粉末冶金的知識簡介
粉末冶金是制取金屬粉末，及采用成形和燒結(jié)工藝將金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)制成材料和制品的工藝技術(shù)。它是冶金和材料科學的一個分支學科。
粉末冶金制品的應(yīng)用范圍十分廣泛，從普通機械制造到精密儀器；從五金工具到大型機械；從電子工業(yè)到電機制造；從民用工業(yè)到軍事工業(yè)；從一般技術(shù)到尖端高技術(shù)，均能見到粉末冶金工藝的身影。粉末冶金技術(shù)的作用
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。從人類科技發(fā)展史中可以看到，近代世界已經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命都是以新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用為先導的。鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，為18世紀以蒸汽機的發(fā)明和應(yīng)用為代表的第一次世界革命奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。本世紀中葉以來，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和核心作用，加之隨后的激光材料和光導纖維的問世，使人類社會進入了“信息時代”，因此，可以預料，誰掌握了新材料，誰就掌握了21世紀高新技術(shù)競爭的主動權(quán)！
1新材料技術(shù)的發(fā)展趨勢和特點
縱觀國際新材料研究發(fā)展的現(xiàn)狀，西方主要工業(yè)發(fā)達國家正集中人力、物力，尋求突破，美國、歐共體、日本和韓國等在他們的最新國家科技計劃中，都把新材料及其制備技術(shù)列為國家關(guān)鍵技術(shù)之一加以重點支持，非常強調(diào)新材料對發(fā)展國民經(jīng)濟、保衛(wèi)國家安全、增進人民健康和提高人民生活質(zhì)量等方面的突出作用。
我國對新材料及其制備技術(shù)歷來非常重視，一直作為一個重要的領(lǐng)域被列入我國自1956年以來的歷次國家科技發(fā)展規(guī)劃之中。在我國863高技術(shù)中，新技術(shù)材料又是七大重點領(lǐng)域之一。經(jīng)過40余年的努力，已在許多方面取得顯著進展，一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)的研究將對世界經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生重大影響，其發(fā)展趨主要體現(xiàn)在：
(1)功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向發(fā)展；
(2)結(jié)構(gòu)材料向高性能化、復合化、功能化和低成本化方向發(fā)展；
(3)薄膜和低維材料研制發(fā)展迅速，生物醫(yī)用材料異軍突起；
(4)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；
(5)材料及其制品與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性倍受重視，以滿足社會可持續(xù)發(fā)展的要求；
(6)材料的制備及評價表征技術(shù)日受重視，材料制備與評價表征新技術(shù)、新裝備不斷涌現(xiàn)；
(7)材料在不同層次(微觀、介觀和宏觀)上的設(shè)計發(fā)展迅速，已成為發(fā)展新材料的重要基礎(chǔ)。
綜上所述，當今新材料及其制備技術(shù)的發(fā)展趨勢具有以下幾個特點：
(1)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)，材料科學技術(shù)已成為當代和下世紀初最重要的、發(fā)展最快的科學技術(shù)之一。信息、能源、農(nóng)業(yè)和先進制造等技術(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；
(2)綜合利用現(xiàn)代先進科學技術(shù)成就，多學科交叉，知識密集，導臻新材料及其制
造技術(shù)的投資強度大、更新?lián)Q代快，經(jīng)濟效益和社會效益巨大；
(3)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。
(4)對材料基礎(chǔ)性、先導性的認識已形成共識。材料的研制和發(fā)展既要與器件的研制密切配合，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現(xiàn)跨躍發(fā)展。
2新材料技術(shù)前沿研究領(lǐng)域
進入20世紀90年代以來，材料科學技術(shù)的發(fā)展異常迅速。材料科學與生命科學、信息科學、認知科學、環(huán)境科學等共同構(gòu)成了當代科學技術(shù)的前沿。展望21世紀，基于物理、化學、數(shù)學等自然科學與電子、化工、冶金等工程技術(shù)最新成就的材料科學技術(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?/SPAN>III-V族半導體超晶格、量子阱異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料制備技術(shù)，GeSi合金和寬禁帶半導體材料等。
新型光子材料主要是大直徑、高光學質(zhì)量人工晶體制備技術(shù)和有機、無機新型非線性光學晶體探索，大功離半導體激光光纖模塊及全固態(tài)(可調(diào)諧)激光技術(shù)，有機、無機超高亮度紅、綠、蘭之基色材料及應(yīng)用技術(shù)，新型紅外、蘭、紫半導體激光材料以及新型光探測和光存儲材料等。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)先進技術(shù)，高性能稀土儲氫材料及相關(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)測和評價技術(shù)。先進復合材料主要是復合材料低成本制備技術(shù)，復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)材料復合新技術(shù)。
新型金屬材料主要是交通運輸用輕質(zhì)高強材料，能源動力用高溫耐蝕材料，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)陶瓷及其復合材料的補強、韌化技術(shù)，先進陶瓷的低成本、高可靠性、批量化制備技術(shù)。高溫超導材料主要是高溫超導體材料(準單晶和織構(gòu)材料)批量生產(chǎn)技術(shù)，可實用化高溫超導薄膜及異質(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)性評價技術(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、制備及應(yīng)用技術(shù)。
材料的制備與評價技術(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)、智能化控制及動態(tài)實時監(jiān)測分析技術(shù)，不同層次的設(shè)計、性能預測和評價表征新技術(shù)。
