粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的運(yùn)用

李 上

（湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 郴州 412000）

由于“可持續(xù)發(fā)展”的概念被提出，全人類(lèi)開(kāi)始關(guān)注環(huán)境問(wèn)題、環(huán)保問(wèn)題等。 可傳統(tǒng)能源的減少和價(jià)格上漲，環(huán)境污染、破壞等，使得能源爭(zhēng)端問(wèn)題日益加劇，人們不得不開(kāi)始尋找其他能源，從而開(kāi)始重視新能源的研究和發(fā)開(kāi)。

1 粉末冶金的特點(diǎn)

粉末冶金具有獨(dú)特的化學(xué)組成和機(jī)械、物理性能，而這些性能是用傳統(tǒng)的熔鑄方法無(wú)法獲得的。運(yùn)用粉末冶金技術(shù)可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油軸承、齒輪、凸輪、導(dǎo)桿、刀具等，是一種少無(wú)切削工藝[1]。

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(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。②可以制備非晶、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。③可以容易地實(shí)現(xiàn)多種類(lèi)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)。④可以生產(chǎn)普通熔煉法無(wú)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)陶瓷磨具和功能陶瓷材料等。我們常見(jiàn)的機(jī)加工刀具，五金磨具，很多就是粉末冶金技術(shù)制造的。

2 新能源的定義與特點(diǎn)

新能源，也稱(chēng)為非常規(guī)能源，是指除傳統(tǒng)能源外的所有類(lèi)型的能源。指剛剛探索過(guò)或正在積極研究和實(shí)施的能源，如太陽(yáng)能，地?zé)崮埽L(fēng)能，潮汐能，生物質(zhì)能，氫能和核聚變能等。新能源的碳排放低或者為零，這對(duì)保護(hù)環(huán)境來(lái)說(shuō)非常重要。

3 引進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)的粉末冶金材料

首先，粉末冶金材料屬于信息類(lèi)，主要是粉末冶金軟磁材料。具體而言，它指的是金屬和鐵氧體材料。隨著磁記錄材料的研究，對(duì)粉末冶金軟材料的需求得到了極大的推動(dòng)。其次，能源領(lǐng)域內(nèi)的粉末冶金材料。能源材料的不斷創(chuàng)新和進(jìn)步促進(jìn)了能源的發(fā)展，主要是新能源的儲(chǔ)存容器和新能源的運(yùn)行材料。在航空航天工業(yè)中，材料的強(qiáng)度和硬度是重要的指標(biāo)，它們突出了粉末冶金材料的穩(wěn)定性和耐溫性。

4 在新能源材料中有效應(yīng)用粉末冶金技術(shù)的方法

（1）在風(fēng)能材料中的有效應(yīng)用。中國(guó)的風(fēng)能非常豐富，沒(méi)有污染。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的剎車(chē)片和永磁釹鐵硼材料是粉末冶金技術(shù)在風(fēng)能發(fā)電材料中，主要應(yīng)用的兩種制造材料。這與發(fā)電過(guò)程的安全性和可靠性密切相關(guān)，并在發(fā)電效率中起著至關(guān)重要的作用。風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)襯塊需要高摩擦系數(shù)和低磨損率，不論在任何溫度條件下都能有效的使用。對(duì)于永磁釹鐵硼，系統(tǒng)永磁材料代替了傳統(tǒng)的永磁材料，燒結(jié)釹鐵硼就是加入了稀土粉，利用粉末冶金工藝制備而成。

（2）在太陽(yáng)能材料中的有效應(yīng)用。太陽(yáng)能是現(xiàn)代新型能源中最常見(jiàn)的一種優(yōu)質(zhì)能源，清潔、干凈、無(wú)污染等是其突出特點(diǎn)，在太陽(yáng)能發(fā)熱，太陽(yáng)能發(fā)電等項(xiàng)目中得到廣泛使用。這也是目前太陽(yáng)能有效開(kāi)發(fā)并發(fā)展壯大的兩大領(lǐng)域，其一叫做“光伏太陽(yáng)能”，其二叫做“熱電太陽(yáng)能”。

基于光伏太陽(yáng)能領(lǐng)域，主要部件是光伏電池，依賴(lài)光伏效應(yīng)促進(jìn)太陽(yáng)能有效轉(zhuǎn)化為電能。太陽(yáng)能光伏轉(zhuǎn)換效率就目前來(lái)說(shuō)還比較偏低，這也阻礙了航空航天工業(yè)的發(fā)展。在粉末冶金技術(shù)的有效應(yīng)用中，我們能進(jìn)行薄膜太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，并且還能顯著提升光電轉(zhuǎn)換率。吸收板的生產(chǎn)與粉末冶金技術(shù)密切相關(guān)，粉末冶金技術(shù)主要用于發(fā)揮粉末對(duì)顏料和粘合劑的作用。

