粉末冶金材料及冶金技術發展探討

焦忠吉 陳磊 楊通江

摘 要：我國擁有悠久的金屬冶煉歷史，生鐵冶金技術是最早的冶金技術。隨著我國工業技術的發展和經濟基礎的進步，粉末冶金技術已經被廣泛應用于各個領域。和傳統的冶金技術相比，粉末冶金技術具有明顯的節能、高效、環保等優點。本文針對粉末冶金技術的特點、發展歷史以及該技術的發展趨勢進行探討，以期能夠促進我國冶金行業的進步。

關鍵詞：粉末冶金材料；冶金技術；發展

一、冶金材料分類

（一）傳統冶金材料分類

傳統冶金材料一般分為鐵基粉末冶金材料、鋼基粉末冶金材料、難溶性冶金材料、電子冶金材料等幾種。其中最常見也是應用最多的冶金材料之一便是鐵基粉末冶金材料，一般被應用于機械制造行業中。鋼基粉末冶金材料多用于現代電器生產制造中，主要是因其獨特的性能特征，不同于其它冶金材料，鋼基粉末金屬的材料構成以及配比度具有較大的差異。例如黃銅材料具有較強的塑性和耐磨性，銅合金具有優良的導電和導熱性。難溶性技術冶金材料具有很高的熔點，一般熔點在1700℃以上，又因其優異的硬度和強度表現，多用于航空制造業和軍事制造業。電子冶金材料具有極強的耐磨性，主要被應用于通信產品生產中，目前也在逐漸滲透到其它各領域。

（二）現代冶金材料分類

現代冶金材料一般是用于現代信息行業以及生物材料制造、新能源研究及高端軍事制造領域中。用于信息行業中的冶金材料主要分為金屬類材料以及鐵氧材料，目前鐵氧材料中的鐵氧體磁性材料只能通過現代化的粉末冶金技術制得，生產成本偏高，如磷鐵、硅鋼等。在新能源研究領域，現代冶金材料滿足了我國大力倡導的節能政策的落實需求，現代冶金材料中的儲能式材料與新能源材料的研發推動了我國低碳環保、經濟節能理念的傳承。在生物材料制造行業中，現代冶金最明顯和最有價值的體現便是應用于醫療領域中，如人造機械骨骼的醫學研究成果，不僅降低了人體免疫排斥反應，延長人類壽命，同時降低了醫療成本。在軍事制造以及航天制造領域中，粉末冶金材料的防輻射以及耐高溫特性具有重要價值。

二、粉末冶金技術

（一）粉末冶金技術特征

粉末冶金技術是對多種材料進行復核加工，所以粉末冶金技術具有獨特的物理性能和化學性能。該技術的運用能夠制造出普通冶煉無法完成的金屬制品，如結構復雜或細小的精密零件。同時粉末冶金技術的應用，能夠極大地縮減冶煉成本，提高金屬冶煉效率。例如，原本廢棄的礦石或者金屬鐵屑等也可以通過粉末冶金技術實現二次利用，這種方式不僅有效提高了資源的利用率，降低了環境污染，同時達到節約資金成本的目的。另外，科技性能較高的多空分離膜、功能性陶瓷材料都是粉末冶金技術下的優秀成果。

（二）粉末冶金技術發展史

最原始的粉末冶金技術是由埃及人利用碳還原氧化鐵得到海綿鐵，再通過高溫鍛造手段將海綿鐵制成致密塊，進而將致密塊打造成需要的鐵質器具。在幾千年前的遠古時期就已經有了粉末冶金技術的雛形和思維，并且對人類社會發展起到了積極的促進作用。

在粉末冶金技術的發展過程中，先后出現了硬質合金、集電刷和青銅含有軸承等產品。由于粉末冶金技術較普通冶煉具有更高的經濟性和材料上的可選性，所以粉末冶金的工藝更靈活，可制造的產品也更多。隨著粉末冶金技術的逐漸成熟，由該技術研發出的新工藝也越來越多，如放電等離子燒結、等靜壓成形以及增材制造技術等。如今粉末冶金技術被應用最多的便是汽車行業和航空業以及新材料的開發。

三、粉末冶金材料及技術的發展方向

（一）粉末注射成型技術

以國際眼光看中國的科技發展，可以發現我國的各項科學技術發展起點較低，但是以發展的眼光看中國，則可發現我國早已進入科學技術發展的歷史新階段。粉末冶金技術中的粉末注射成型技術在我國已經進入初級試用階段。粉末注射成型技術多使用陶瓷、鐵基等作為基礎材料，一個由粉末注射成型技術制造的成品，往往需要經歷一個漫長的周期。隨著科技水平的不斷進步以及人們對冶金行業要求的不斷提高，傳統的粉末注射成型技術也在不斷的升級，經過改良后的粉末注射成型技術不再只運用于陶瓷制品，而是向更加復雜和精細化的鈦合金以及高溫合金材料發展。可以預測的是，粉末注射成型技術必將成為粉末冶金技術中的重要分支技術。

（二）微波結燒技術

微波燒結技術的運用，彌補了冶金行業和企業冶金材料內部不均勻的缺陷，該技術利用微波加熱方法的特性，加快了材料生產的速度，一般可以在60s內將材料溫度上升至1700℃，一些冶金材料可在短時間內上升溫度至2200℃。通過高溫使材料自內而外整體加熱，快速升溫對被加熱物體具有很好的品質保障作用。因此微波燒結技術生產的產品內部結構更均勻，材料韌性也更強，在陶瓷行業中的應用效果更好。同時因為微波燒結技術在實際的燒制過程中使陶瓷內部受熱更均勻，所以，陶瓷結構的穩定性更好，不會輕易產生裂痕。微波燒結結束不僅生產效率高，而且生產成本低，是未來陶瓷材料加工的應用趨勢。

（三）溫壓成形技術

粉末冶金技術中的溫壓成形技術包括溫壓技術和流動溫壓技術，其中溫壓技術是將特殊的粉末進行高溫、輸送和模具加熱燈系統等共同作用下，通過加熱模具溫度至140℃進行初步定型。再結合常規的冶金粉末技術進行同一操作。開展燒結工作，最終制得密度和強度較高的粉末冶金零件。流動溫壓技術則是與粉末注射成型技術相結合，充分發揮這兩種技術的優點。該項技術對粉末的流動性以及填充的成形性進行了進一步提升，克服了傳統冶金粉末技術在成形上的不穩定性。這種技術的工藝相對簡單，生產的零件精密度高，具有十分廣闊的發展前景。雖然現在還沒有普遍應用，但從其工藝流程、技術難度、經濟價值等多方面來看，流動溫壓技術都具有明顯的優越性。

四、結語

隨著我國社會經濟水平的不斷提升，人們對冶金制品的綜合性能要求越來越高。粉末冶金技術因其效率高、成本低、耗能小的優勢，逐漸引領了新時代的行業翹楚。我國的粉末冶金技術從經濟、性能等方面都還有很大的發展空間。冶金企業想要提升自身核心競爭力，推進工業發展的步伐，需要注重新能源材料的開發，加快粉末冶金技術的升級與轉型，以實現我國能源的可持續發展。

參考文獻：

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