粉末冶金發(fā)展?fàn)顩r探討

李振宇 高優(yōu)靜 楊佳辰

摘要：伴隨工業(yè)的快速發(fā)展和人口的快速增長，傳統(tǒng)工業(yè)面臨著能源和環(huán)境污染的問題。傳統(tǒng)的化石燃料，例如石油和煤炭，已無法跟上全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并產(chǎn)生大量有害氣體以污染大氣。因此，世界各國都在關(guān)注新能源材料的開發(fā)利用。粉末冶金技術(shù)是一種新的材料制備和合成技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的應(yīng)用無疑是解決人類能源使用問題的兩個現(xiàn)代和優(yōu)越領(lǐng)域的有力組合。

關(guān)鍵詞：粉末冶金;發(fā)展?fàn)顩r;狀況探討

粉末冶金以金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）為基本原料，并通過壓制成型，燒結(jié)等一系列制造工藝來制造金屬材料，復(fù)合材料及各類產(chǎn)品。粉末冶金技術(shù)生產(chǎn)的材料和產(chǎn)品是生產(chǎn)各種新型工業(yè)材料的基本物質(zhì)，是解決新材料問題的有效途徑，具有很大的經(jīng)濟(jì)價值，具有社會效益。

一、粉末冶金發(fā)展的歷史背景

在遠(yuǎn)古時代，塊狀煉鋼技術(shù)是人類制造鐵器的唯一途徑，這為粉末冶金的原型開啟了人類社會鋼鐵時代的序幕。1890年，美國柯立芝公司使用粉末冶金技術(shù)制造了燈泡用鎢絲，奠定了現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的基礎(chǔ)。為了紀(jì)念現(xiàn)代粉末冶金的誕生，柯立芝（Coolidge）在1910年發(fā)表了一篇題為《制造球墨鑄鐵》的論文。 20世紀(jì)初，人們使用粉末冶金來制造鎢和鉬產(chǎn)品，硬質(zhì)合金，浸漬青銅的軸承，多孔過濾器，集電刷等。到目前為止，已經(jīng)形成了一套完整的粉末冶金技術(shù)。自1950年代以來，粉末冶金技術(shù)已逐漸應(yīng)用于各個領(lǐng)域和行業(yè)。通過各個行業(yè)的滲透和整合，開發(fā)了一系列基于粉末冶金技術(shù)的新材料。特殊陶瓷，纖維增強(qiáng)材料等各個行業(yè)的整合導(dǎo)致了一系列新工藝的開發(fā)，例如注塑，熱壓成型和靜壓機(jī)。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對各種新材料的需求不斷增長，粉末冶金技術(shù)必須在更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展。

二、對粉末冶金技術(shù)特征的分析

粉末冶金在傳統(tǒng)冶金的基礎(chǔ)上歷史悠久，融合了許多知識，形成了具有突出優(yōu)勢的新型冶金。粉末冶金主要處理粉狀礦石，在傳統(tǒng)冶金中，礦石呈塊狀形式，先進(jìn)行精煉然后進(jìn)行冶煉。應(yīng)用常規(guī)技術(shù)的大塊礦石精制技術(shù)受到礦石的技術(shù)和尺寸的限制，利用率僅為80%左右，并且產(chǎn)生大量的廢物。但是，通過應(yīng)用粉末冶金技術(shù)，可以顯著提高資源利用率，并可以有效地減少資源浪費(fèi)。另外，塊狀礦石長時間在戶外堆放，會對環(huán)境造成不利影響甚至破壞環(huán)境。我們發(fā)現(xiàn)，改善冶金技術(shù)對于最大限度地利用材料，發(fā)揮各種冶金材料的作用，形成新型高性能材料以及降低成本至關(guān)重要。廢礦石和舊金屬材料可以使用最新的粉末冶金技術(shù)進(jìn)行再利用，這對于可持續(xù)發(fā)展非常重要。所以，粉末冶金技術(shù)不僅使原料的選擇相對寬松，而且考慮了粉末冶金的可塑性和相關(guān)材料的添加以促進(jìn)性能的改善和平衡。

三、粉末冶金新材料的發(fā)展?fàn)顩r

（一）粉末冶金高速鋼

通過使用粉末冶金獲得高密度坯料并進(jìn)行熱變形（例如鍛造和軋制）而獲得的高速鋼型材。它解決了普通鑄造和鍛造高速鋼中存在的粗大碳化物偏析和合金材料不均勻的問題，并且比相同成分的鑄造和鍛造高速鋼具有更高的韌性，耐磨性和磨削性能和滾動性能，熱處理變形等性能。

