淺析粉末冶金材料及冶金技術(shù)的發(fā)展

王琛琛

粉末冶金是一項(xiàng)具有悠久歷史的材料冶煉技術(shù)。在古代，人們就已經(jīng)掌握了冶煉生鐵的技術(shù)，這就是現(xiàn)代粉末冶金最原始的表現(xiàn)；18世紀(jì)的歐洲，在制造鉑金過(guò)程中的冶煉技術(shù)就是粉末冶金，這標(biāo)志著近代粉末冶金技術(shù)開(kāi)始得到了發(fā)展；進(jìn)入20世紀(jì)之后，粉末冶金技術(shù)得到了高速的發(fā)展，新型材料不斷涌現(xiàn)，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大。目前，粉末冶金已經(jīng)成為材料領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)。

粉末冶金是利用金屬粉末作為生產(chǎn)的原料，經(jīng)過(guò)一系列的生產(chǎn)工藝后，可以制造材料以及材料制品的技術(shù)。粉末冶金技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)的變革。例如，1909年科學(xué)家用粉末冶金技術(shù)制造的鎢絲制成白熾燈，極大地改變了人們的生活。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，粉末冶金技術(shù)不斷發(fā)展，粉末冶金技術(shù)應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。

一、粉末冶金技術(shù)的特點(diǎn)

粉末冶金制成品具有傳統(tǒng)鑄造技術(shù)不具有的化學(xué)性能，這些特性只能由粉末冶金技術(shù)實(shí)現(xiàn)。利用粉末冶金技術(shù)可以制造一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或者精密的零件，如汽車上的小型零件。

粉末冶金技術(shù)可以對(duì)多種材料進(jìn)行復(fù)合加工，對(duì)材料的特性揚(yáng)長(zhǎng)避短，最大限度發(fā)揮各種材料具有的優(yōu)良特性，生產(chǎn)出具備高性能的金屬或者陶瓷材料，生產(chǎn)成本卻可以大幅度降低。不僅如此，利用粉末冶金技術(shù)可以制造出具有特殊結(jié)構(gòu)和特殊性能的產(chǎn)品（多孔分離膜材料以及功能性陶瓷材料），這是普通的鑄造冶煉技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

利用廢礦石、回收廢舊金屬以及冶煉殘?jiān)鳛橹圃斓脑?，是一種對(duì)材料綜合利用的新型冶煉技術(shù)，可以有效節(jié)約資源。如家庭用的磨刀石等，就是用粉末冶金技術(shù)制成。

二、粉末冶金材料的分類

1.傳統(tǒng)的粉末冶金材料

（1）鐵基粉末冶金材料

在諸多粉末冶金材料中，鐵基粉末冶金材料是最傳統(tǒng)的一種，同時(shí)也是最重要的一種冶金材料，這種材料廣泛應(yīng)用于汽車制造行業(yè)。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，汽車生產(chǎn)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，汽車生產(chǎn)者對(duì)其需求不斷增加，鐵基粉末冶金材料的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越多。在一些傳統(tǒng)的機(jī)械加工行業(yè)對(duì)其需求也較多。

（2）銅基粉末冶金材料

銅基粉末冶金材料種類比較多，用銅及銅合金生產(chǎn)的零件具有較好的耐腐蝕性，青銅材料、黃銅材料以及銅合金等因其具有的優(yōu)良特性，在機(jī)械、電器制造行業(yè)中銅基粉末冶金材料被大規(guī)模的應(yīng)用。

（3）難熔金屬材料

難熔金屬材料一般是指熔點(diǎn)高于1 650℃并有一定儲(chǔ)量金屬的材料，這類材料的熔點(diǎn)比較高，因此具有較高的硬度和強(qiáng)度。這一類材料主要用于一些高端技術(shù)領(lǐng)域，主要應(yīng)用在武器裝備、航空航天、核能等領(lǐng)域。

（4）硬質(zhì)合金材料

硬質(zhì)合金材料是由熔點(diǎn)較高的金屬經(jīng)過(guò)氧化后形成的一種材料。這種材料的制作過(guò)程主要有2個(gè)環(huán)節(jié)，首先利用冶煉技術(shù)對(duì)硬質(zhì)材料進(jìn)行粘結(jié)和融合，之后通過(guò)粉末冶金環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的加工制作。硬質(zhì)合金材料具有特殊的性能，如較高的熔點(diǎn)、較強(qiáng)的硬度和強(qiáng)度等，此種材料大量應(yīng)用在工業(yè)切削領(lǐng)域中。

（5）粉末冶金電工材料

這類材料通常應(yīng)用在電子領(lǐng)域，其中以電器元件居多。另外，一些公司在電極的制造過(guò)程中使用粉末冶金電工材料。進(jìn)入21世紀(jì)之后，我國(guó)的通訊技術(shù)得到了迅速發(fā)展，這就意味著對(duì)電阻器件的需求量增多，進(jìn)而增加了對(duì)粉末冶金電工材料的需求。另外，電子管在一些涉及到真空技術(shù)的領(lǐng)域中應(yīng)用較多，因此，粉末冶金電工材料在真空領(lǐng)域也具有極其重要的作用。