3粉末冶金技術(shù)的特點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(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復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，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。
(1)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、稀土儲氫材料、稀土發(fā)光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、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。
(2)可以制備非晶、微晶、準晶、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、磁學、光學和力學性能。
(3)可以容易地實現(xiàn)多種類型的復合，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合材料的工藝技術(shù)。
(4)可以生產(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。
(5)可以實現(xiàn)凈近形成形和自動化批量生產(chǎn)，從而，可以有效地降低生產(chǎn)的資源和能源消耗。
(6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術(shù)。
4粉末冶金學科優(yōu)先發(fā)展方向
(1)發(fā)展粉末制取新技術(shù)、新工藝及其過程理論。重點是超細粉末和納米粉的制備技術(shù)，快速冷凝制備非晶、準晶和微晶粉末技術(shù)，機械合金化技術(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�、超純、粉末特性可控方向發(fā)展。
(2)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。
(3)建立以“全致密化”為主要目標的新型固結(jié)技術(shù)及其過程模擬技術(shù)。如熱等靜壓、擬熱等靜壓、燒結(jié)-熱等靜壓、微波燒結(jié)、高能成形等。
(4)粉末冶金材料設(shè)計、表征和評價新技術(shù)。粉末冶金材料的孔隙特性、界面問題及強韌化機理的研究。粉末冶金材料和制品的今后發(fā)展方向
1、具有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)零部件發(fā)展。
2、制造具有均勻顯微組織結(jié)構(gòu)的、加工困難而完全致密的高性能合金。
3、用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。
4、制造非均勻材料、非晶態(tài)、微晶或者亞穩(wěn)合金。
5、加工獨特的和非一般形態(tài)或成分的復合零部件。粉末冶金工藝的基本工序
1、原料粉末的制備�，F(xiàn)有的制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學法。而機械法可分為：機械粉碎及霧化法；物理化學法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應(yīng)用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。
2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應(yīng)用最多的是模壓成型。
3、坯塊的燒結(jié)。燒結(jié)是粉末冶金工藝中的關(guān)鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結(jié)使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結(jié)又分為單元系燒結(jié)和多元系燒結(jié)。對于單元系和多元系的固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度比所用的金屬及合金的熔點低；對于多元系的液相燒結(jié)，燒結(jié)溫度一般比其中難熔成分的熔點低，而高于易熔成分的熔點。除普通燒結(jié)外，還有松裝燒結(jié)、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結(jié)工藝。
4、產(chǎn)品的后序處理。燒結(jié)后的處理，可以根據(jù)產(chǎn)品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應(yīng)用于粉末冶金材料燒結(jié)后的加工，取得較理想的效果。粉末冶金工藝的優(yōu)點
1、絕大多數(shù)難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。
2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機械加工，故能大大節(jié)約金屬，降低產(chǎn)品成本。用粉末冶金方法制造產(chǎn)品時，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產(chǎn)時，金屬的損耗可能會達到80%。
3、由于粉末冶金工藝在材料生產(chǎn)過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質(zhì)，而燒結(jié)一般在真空和還原氣氛中進行，不怕氧化，也不會給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。
4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。
5、粉末冶金適宜于生產(chǎn)同一形狀而數(shù)量多的產(chǎn)品，特別是齒輪等加工費用高的產(chǎn)品，用粉末冶金法制造能大大降低生產(chǎn)成.粉末冶金發(fā)展史
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個方法實質(zhì)上采用的就是粉末冶金方法。而現(xiàn)代粉末冶金技術(shù)的發(fā)展中共有三個重要標志：
1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產(chǎn)生的困難。1909年制造電燈鎢絲，推動了粉末冶金的發(fā)展；1923年粉末冶金硬質(zhì)合金的出現(xiàn)被譽為機械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機械零件的發(fā)展，充分發(fā)揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優(yōu)點。
3、向更高級的新材料、新工藝發(fā)展。四十年代，出現(xiàn)金屬陶瓷、彌散強化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現(xiàn)；利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強度的零件。
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