由于上述變化的結果，粒子的臨近配位數(shù)明顯增大芋困，從而使粉末體的空隙大大減少楞便，相對密度迅速提高。
? 塑性變形階段
一階段的致密化使粉末體的密度已有了很大的提高利术，粒子之間的接觸面積急劇增大呈野，粒子之間相互抵觸或相互楔住。這是要使粉末體繼續(xù)致密化印叁，可以提高外加壓力以增加粒子接觸面上的壓應力被冒，也可升高溫度以降低不利于粉末發(fā)生塑性流動的臨界切應力。如果同時提高壓力和溫度轮蜕，對繼續(xù)致密化將更加有效昨悼。當粉末體承受的壓應力超過其屈服切應力時，粒子將以滑移方式產生塑性變形跃洛。
? 擴散蠕變階段
粉末粒子發(fā)生大量塑性流動后率触，粉末體的相對密度迅速接近理論密度值。這時汇竭，粉末粒子基本上連成一片整體闲延，殘留的氣孔已經不再連通，而是彌散分布在粉末基體之中韩玩，好像懸浮在固體介質中的氣泡垒玲。這些氣孔開始是以不規(guī)則的狹長形態(tài)存在陆馁，但在表面張力作用下，將球化而成圓形参七。殘存氣孔在球化過程中其所占體積分數(shù)也將不斷減小励砸。粒子間的接觸面積增大到如此程度，使得粉體承受的有效壓應力不再超過其臨界切應力村次，這時以大量原子團滑移而產生塑性變形的機制將不再起主要作用招蓝，致密化過程主要單個原子或空穴的擴散蠕變來完成，因此整個粉末體的致密化過程緩慢下來痒弃，后趨近于以大終端密度值 翅拜。
值得注意的是上述三個階段并不是截然分開的，在熱等靜壓過程中它們往往同時起作用而促進粉體的致密化仆扰，只是當粉末體在不同收縮階段瘫啦，由不同的致密化過程起主導作用。
熱等靜壓設備
1965年美國Battelle研究所臺熱等靜壓機的問世祟放，標志著熱等靜壓技術設備的誕生澳踱。
熱等靜壓設備由高壓容器、加熱爐衡喧、壓縮機癣彩、真空泵、冷卻系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)組成帚屉，其中高壓容器為整個設備的關鍵裝置谜诫。
▲熱等靜壓設備系統(tǒng)原理示意圖
熱等靜壓應用領域及發(fā)展
在發(fā)動機制造中，熱等靜壓機已用于粉末高溫合金渦輪盤和壓氣盤的成型：把高溫合金粉末裝入抽真空的薄壁成形包套中攻旦，焊封后進行熱等靜壓喻旷，除去包套即可獲得致密的、接近所需形狀的盤件敬特。粉末熱等靜壓材料一般具有均勻的細晶粒組織掰邢，能避免鑄錠的宏觀偏析牺陶，提高材料的工藝性能和機械性能伟阔。粉末高溫合金熱等靜壓或熱等靜壓加鍛造的盤件已在多種高推重比航空發(fā)動機上應用。
同樣掰伸，熱等靜壓還用于制造粉末鈦合金風扇盤和飛機上的粉末鋁合金和粉末鈦合金承力構件皱炉。在航天器制造工業(yè)中，熱等靜壓主要用于制造致密的碳質結構件狮鸭，如火箭的舵面和固體火箭發(fā)動機噴管喉襯等合搅。
各種合金的精密鑄件，如高溫合金渦輪葉片歧蕉，鑄鈦機匣以及渦輪增壓器的鋁合金鑄件等画了，經熱等靜壓致密化處理可消除內部疏松和縮孔虾驰，提高性能、可靠性和使用壽命嫌或。熱等靜壓還是返修舊件以延長使用壽命的一種有效方法伊了。
在美國、日本以及歐洲喝灌，熱等靜壓工藝都實現(xiàn)了產業(yè)化栅刚，在海洋，航空嘉栽，航天慈哗，汽車等領域應用。我國該技術起步較晚损螃，普及率仍然較低筋悴，主要集中在航空航天高性能材料的研發(fā)及鑄件的致密化處理。
2005年啡笑，川西機器公司采用國內的高溫高壓快速冷卻崇磁、真空與超高壓隔離、超高壓工作缸等13種關鍵技術推姻，經過3年多的刻苦研制和技術攻關平匈，成功地交付當時國內大的熱等靜壓機。該熱等靜壓機的投入使用藏古，填補了國內大型熱等靜壓技術的空白增炭，為航空、航天拧晕、核工業(yè)隙姿、電子、冶金厂捞、船舶等領域的高溫高強合金输玷、功能陶瓷、復合材料靡馁、超硬材料等高新技術材料制品的研制和生產創(chuàng)造了條件欲鹏。
2008年7月份，由鋼鐵研究總院制造的亞洲大的熱等靜壓機(φ1250x2500mm臭墨，1350℃赔嚎，150MPa)安裝調試成功，并正式投入運行乐肿。
與此同時珠技，國外也在不斷創(chuàng)新熱等靜壓設備，向著更大更精的方向邁進软雹。2012年嘲本，瑞典的 Avure Technologies 在橫濱舉行的粉末冶金世界大會和展覽會上荞扒，宣布了下一代大型熱等靜壓系統(tǒng)：TeraPi。該系統(tǒng)的模型具有超過3m的有效熱區(qū)直徑和5m的高度灌饵。
隨著材料科學的不斷發(fā)展制棉，熱等靜壓技術在現(xiàn)代生產技術中已經占據(jù)了越來越大的比重。人們越來越多地采用HIP技術進行新材料的制備跋园，如金屬基陶瓷诸晃、碳/碳復合材料、硬質合金息栖、鎢鉬制品益命、稀有難熔金屬等產品等。熱等靜壓技術也越來越多地滲透到更多的技術領域鹿蜀，并憑借其特有優(yōu)勢箕慧，將會在新材料、新能源的發(fā)展空間中發(fā)揮更為廣闊的作用茴恰。