如何降低陶瓷热压铸成型坯件的缩孔缺陷？陶瓷热压铸成型技术因高效、高精度等优势被广泛应用于工业领域，但坯件内部缩孔（shrinkage cavity）缺陷严重制约其性能与良率。本文从缩孔的形成机理出发，结合浆料配方优化、工艺参数调控、模具设计改进及后处理工艺创新，系统探讨降低缩孔缺陷的策略，并通过案例分析与实验验证提出综合解决方案，为陶瓷热压铸技术的工业化应用提供理论依据。

　　1   缩孔的形成机理

　　缩孔是陶瓷浆料在冷却凝固过程中因体积收缩、补缩不足而形成的内部孔洞或凹陷。其成因主要包括：

　　浆料收缩特性：陶瓷粉体与石蜡等粘接剂的热膨胀系数差异导致冷却时收缩不均。

　　工艺参数失配：温度、压力、保压时间等参数不当，导致凝固顺序紊乱或补缩通道堵塞。

　　材料与模具设计缺陷：粉体颗粒级配不合理或模具结构未考虑热收缩补偿，加剧局部应力集中。

　　2   降低缩孔缺陷的关键策略

　　2.1  浆料配方的优化

　　粉体颗粒级配控制：通过调整陶瓷粉体的粒径分布（如减少1~2μm细颗粒，控制最大颗粒≤60μm），可降低浆料粘度，改善流动性，减少凝固收缩率。

　　粘接剂与添加剂调控：

　　减少石蜡用量（如专利CN112374867A中通过添加木质素磺酸钠助磨剂，减少石蜡含量至10%~15%），可显著降低坯体收缩率。

　　引入高岭土、硅微粉等填充剂，优化SiO₂、Al₂O₃比例（如30%~40% SiO₂、30%~35% Al₂O₃），增强浆料致密性。

　　2.2  工艺参数精准控制

　　温度与压力协同优化：

　　浆料温度控制在65~80℃，温度过高（>90℃）会加剧体积收缩，形成表面凹坑；温度过低则流动性差，易产生内部孔洞。

　　采用阶梯式加压，初始阶段低压充型，后期高压补缩（如压射速度2.1m/s、保压时间延长至15~20s），确保凝固过程补缩充分。

　　脱蜡工艺改进：采用吸附剂埋烧法（如氧化铝粉包裹坯体），缓慢升温（<1℃/min）至300℃脱蜡，避免因石蜡快速挥发导致坯体开裂或残留孔隙。

　　2.3  模具设计与数值模拟技术应用

　　模具结构优化：

　　增设溢流槽与冷却水道，引导凝固顺序由远端向浇口方向推进，减少孤立液相区10。

　　根据陶瓷材料的热膨胀系数（如氧化铝为8×10⁻⁶/℃）设计模具收缩余量，补偿冷却变形。

　　数值模拟预测：利用ProCAST、华铸CAE等软件模拟凝固过程，预测缩孔分布（如冒口位置、壁厚突变区域），优化浇注系统与冷铁布局。

　　2.4  后处理工艺强化

　　烧结工艺调控：采用两步烧结法，初始阶段低温（1200~1300℃）促进晶粒致密化，后期高温（1500~1600℃）消除微孔，提高坯体密度。

　　等静压处理：对脱蜡后的坯体进行冷等静压（200~300MPa），通过均匀压力闭合内部孔隙，减少烧结后的残余缩孔。

　　3   案例分析

　　以氧化铝陶瓷电机壳为例，原工艺因缩孔导致良率不足60%。通过以下改进：

　　调整粉体级配（万孔筛余≤5%），浆料石蜡含量降至12%；

　　优化模具溢流结构，增设局部冷却装置；

　　采用数值模拟确定浇注温度（630℃）与压射速度（2.1m/s）。

　　改进后，缩孔缺陷率降至5%以下，验证了综合调控策略的有效性。

　　4   结论与展望

　　降低陶瓷热压铸缩孔缺陷需多维度协同：

　　浆料配方优化是基础，工艺参数精准调控是关键，模具设计与数值模拟技术提供工程化保障。未来可进一步探索纳米粉体改性、智能控温系统等创新技术，推动陶瓷热压铸成型向高精度、高性能方向发展。