（6）摩擦材料

摩擦材料顧名思義，本身具有極強(qiáng)的耐摩擦性，這類材料主要應(yīng)用在一些易于產(chǎn)生摩擦的機(jī)械零部件中，例如汽車的摩擦離合器和摩擦制動(dòng)器等。這些零件的制造利用了其耐摩擦、耐磨損的特點(diǎn)，能夠使運(yùn)動(dòng)的物體減速甚至停止等。

2.現(xiàn)代先進(jìn)粉末冶金材料

（1）信息領(lǐng)域的粉末冶金材料

信息領(lǐng)域的粉末冶金材料主要是指粉末冶金軟磁材料，軟磁材料具體可以分為金屬類材料和鐵氧體材料2 種。其中，出現(xiàn)時(shí)間比較早的是鐵氧體磁性材料，這種材料的制造技術(shù)極為有限，現(xiàn)階段只能通過(guò)粉末冶金技術(shù)進(jìn)行制造。在金屬中，鐵以及鐵的合金是制作金屬軟磁材料的主要來(lái)源，例如硅鋼、磷鐵和鐵鈷合金等。

在20世紀(jì)初，人們已經(jīng)開(kāi)始用磁性材料記錄信息。1941年，人們開(kāi)始用磁粉用作記錄的媒介材料。20世紀(jì)80 年代以來(lái)，人們不斷對(duì)磁性記錄材料進(jìn)行研究，擴(kuò)充了新型磁記錄材料的種類，也大大促進(jìn)了磁記錄技術(shù)的發(fā)展，滋生了磁性材料市場(chǎng)，市場(chǎng)對(duì)磁帶以及計(jì)算機(jī)的磁性記錄信息存儲(chǔ)器的需求不斷增加。這些磁性材料與傳統(tǒng)的磁性材料有很大的不同，其主要的存在形式是：以粒子的形式存在于有機(jī)介質(zhì)中；將磁粉沉積成為磁膜的狀態(tài)后使用。另外，磁粉還大量用于生產(chǎn)磁頭，磁頭的主要功能是對(duì)現(xiàn)有的信息進(jìn)行加工處理，具體表現(xiàn)為：第一，記錄音頻、視頻、文字資料；第二，對(duì)信息進(jìn)行重讀，根據(jù)需要進(jìn)行回放；第三，可以抹除原有的信息，尤其是沒(méi)有利用價(jià)值的信息。目前，鋁硅鐵合金和鋁鐵合金是制作磁頭材料的主要磁性合金；另外，鐵的氧化物也可以用作磁頭材料。

目前，在制造高性能稀土永磁材料過(guò)程中，粉末冶金技術(shù)占據(jù)著重要的地位，利用這種技術(shù)可以制造出高性能釹鐵硼，這種化合物在市場(chǎng)上大受歡迎，不管是軍用還是民用市場(chǎng)都有極大的需求量。

（2）能源領(lǐng)域的粉末冶金材料

能源材料是在能源領(lǐng)域具有重大作用的材料，可以對(duì)能源的發(fā)展有促進(jìn)作用，對(duì)建立新能源體系有關(guān)鍵作用，能夠滿足節(jié)能新技術(shù)所需的一系列材料。這些材料按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，可以分為儲(chǔ)能材料、新能源材料2大類。氫能的應(yīng)用基礎(chǔ)就是氫能的貯存

和運(yùn)輸。在 20世紀(jì) 90年代，很多國(guó)家積極對(duì)儲(chǔ)氫材料進(jìn)行研制。如美國(guó)儲(chǔ)氫技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)占全部氫能研究經(jīng)費(fèi)一半以上，日本一次性的投資了50 億美元用于“新陽(yáng)光計(jì)劃”中氫能發(fā)電技術(shù)的研發(fā)?，F(xiàn)階段，儲(chǔ)氫合金材料的種類較多，主要有稀土類、鎂鎳類以及鈦鐵類等。

隨著化石燃料開(kāi)采量的不斷增加，地球能源日益枯竭，這就迫切需要新型的替代能源。其中，核能是比較理想的清潔能源，其發(fā)展?jié)摿薮?，各?guó)在核能領(lǐng)域都不甘落后，紛紛加大研發(fā)力度，都想在世界能源市場(chǎng)上占據(jù)一席之地。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)：截至目前，核能的發(fā)電量已經(jīng)占世界總發(fā)電量的 20%左右。現(xiàn)在，世界核能技術(shù)日益成熟，用于發(fā)電的核電堆是熱中子堆，這類反應(yīng)堆在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生二次輻射污染，并且隨著使用量的增加，生產(chǎn)成本大幅度降低，價(jià)格也就較為低廉，成為不少具備核能開(kāi)發(fā)技術(shù)的國(guó)家競(jìng)相追捧的清潔能源技術(shù)之一。

（作者單位：遼寧科技學(xué)院）