粉末冶金技術(shù)的作用和發(fā)展研究

727 編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng) 來源：周智勇

2024-03-07 11:55:45

材料是人類用以制成用于生活和生產(chǎn)的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器及其它產(chǎn)品的物質(zhì)，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。所謂新材料，指的是那些新出現(xiàn)或正在發(fā)展中的具有傳統(tǒng)材料所具備的優(yōu)異性能的材料。本世紀(jì)中葉以來，以電子技術(shù)，特別是微電子技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為代表的第二次世界革命，硅單晶材料則起著先導(dǎo)和核心作用，加之隨后的激光材料和光導(dǎo)纖維的問世，使人類社會(huì)進(jìn)入了信息時(shí)代，因此，可以預(yù)料，誰掌握了新材料，誰就掌握了21世紀(jì)高新技術(shù)競爭的主動(dòng)權(quán)！

一、新材料技術(shù)的發(fā)展趨勢和特點(diǎn)

大批新材料已成功地應(yīng)用于國防和民用工業(yè)領(lǐng)域，有些新材料的研究居國際領(lǐng)先水平，為我國新材料及其制備技術(shù)在21世紀(jì)初的持續(xù)發(fā)展奠定了較好的基礎(chǔ)。新材料及其制備技術(shù)的研究將對(duì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響，其發(fā)展趨主要體現(xiàn)在：功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向發(fā)展,結(jié)構(gòu)材料向高性能化、復(fù)合化、功能化和低成本化方向發(fā)展,薄膜和低維材料研帛發(fā)展迅速，生物醫(yī)用材料異軍突起,新材料制品的精加工技術(shù)和近凈形成形技術(shù)受到高度重視,材料及其制品與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性倍受重視，以滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求,材料的制備及評(píng)價(jià)表征技術(shù)日受重視，材料制備與評(píng)價(jià)表征新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn),材料在不同層次上的設(shè)計(jì)發(fā)展迅速，已成為發(fā)展新材料的重要基礎(chǔ)。

綜上所述，當(dāng)今新材料及其制備技術(shù)的發(fā)展趨勢具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，新材料技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)和高技術(shù)發(fā)展中的共性關(guān)鍵技術(shù)，材料科學(xué)技術(shù)已成為當(dāng)代和下世紀(jì)初最重要的、發(fā)展最快的科學(xué)技術(shù)之一。信息、能源、農(nóng)業(yè)和先進(jìn)制造等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展都離不開新材料及其制備技術(shù)的發(fā)展,其次，綜合利用現(xiàn)代先進(jìn)科學(xué)技術(shù)成就，多學(xué)科交叉，知識(shí)密集，導(dǎo)臻新材料及其制備技術(shù)的投資強(qiáng)度大、更新?lián)Q代快，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大,新材料的制備和質(zhì)量的提高更加依賴于新技術(shù)、新工藝的發(fā)展和精確的檢測控制技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)制備技術(shù)的重視與投入直線上升，極大地加速了基礎(chǔ)材料的發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造。最后，對(duì)材料基礎(chǔ)性、先導(dǎo)性的認(rèn)識(shí)已形成共識(shí)。材料的研帛和發(fā)展既要與器件的研帛密切配合，又要注意到自身的系統(tǒng)性和超前性，這樣才有利于材料實(shí)現(xiàn)跨躍發(fā)展。

二、新材料技術(shù)前沿研究領(lǐng)域

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展異常迅速。材料科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等共同構(gòu)成了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿。展望21世紀(jì)，基于物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等自然科學(xué)與電子、化工、冶金等工程技0m7L6DWla7WOHWgS7niBtA==術(shù)最新成就的材料科學(xué)技術(shù)前沿主要如下：微電子材料主要是大真徑(400mm)硅單晶及片材技術(shù)，大直徑（200mm）硅片外延技術(shù)，150mmGaAs和100mmInP晶片及其以它們?yōu)榛腎II－族半導(dǎo)體超晶格、量子阱異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制備技術(shù)，GeSi合金和寬禁帶半導(dǎo)體材料等。新型光子材料主要是大直徑、高光學(xué)質(zhì)量人工晶體制備技術(shù)和有機(jī)、無機(jī)新型非線性光學(xué)晶體探索，大功離半導(dǎo)體激光光纖模塊及全固態(tài)激光技術(shù)，有機(jī)、無機(jī)超高亮度紅、綠、蘭之基色材料及應(yīng)用技術(shù)，新型紅外、蘭、紫半導(dǎo)體激光材料以及新型光探測和光存儲(chǔ)材料等。稀土功能材料主要是高純稀土材料的制備技術(shù)，超高磁能稀土永磁材料大規(guī)模生產(chǎn)先進(jìn)技術(shù)，高性能稀土儲(chǔ)氫材料及相關(guān)技術(shù)。生物醫(yī)用材料高可靠性植入人體內(nèi)的生物活性材料合成關(guān)鍵技術(shù)，生物相容材料，如組織器字替代材料，人造血液，人造皮和透析膜技術(shù)，以及生物新材料制品性能、質(zhì)量的在線監(jiān)測和評(píng)價(jià)技術(shù)。先進(jìn)復(fù)合材料主要是復(fù)合材料低成本制備技術(shù)，復(fù)合材料的界面控制與優(yōu)化技術(shù)，不同尺度不同結(jié)構(gòu)異質(zhì)材料復(fù)合新技術(shù)。

