浅析粉末冶金材料及冶金技术的发展

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  粉末冶金是一项具有悠久历史的材料冶炼技术。在古代,人们就已经掌握了冶炼生铁的技术,这就是现代粉末冶金最原始的表现;18世纪的欧洲,在制造铂金过程中的冶炼技术就是粉末冶金,这标志着近代粉末冶金技术开始得到了发展;进入20世纪之后,粉末冶金技术得到了高速的发展,新型材料不断涌现,应用范围逐步扩大。目前,粉末冶金已经成为材料领域不可或缺的技术。
  粉末冶金是利用金属粉末作为生产的原料,经过一系列的生产工艺后,可以制造材料以及材料制品的技术。粉末冶金技术的发展促进了社会的变革。例如,1909年科学家用粉末冶金技术制造的钨丝制成白炽灯,极大地改变了人们的生活。随着经济的迅速发展,粉末冶金技术不断发展,粉末冶金技术应用范围也不断扩大。
  一、粉末冶金技术的特点
  粉末冶金制成品具有传统铸造技术不具有的化学性能,这些特性只能由粉末冶金技术实现。利用粉末冶金技术可以制造一些结构复杂或者精密的零件,如汽车上的小型零件。
  粉末冶金技术可以对多种材料进行复合加工,对材料的特性扬长避短,最大限度发挥各种材料具有的优良特性,生产出具备高性能的金属或者陶瓷材料,生产成本却可以大幅度降低。不仅如此,利用粉末冶金技术可以制造出具有特殊结构和特殊性能的产品(多孔分离膜材料以及功能性陶瓷材料),这是普通的铸造冶炼技术无法实现的。
  利用废矿石、回收废旧金属以及冶炼残渣作为制造的原料,是一种对材料综合利用的新型冶炼技术,可以有效节约资源。如家庭用的磨刀石等,就是用粉末冶金技术制成。
  二、粉末冶金材料的分类
  1.传统的粉末冶金材料
  (1)铁基粉末冶金材料
  在诸多粉末冶金材料中,铁基粉末冶金材料是最传统的一种,同时也是最重要的一种冶金材料,这种材料广泛应用于汽车制造行业。随着现代经济技术的快速发展,汽车生产的规模不断扩大,汽车生产者对其需求不断增加,铁基粉末冶金材料的应用领域也越来越多。在一些传统的机械加工行业对其需求也较多。
  (2)铜基粉末冶金材料
  铜基粉末冶金材料种类比较多,用铜及铜合金生产的零件具有较好的耐腐蚀性,青铜材料、黄铜材料以及铜合金等因其具有的优良特性,在机械、电器制造行业中铜基粉末冶金材料被大规模的应用。
  (3)难熔金属材料
  难熔金属材料一般是指熔点高于1 650℃并有一定储量金属的材料,这类材料的熔点比较高,因此具有较高的硬度和强度。这一类材料主要用于一些高端技术领域,主要应用在武器装备、航空航天、核能等领域。
  (4)硬质合金材料
  硬质合金材料是由熔点较高的金属经过氧化后形成的一种材料。这种材料的制作过程主要有2个环节,首先利用冶炼技术对硬质材料进行粘结和融合,之后通过粉末冶金环节進行相应的加工制作。硬质合金材料具有特殊的性能,如较高的熔点、较强的硬度和强度等,此种材料大量应用在工业切削领域中。
  (5)粉末冶金电工材料
  这类材料通常应用在电子领域,其中以电器元件居多。另外,一些公司在电极的制造过程中使用粉末冶金电工材料。进入21世纪之后,我国的通讯技术得到了迅速发展,这就意味着对电阻器件的需求量增多,进而增加了对粉末冶金电工材料的需求。另外,电子管在一些涉及到真空技术的领域中应用较多,因此,粉末冶金电工材料在真空领域也具有极其重要的作用。
  (6)摩擦材料
  摩擦材料顾名思义,本身具有极强的耐摩擦性,这类材料主要应用在一些易于产生摩擦的机械零部件中,例如汽车的摩擦离合器和摩擦制动器等。这些零件的制造利用了其耐摩擦、耐磨损的特点,能够使运动的物体减速甚至停止等。
  2.现代先进粉末冶金材料
  (1)信息领域的粉末冶金材料
  信息领域的粉末冶金材料主要是指粉末冶金软磁材料,软磁材料具体可以分为金属类材料和铁氧体材料2 种。其中,出现时间比较早的是铁氧体磁性材料,这种材料的制造技术极为有限,现阶段只能通过粉末冶金技术进行制造。在金属中,铁以及铁的合金是制作金属软磁材料的主要来源,例如硅钢、磷铁和铁钴合金等。
  在20世纪初,人们已经开始用磁性材料记录信息。1941年,人们开始用磁粉用作记录的媒介材料。20世纪80 年代以来,人们不断对磁性记录材料进行研究,扩充了新型磁记录材料的种类,也大大促进了磁记录技术的发展,滋生了磁性材料市场,市场对磁带以及计算机的磁性记录信息存储器的需求不断增加。这些磁性材料与传统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机介质中;将磁粉沉积成为磁膜的状态后使用。另外,磁粉还大量用于生产磁头,磁头的主要功能是对现有的信息进行加工处理,具体表现为:第一,记录音频、视频、文字资料;第二,对信息进行重读,根据需要进行回放;第三,可以抹除原有的信息,尤其是没有利用价值的信息。目前,铝硅铁合金和铝铁合金是制作磁头材料的主要磁性合金;另外,铁的氧化物也可以用作磁头材料。
  目前,在制造高性能稀土永磁材料过程中,粉末冶金技术占据着重要的地位,利用这种技术可以制造出高性能钕铁硼,这种化合物在市场上大受欢迎,不管是军用还是民用市场都有极大的需求量。
  (2)能源领域的粉末冶金材料
  能源材料是在能源领域具有重大作用的材料,可以对能源的发展有促进作用,对建立新能源体系有关键作用,能够满足节能新技术所需的一系列材料。这些材料按照一定的标准,可以分为储能材料、新能源材料2大类。氢能的应用基础就是氢能的贮存
  和运输。在 20世纪 90年代,很多国家积极对储氢材料进行研制。如美国储氢技术的研发经费占全部氢能研究经费一半以上,日本一次性的投资了50 亿美元用于“新阳光计划”中氢能发电技术的研发。现阶段,储氢合金材料的种类较多,主要有稀土类、镁镍类以及钛铁类等。
  随着化石燃料开采量的不断增加,地球能源日益枯竭,这就迫切需要新型的替代能源。其中,核能是比较理想的清洁能源,其发展潜力巨大,各国在核能领域都不甘落后,纷纷加大研发力度,都想在世界能源市场上占据一席之地。据有关部门统计:截至目前,核能的发电量已经占世界总发电量的 20%左右。现在,世界核能技术日益成熟,用于发电的核电堆是热中子堆,这类反应堆在运转过程中不会产生二次辐射污染,并且随着使用量的增加,生产成本大幅度降低,价格也就较为低廉,成为不少具备核能开发技术的国家竞相追捧的清洁能源技术之一。
  (作者单位:辽宁科技学院)
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