熱等靜壓技術和設備的應用與發展 （一）

1概述
    熱等靜壓(hot isostatic pressing，簡稱HIP)是一種集高溫、高壓于一體的工藝生產技術，加熱溫度通常為1000-2000℃，通過以密閉容器中的高壓惰性氣體或氮氣為傳壓介質，工作壓力可達200MPa。在高溫、高壓的共同作用下，被加工件的備向均衡受壓，故加工產品的致密度高、均勻性好、性能優異。同時該技術具有生產周期短、工序少、能耗低、材料損耗小等特點。
    自20世紀50年代中期美國巴蒂爾(Battelle)研宄所為研制核反應材料而開發HIP技術以來，由于其在生產加工難度較大且質量要求較高的材料及構件中展現出獨特優勢，受到了人們的廣泛關注。經過近半個世紀的發展，隨著熱等靜壓設備性能的不斷改進完善，HIP技術現已在硬質合金燒結、鎢鎦鈦等難熔金屬及合金的致密化、產品的缺陷修復、大型及異形構件的近凈成形、復臺材料及特種材料的生產加工等方面得到了廣泛應用。
    本文旨在對熱等靜壓設備的結構特點進行簡要分析，并對HIP技術的主要直用及其發展前景作一系統闡述。

2  熱等靜壓設備的結構性能
熱等靜壓設備主要由高壓容器、加熱爐、壓縮機、真空泵、冷卻系統和計算機控制系統組成，其中高壓容器為整個設備的關鍵裝置。
目前，先進的熱等靜壓機為預應力鋼絲纏繞的框架式結構。高壓容器的端蓋與缸體間的連接泵用無螺紋設計，因筒體和框架均采用鋼絲預應力纏繞，所獲的負預應力可通過計算確定，即使當裝置處于工作的*大壓力狀態時，其強大的應力也是由預應力纏繞鋼絲所承受，即應力被集中消除，承載區域獨立安全，同時鋼絲纏繞還起到防爆和屏障的作用。因此，這種結構的熱等靜壓機在高溫高壓(2000℃，200MPa)的工作條件下，無需外加任何特殊的防護裝置，與老式的螺紋連接結構(端蓋與缸體間)的熱等靜壓機相比，不但設備的結構緊湊，而
且有效地保證了生產的安全性。
    加熱爐負責提供熱等靜壓所必需的熱量，通常為電阻式加熱爐，可視不同溫度檔的要求，采用不同的電阻材料，如*高工作溫度為1450℃條件時可用銅絲加熱爐，為2000℃條件時可用石墨加熱爐。目前在先進的熱等靜壓設備中。加熱爐的安裝方式為插入式，加熱區分布于底部和側部，可實現快速升溫和均勻加熱．將溫差控制在≤15℃甚至≤10℃的范圍。
    壓縮系統通常采用非注油式電動液壓壓縮譏，并配置有過壓保護、防振裝置和自動調節部件，可給熱等靜壓提供高達200MPa的高壓氣體。真空泵則采用旋轉葉輪式，用于設備的抽空排氣，同時可去除容器內水氣、氧和其它揮發性雜質。
    冷卻系統采用內外循環回路設計。內循環通過管道內冷卻水的流動與壓力容器外殼間進行熱交換。為了保護冷卻系統，冷卻水的質量很重要，需采用去離子水，管路也需進行防銹處理。外循環則通過換熱器將內循環的熱量帶出。
    計算機控制系統可預先存儲熱等靜壓過程所需的各種程序，實現溫度、壓力、時間等基本工藝參數的自動控制。該系統還配有人機對話的PC機監視子系統，用于顯示在線的工作狀態、故障的監測報警等，并可在循環過程中進行程序修改。
  對熱等靜壓設備多方面的安全保護設計，可確保其在高溫、高壓條件下的安全運行。如高壓閥和高壓管路均能承受*大工作壓力兩倍的壓力：為防止過壓情況的發生，在高壓介質氣體管路中設置了多級減壓閥，并配有報警裝置；當壓力容器過壓及過熱、加熱爐過熱、冷卻水的流量過小或水壓過低時，均可進行聲光報警，同時切斷壓縮機和加熱爐電源；采用可靠的電氣、機械安全聯鎖等。