新型金屬材料主要是交通運(yùn)輸用輕質(zhì)高強(qiáng)材料，能源動(dòng)力用高溫耐蝕材料，新型有序金屬間化合物的脆性控制與韌化技術(shù)以及高可靠性生產(chǎn)制造技術(shù)。先進(jìn)陶瓷材料主要是信息功能陶瓷的多功能化及系統(tǒng)集成技術(shù)，高性能陶瓷薄膜、異質(zhì)薄膜的制備、集成與微加工技術(shù)，結(jié)構(gòu)陶瓷及其復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)、韌化技術(shù)，先進(jìn)陶瓷的低成本、高可靠性、批量化制備技術(shù)。高溫超導(dǎo)材料主要是高溫超導(dǎo)體材料（準(zhǔn)單晶和織構(gòu)材料）批量生產(chǎn)技術(shù)，可實(shí)用化高溫超導(dǎo)薄膜及異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜制備、集成和微加工技術(shù)研究開發(fā)等。環(huán)境材料主要是材料的環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)技術(shù)，材料的延壽、再生與綜合利用新技術(shù)，降低材料生產(chǎn)資源和能源消耗新技術(shù)。納米材料及技術(shù) 主要是納米材料制備與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，固態(tài)量了器件的制備及納米加工技術(shù)。智能材料主要是智能材料與智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用技術(shù)。

材料的制備與評(píng)價(jià)技術(shù) 主要是材料精密制備、近凈形成形技術(shù)與智能加工技術(shù)，材料表面改性技術(shù)的低成本化途徑與批量生產(chǎn)技術(shù)，材料微觀結(jié)構(gòu)的模型化技術(shù)、智能化控制及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測分析技術(shù)，不同層次的設(shè)計(jì)、性能預(yù)測和評(píng)價(jià)表征新技術(shù)。

三、粉末冶金技術(shù)的特點(diǎn)及其在新材料研究中的作用

粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。粉末冶金法與生產(chǎn)陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術(shù)也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。

粉末冶金技術(shù)可以最大限度地減少合金成分偏聚，消除粗大、不均勻的鑄造組織。在制備高性能稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導(dǎo)材料、新型金屬材料（如Al-Li合金、耐熱Al合金、超合金、粉末耐蝕不銹鋼、粉末高速鋼、金屬間化合物高溫結(jié)構(gòu)材料等）具有重要的作用?？梢灾苽浞蔷?、微晶、準(zhǔn)晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優(yōu)異的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能。可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類型的復(fù)合，充分發(fā)揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產(chǎn)高性能金屬基和陶瓷復(fù)合材料的工藝技術(shù)?？梢陨a(chǎn)普通熔煉法無法生產(chǎn)的具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的材料和制品，如新型多孔生物材料，多孔分離膜材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷材料等?？梢詫?shí)現(xiàn)凈近形成形和自動(dòng)化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗?？梢猿浞掷玫V石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進(jìn)行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。

四、粉末冶金學(xué)科優(yōu)先發(fā)展方向

發(fā)展粉末制取新技術(shù)、新工藝及其過程理論。重點(diǎn)是超細(xì)粉末和納米粉的制備技術(shù)，快速冷凝制備非晶、準(zhǔn)晶和微晶粉末技術(shù)，機(jī)械合金化技術(shù)，自蔓延高溫合成技術(shù)，粉末粒度、結(jié)構(gòu)、形貌、成分控制技術(shù)?？偟内厔菔窍虺?xì)、超純、粉末特性可控方向發(fā)展。建立以“凈近形成形技術(shù)為中心的各種新型固結(jié)技術(shù)及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。建立以“全致密化為主要目標(biāo)的新型固結(jié)技術(shù)及其過程模擬技術(shù)。

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