（3）粉末冶金技術(shù)在儲(chǔ)氫材料中的運(yùn)用。氫被認(rèn)為是清潔能源和低碳和零碳能源。氫能系統(tǒng)儲(chǔ)氫是關(guān)鍵。根據(jù)儲(chǔ)氫方法，儲(chǔ)氫和運(yùn)輸可分為三種類(lèi)型：第一種類(lèi)型是氣體儲(chǔ)氫技術(shù)，其中氫被壓縮并儲(chǔ)存在高壓容器中。第二種類(lèi)型是液態(tài)氫儲(chǔ)存技術(shù)，其將氫氣儲(chǔ)存在液化中并將其儲(chǔ)存在隔熱容器中。第三種是固體儲(chǔ)氫技術(shù)，即固體儲(chǔ)氫方法，其中氫和儲(chǔ)氫材料通過(guò)物理或化學(xué)方法結(jié)合，可有效克服氣體和液體兩種儲(chǔ)存模式的不足。自2001年以來(lái)，世界能源機(jī)構(gòu)已經(jīng)設(shè)定了一個(gè)車(chē)輛儲(chǔ)氫系統(tǒng)的目標(biāo)，以創(chuàng)造一個(gè)可逆大容量存儲(chǔ)容量超過(guò)5%的介質(zhì)。

在20世紀(jì)60年代，存儲(chǔ)氫的金屬和合金被發(fā)現(xiàn)在材料王國(guó)，統(tǒng)稱(chēng)為儲(chǔ)氫合金，具有很強(qiáng)的捕獲氫的能力。它可以在一定的熱度和壓力前提下將氫分子分解成合金中的單個(gè)原子。這些氫原子進(jìn)入“開(kāi)槽銷(xiāo)”中的合金原子之間的間隙，并與合金發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成金屬氫化物。外觀是氫的大量“吸收”，同時(shí)釋放大量的熱量。當(dāng)這些金屬氫化物被加熱時(shí)，它們?cè)俅畏纸猓⑶覛湓涌梢越Y(jié)合形成氫分子，這伴隨著明顯的吸熱效應(yīng)。不要看儲(chǔ)氫合金的金屬原子之間的間隙，但氫儲(chǔ)存能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于氫氣瓶，因?yàn)樗梢韵窈＞d一樣完全排出氣缸中的氫氣。具體地，儲(chǔ)氫合金相當(dāng)于儲(chǔ)氫筒重量的1/3。其體積不到鋼瓶體積的1/10，然而，在相同的溫度和壓力條件下，氫氣儲(chǔ)存容量是氣態(tài)氫的1000倍。可以看出，儲(chǔ)氫合金是理想且方便的儲(chǔ)氫方法。

（4）在核材料中的有效運(yùn)用。核能是一種清潔和可持續(xù)的能源，被世界公認(rèn)為大規(guī)模傳統(tǒng)能源的替代能源。核電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)核材料，核電技術(shù)的任何突破都取決于核材料的突破。核材料包括用于重元素裂變反應(yīng)堆的材料和用于氫聚變反應(yīng)堆的材料。

裂變反應(yīng)堆已經(jīng)廣泛工業(yè)化和商業(yè)化。這也決定了在核能運(yùn)用上材料的重要性。人們運(yùn)用粉末冶金技術(shù)，為核能的使用提供了重要的材料，例如高熱流密度部件結(jié)構(gòu)材料，在國(guó)際熱核試驗(yàn)反應(yīng)器中，使用彌散強(qiáng)化銅作為散熱器，冷卻線和低環(huán)徑比的托卡馬克中心導(dǎo)體材料。已經(jīng)通過(guò)了與熱導(dǎo)率，強(qiáng)度，高溫強(qiáng)度和種子輻射相關(guān)的測(cè)量。并形成了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

新能源的開(kāi)發(fā)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，它能有效的降低碳排放，降低對(duì)環(huán)境的污染，提供可使用能源的多樣化，降低能源得使用成本。在新能源快速發(fā)展的過(guò)程中，新能源材料在支持新能源發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。隨著新能源研究的不斷發(fā)展粉末冶金技術(shù)也會(huì)隨之不斷的更新和發(fā)展繼續(xù)為新能源的發(fā)展提供新能源材料。