（二）稀土永磁材料

近年來，稀土永磁材料發(fā)展迅速，主要用于微型電動機(jī)，汽車工業(yè)，電動汽車，電動自行車，醫(yī)療設(shè)備，揚(yáng)聲器，耳機(jī)和磁懸浮列車等電聲部件。依此類推，它們已成為現(xiàn)代新技術(shù)。憑借豐富的稀土資源，低廉的勞動力成本和廣闊的市場，中國應(yīng)成為世界領(lǐng)先的一流的稀土永磁體生產(chǎn)基地。

（三）特殊陶瓷

通過粉末冶金技術(shù)使用人工化合物（氮化物，氧化物，硼化物，碳化物，氟化物等）為原料制造的陶瓷。特種陶瓷不僅具有出色的耐熱性，耐蝕性和陶瓷耐磨性，而且還具有金屬性能韌性好，良好的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性。刀和工具之類的工具的表面在通過陶瓷結(jié)合增強(qiáng)后，可以顯著提高硬度和各種優(yōu)異的性能，從而使壽命延長了兩倍以上。金屬陶瓷還廣泛用于火箭，導(dǎo)彈，超音速殼，燃燒室等的火焰噴嘴，并且是現(xiàn)代最新科學(xué)技術(shù)的重要組成部分。

四、粉末冶金在我國的發(fā)展前景

（一）粉末冶金技術(shù)在太陽能材料中的應(yīng)用

太陽能的特點(diǎn)是取之不盡，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。但是，由于我們目前在所有領(lǐng)域都使用太陽能，因此光電轉(zhuǎn)換率通常較低，這影響了原因的闡明。借助粉末冶金技術(shù)，可以制造薄膜太陽能電池，在使用太陽能的過程中可以提高太陽能的轉(zhuǎn)化率。太陽照射地球表面后，吸收板用于吸收太陽能，粉末冶金技術(shù)用于制造吸收板。粉末冶金技術(shù)用于在加工后將吸收光的粉末噴涂到基材上，以幫助吸收和利用太陽能。

（二）粉末冶金技術(shù)在風(fēng)能材料中的應(yīng)用

除風(fēng)能外，太陽能是不變的，其特點(diǎn)是取之不盡，用之不竭，但使用風(fēng)能。風(fēng)力渦輪機(jī)剎車片和永磁釹鐵硼材料需要粉末冶金技術(shù)。這兩種材料與風(fēng)力發(fā)電的安全性能密切相關(guān)，而結(jié)合粉末冶金技術(shù)制成的材料可以大大提高風(fēng)力發(fā)電的效率。

（三）粉末冶金技術(shù)在儲氫材料中的應(yīng)用

氫能是一種清潔，高效的能源，可以替代污染環(huán)境的傳統(tǒng)化石能源。儲存方法是利用氫能的關(guān)鍵。在常見的存儲方法中，固態(tài)氫存儲是最安全，最有效的。粉末冶金技術(shù)可以應(yīng)用于固體氫存儲容器，因此氫被吸附在金屬晶格上，這種存儲方法可以保證安全性。粉末冶金技術(shù)通過粉末技術(shù)的發(fā)展，也可以幫助鋰離子電池的正負(fù)極實(shí)現(xiàn)了廣泛的工業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展，同時提高了材料的安全性能。

（四）粉末冶金技術(shù)在燃料電池材料中的應(yīng)用

燃料電池是一種可以將諸如燃料氣體之類的能量直接轉(zhuǎn)換為電能的設(shè)備，粉末冶金技術(shù)主要用于燃料電池的電極材料和密封部件，粉末冶金技術(shù)有助于改善材料的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。

結(jié)語：

綜上所述，通過對粉末冶金技術(shù)的優(yōu)勢分析，可以看出該技術(shù)在新能源材料的開發(fā)和應(yīng)用方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。粉末冶金極富創(chuàng)意和可成型性，因此在新能源材料的開發(fā)和應(yīng)用中占據(jù)著中心地位。粉末冶金技術(shù)的工藝原理使其在開發(fā)新能源方面更加經(jīng)濟(jì)高效。因此，為了保證新能源的可持續(xù)發(fā)展，有必要在新能源的開發(fā)和應(yīng)用中積極促進(jìn)粉末冶金技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：李振宇（1987—），男，陜西咸陽人，助理工程師。研究方向：粉末冶金零部件工藝設(shè)計(jì);楊佳辰，1996- 陜西咸陽人，助理工程師，研究方向：裝備制造業(yè)領(lǐng)域科技服務(wù)。

通訊作者簡介：高優(yōu)靜（1987-），女，陜西咸陽人，工程師。研究方向：機(jī)械產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測及科技咨詢服務(wù)