淺析粉末冶金材料及冶金技術的發展

王琛琛

粉末冶金是一項具有悠久歷史的材料冶煉技術。在古代，人們就已經掌握了冶煉生鐵的技術，這就是現代粉末冶金最原始的表現；18世紀的歐洲，在制造鉑金過程中的冶煉技術就是粉末冶金，這標志著近代粉末冶金技術開始得到了發展；進入20世紀之后，粉末冶金技術得到了高速的發展，新型材料不斷涌現，應用范圍逐步擴大。目前，粉末冶金已經成為材料領域不可或缺的技術。

粉末冶金是利用金屬粉末作為生產的原料，經過一系列的生產工藝后，可以制造材料以及材料制品的技術。粉末冶金技術的發展促進了社會的變革。例如，1909年科學家用粉末冶金技術制造的鎢絲制成白熾燈，極大地改變了人們的生活。隨著經濟的迅速發展，粉末冶金技術不斷發展，粉末冶金技術應用范圍也不斷擴大。

一、粉末冶金技術的特點

粉末冶金制成品具有傳統鑄造技術不具有的化學性能，這些特性只能由粉末冶金技術實現。利用粉末冶金技術可以制造一些結構復雜或者精密的零件，如汽車上的小型零件。

粉末冶金技術可以對多種材料進行復合加工，對材料的特性揚長避短，最大限度發揮各種材料具有的優良特性，生產出具備高性能的金屬或者陶瓷材料，生產成本卻可以大幅度降低。不僅如此，利用粉末冶金技術可以制造出具有特殊結構和特殊性能的產品（多孔分離膜材料以及功能性陶瓷材料），這是普通的鑄造冶煉技術無法實現的。

利用廢礦石、回收廢舊金屬以及冶煉殘渣作為制造的原料，是一種對材料綜合利用的新型冶煉技術，可以有效節約資源。如家庭用的磨刀石等，就是用粉末冶金技術制成。

二、粉末冶金材料的分類

1.傳統的粉末冶金材料

（1）鐵基粉末冶金材料

在諸多粉末冶金材料中，鐵基粉末冶金材料是最傳統的一種，同時也是最重要的一種冶金材料，這種材料廣泛應用于汽車制造行業。隨著現代經濟技術的快速發展，汽車生產的規模不斷擴大，汽車生產者對其需求不斷增加，鐵基粉末冶金材料的應用領域也越來越多。在一些傳統的機械加工行業對其需求也較多。

（2）銅基粉末冶金材料

銅基粉末冶金材料種類比較多，用銅及銅合金生產的零件具有較好的耐腐蝕性，青銅材料、黃銅材料以及銅合金等因其具有的優良特性，在機械、電器制造行業中銅基粉末冶金材料被大規模的應用。

（3）難熔金屬材料

難熔金屬材料一般是指熔點高于1 650℃并有一定儲量金屬的材料，這類材料的熔點比較高，因此具有較高的硬度和強度。這一類材料主要用于一些高端技術領域，主要應用在武器裝備、航空航天、核能等領域。

（4）硬質合金材料

硬質合金材料是由熔點較高的金屬經過氧化后形成的一種材料。這種材料的制作過程主要有2個環節，首先利用冶煉技術對硬質材料進行粘結和融合，之后通過粉末冶金環節進行相應的加工制作。硬質合金材料具有特殊的性能，如較高的熔點、較強的硬度和強度等，此種材料大量應用在工業切削領域中。

（5）粉末冶金電工材料

這類材料通常應用在電子領域，其中以電器元件居多。另外，一些公司在電極的制造過程中使用粉末冶金電工材料。進入21世紀之后，我國的通訊技術得到了迅速發展，這就意味著對電阻器件的需求量增多，進而增加了對粉末冶金電工材料的需求。另外，電子管在一些涉及到真空技術的領域中應用較多，因此，粉末冶金電工材料在真空領域也具有極其重要的作用。

（6）摩擦材料

摩擦材料顧名思義，本身具有極強的耐摩擦性，這類材料主要應用在一些易于產生摩擦的機械零部件中，例如汽車的摩擦離合器和摩擦制動器等。這些零件的制造利用了其耐摩擦、耐磨損的特點，能夠使運動的物體減速甚至停止等。

2.現代先進粉末冶金材料

（1）信息領域的粉末冶金材料

信息領域的粉末冶金材料主要是指粉末冶金軟磁材料，軟磁材料具體可以分為金屬類材料和鐵氧體材料2 種。其中，出現時間比較早的是鐵氧體磁性材料，這種材料的制造技術極為有限，現階段只能通過粉末冶金技術進行制造。在金屬中，鐵以及鐵的合金是制作金屬軟磁材料的主要來源，例如硅鋼、磷鐵和鐵鈷合金等。

在20世紀初，人們已經開始用磁性材料記錄信息。1941年，人們開始用磁粉用作記錄的媒介材料。20世紀80 年代以來，人們不斷對磁性記錄材料進行研究，擴充了新型磁記錄材料的種類，也大大促進了磁記錄技術的發展，滋生了磁性材料市場，市場對磁帶以及計算機的磁性記錄信息存儲器的需求不斷增加。這些磁性材料與傳統的磁性材料有很大的不同，其主要的存在形式是：以粒子的形式存在于有機介質中；將磁粉沉積成為磁膜的狀態后使用。另外，磁粉還大量用于生產磁頭，磁頭的主要功能是對現有的信息進行加工處理，具體表現為：第一，記錄音頻、視頻、文字資料；第二，對信息進行重讀，根據需要進行回放；第三，可以抹除原有的信息，尤其是沒有利用價值的信息。目前，鋁硅鐵合金和鋁鐵合金是制作磁頭材料的主要磁性合金；另外，鐵的氧化物也可以用作磁頭材料。

目前，在制造高性能稀土永磁材料過程中，粉末冶金技術占據著重要的地位，利用這種技術可以制造出高性能釹鐵硼，這種化合物在市場上大受歡迎，不管是軍用還是民用市場都有極大的需求量。

（2）能源領域的粉末冶金材料

能源材料是在能源領域具有重大作用的材料，可以對能源的發展有促進作用，對建立新能源體系有關鍵作用，能夠滿足節能新技術所需的一系列材料。這些材料按照一定的標準，可以分為儲能材料、新能源材料2大類。氫能的應用基礎就是氫能的貯存

和運輸。在 20世紀 90年代，很多國家積極對儲氫材料進行研制。如美國儲氫技術的研發經費占全部氫能研究經費一半以上，日本一次性的投資了50 億美元用于“新陽光計劃”中氫能發電技術的研發。現階段，儲氫合金材料的種類較多，主要有稀土類、鎂鎳類以及鈦鐵類等。

隨著化石燃料開采量的不斷增加，地球能源日益枯竭，這就迫切需要新型的替代能源。其中，核能是比較理想的清潔能源，其發展潛力巨大，各國在核能領域都不甘落后，紛紛加大研發力度，都想在世界能源市場上占據一席之地。據有關部門統計：截至目前，核能的發電量已經占世界總發電量的 20%左右。現在，世界核能技術日益成熟，用于發電的核電堆是熱中子堆，這類反應堆在運轉過程中不會產生二次輻射污染，并且隨著使用量的增加，生產成本大幅度降低，價格也就較為低廉，成為不少具備核能開發技術的國家競相追捧的清潔能源技術之一。

（作者單位：遼寧科技學院）