材料加工技術的發展與展望

蔡濟云

（武漢市第十一中學 湖北 武漢 420100）

材料加工技術的發展與展望

蔡濟云

（武漢市第十一中學 湖北 武漢 420100）

工業的發展離不開材料加工技術的支持，工業革新使工業的發展迎來了質的飛躍。政府加大了材料學的科學研究的力度，新型材料的接連不斷地出現，材料加工的技術也不斷提高。本文重點闡述了材料加工的技術發展與展望。

材料加工；發展

1 引言

金屬材料想要真正被應用只依靠傳統的加工技術是不可能實現的。傳統金屬加工技術只能融化塑性金屬，得到材料坯，材料坯經過新型材料加工技術之后才擁有各種形態和功能被航天、運輸、軍事、建筑等行業應用。

2 材料加工技術的發展歷史

早在遠古時代，人類就掌握了材料加工的技術，材料加工可以說是一種又古老又年輕的技術。縱觀歷史發展，材料加工主要發生了五次重大改革，具體為以下：

（1）最早人類材料加工的原材料基本上是就地取材，遠古時期人類碾磨石頭，用石頭做武器餐具，一直到公元前4000年，人類開始掌握熔煉和鑄造銅，用銅代替石頭，標志著人類進入了青銅時代。這是材料加工技術的第一次重大改革，原材料從石頭變成了金屬物質。

（2）人類社會逐步發展，人們發現了另一種金屬鐵，它的質地比青銅硬，冶煉技術更簡單，因此人類開始熔煉和鑄造鐵，逐漸用鐵代替銅制作武器和生活用具，這便是材料加工技術的第二次重大改革。

（3）第三次材料加工技術改革發生在公元1500年，人類用合金替代鐵。

（4）人類在使用合金材料過程中迸發了新的靈感，拋棄傳統的自然資源，加工自己合成的原材料。在20世紀初期，合成材料開始面世，標志著第四次材料技術革命的開始。

（5）20世紀中后期，人類科學技術發展的十分迅速，人類迫切需要研究具有強大功能的新型材料來滿足計算機、航天等尖端領域科學的發展。那段時期納米材料、超導體、陶瓷材料等新型材料不斷面世，給材料加工技術注入了新的活力。到了21世紀后，材料加工技術發展主要兩個典型特征，第一個特征直接引領了第五次改革即實現材料性能性能設計與制備加工工藝設計一體化，第二個特征便是精準把握材料的性能、大小等，這些都需要依靠計算機的仿真和模擬技術以及大數據的支持。

3 材料加工技術的主要發展方向

本文深入研究了材料加工技術的發展趨勢和特點，整合歸納了材料加工技術未來的發展方向主要為以下五個方向：

（1）常規材料加工工藝的短流程化和高效化

傳統的材料加工存在步驟多、耗時長、成本高、產量低等缺點，材料加工技術未來發展就是要改善傳統技術的缺點，縮短流程、簡化步驟從而減少時間的浪費，連續生產、合并步驟，實效材料加工的高效快捷，同時還需要把控細節避免出現差錯。近幾年來各國綠色環保意識提高，如何減少資源的浪費也是材料加工技術需要攻破的難題。

（2）發展先進的成形加工技術

僅僅依靠傳統的加工技術難以改善材料的性能，實現“精確成形”及“短流程”可以挖掘出材料的性能。輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術的重要發展方向。冷卻和加溫都可以提高材料的性能，比如：非平衡凝固技術、電磁連鑄技術等就是冷卻材料來精確控制材料加工的速度；低溫強加工技術就是通過溫度來精確控制材料的變形程度。材料成形加工可以讓材料更輕、更薄、更精、更強、更韌、質量高、周期短及成本低。如今材料成形技術廣泛相當廣泛，它的核心就是精密化在制造技術。精密零件外形尺寸和精密零件內部成分是材料成形加工技術精密化的主要內容?！熬_成形”及“短流程”還可以減少材料的缺陷，比如：組成成分細密、平均等。成形技術還可以攻克傳統技術難以改造的材料。應急快速維修技術、再制造毛坯快速成形技術等都是新材料的重點研究方向。成形技術還可以解決以前技術難題，比如：用激光、電子束焊接就可以解決材料連接的難題。

（3）開發新型制備與成形加工技術，發展新材料和新制品

近幾年國家對材料加工技術越來越重視，新型的加工技術層出不窮，比如鋁合金激光焊接、鎂合金激光焊接、機器人智能焊接、非納米晶復合涂層制備技術等。國外也高度重視新型制備與成形加工技術的研究開發，德國對電氣化學的研究投入就很大，特意召開了專題會，集中探討電氣化學的材料工藝。電磁場是各國新型材料研究的重點內容，因為電磁場可控性很高，易于被控制，科學家可以通過改變磁場的磁性、疊加磁場等精準控制材料的塑性。相信在未來電磁場將會在新型材料研究中發揮巨大的作用?？焖倌碳す饧庸ぜ夹g目前也是材料加工研究的另一個熱點，通過快速凝固金屬來精準把控材料的塑性。材料的新型制備和加工可以緩解日益短缺的自然資源，攻克一些難以解決的加工技術問題，促進材料研究學的發展。

（4）發展計算機數值模擬與過程仿真技術，構筑完善的材料數據庫。

材料加工技術的未來發展離不開計算機技術和大數據技術的支持?？茖W家研究和發展計算機的數值模擬以及高仿真技術就是為了提高材料成型加工技術的水平，改善材料的性能，實現“精確成形”及“短流程”挖掘出材料的性能。強大的數據庫資源也是不可或缺的，它可以為計算機的數值模擬以及高仿真提供精準的數據，提高實驗結果的準確性，加速計算機科學技術的發展。國內在近幾年才開始了解到計算機數值模擬與過程仿真技術，構筑完善的材料數據庫的重要性，而國外的研究早在20世紀80年代就已經開始了，技術和研究水平明顯落后。

（5）材料的智能制備與成形加工技術

20世紀后期計算機的快速發展讓人們看到了材料加工技術的新方向。計算機擁有強大的計算能力和儲存能力，研究依靠計算機技術以及數據庫的支持可以實現對生產流程的智能化控制，實時監控、在線反饋。材料的智能制備與成形加工技術意義重大，它可以在保證產品質量的同時，縮短加工的時間，提高生產的效率，實現生產的綠色環保。

4 結語

隨著科學技術的快速發展，材料加工技術也得到了提升，其必將在我國國民經濟建設中發揮越來越重要的作用，使人們的生活水平和質量都得到提高。

[1]于思遠，等.國內外先進陶瓷材料加工技術的進展[J].金剛石與磨料磨具工程，2001，4(124).

[2]談耀麟.石材加工機械發展趨勢[J].石材，2000(1):31-34.

[3]史慶南，林大超.材料加工發展的動向及探討[J]，昆明理工大學學報，1997，22(1):103-107.

TB30 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0023-02