热等静压技术和设备的应用与发展 （一）

发布时间：2006/3/9 23:23:27

1概述
    热等静压(hot isostatic pressing，简称HIP)是一种集高温、高压于一体的工艺生产技术，加热温度通常为1000-2000℃，通过以密闭容器中的高压惰性气体或氮气为传压介质，工作压力可达200MPa。在高温、高压的共同作用下，被加工件的备向均衡受压，故加工产品的致密度高、均匀性好、性能优异。同时该技术具有生产周期短、工序少、能耗低、材料损耗小等特点。
    自20世纪50年代中期美国巴蒂尔(Battelle)研宄所为研制核反应材料而开发HIP技术以来，由于其在生产加工难度较大且质量要求较高的材料及构件中展现出独特优势，受到了人们的广泛关注。经过近半个世纪的发展，随着热等静压设备性能的不断改进完善，HIP技术现已在硬质合金烧结、钨镏钛等难熔金属及合金的致密化、产品的缺陷修复、大型及异形构件的近净成形、复台材料及特种材料的生产加工等方面得到了广泛应用。
    本文旨在对热等静压设备的结构特点进行简要分析，并对HIP技术的主要直用及其发展前景作一系统阐述。

2  热等静压设备的结构性能
热等静压设备主要由高压容器、加热炉、压缩机、真空泵、冷却系统和计算机控制系统组成，其中高压容器为整个设备的关键装置。
目前，先进的热等静压机为预应力钢丝缠绕的框架式结构。高压容器的端盖与缸体间的连接泵用无螺纹设计，因筒体和框架均采用钢丝预应力缠绕，所获的负预应力可通过计算确定，即使当装置处于工作的*大压力状态时，其强大的应力也是由预应力缠绕钢丝所承受，即应力被集中消除，承载区域独立安全，同时钢丝缠绕还起到防爆和屏障的作用。因此，这种结构的热等静压机在高温高压(2000℃，200MPa)的工作条件下，无需外加任何特殊的防护装置，与老式的螺纹连接结构(端盖与缸体间)的热等静压机相比，不但设备的结构紧凑，而
且有效地保证了生产的安全性。
    加热炉负责提供热等静压所必需的热量，通常为电阻式加热炉，可视不同温度档的要求，采用不同的电阻材料，如*高工作温度为1450℃条件时可用铜丝加热炉，为2000℃条件时可用石墨加热炉。目前在先进的热等静压设备中。加热炉的安装方式为插入式，加热区分布于底部和侧部，可实现快速升温和均匀加热．将温差控制在≤15℃甚至≤10℃的范围。
    压缩系统通常采用非注油式电动液压压缩讥，并配置有过压保护、防振装置和自动调节部件，可给热等静压提供高达200MPa的高压气体。真空泵则采用旋转叶轮式，用于设备的抽空排气，同时可去除容器内水气、氧和其它挥发性杂质。
    冷却系统采用内外循环回路设计。内循环通过管道内冷却水的流动与压力容器外壳间进行热交换。为了保护冷却系统，冷却水的质量很重要，需采用去离子水，管路也需进行防锈处理。外循环则通过换热器将内循环的热量带出。
    计算机控制系统可预先存储热等静压过程所需的各种程序，实现温度、压力、时间等基本工艺参数的自动控制。该系统还配有人机对话的PC机监视子系统，用于显示在线的工作状态、故障的监测报警等，并可在循环过程中进行程序修改。
  对热等静压设备多方面的安全保护设计，可确保其在高温、高压条件下的安全运行。如高压阀和高压管路均能承受*大工作压力两倍的压力：为防止过压情况的发生，在高压介质气体管路中设置了多级减压阀，并配有报警装置；当压力容器过压及过热、加热炉过热、冷却水的流量过小或水压过低时，均可进行声光报警，同时切断压缩机和加热炉电源；采用可靠的电气、机械安全联锁等。