粉末冶金的特点精选(九篇)

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第1篇：粉末冶金的特点范文

关键词：粉末冶金技术；新能源材料；应用

前言

为了寻求长远的发展，需要重视能源问题。在全球经济以及热口增长的环境下，传统能源彰显匮乏性，无法满足社会发展的实际需求。同时，也无法进行再生。因此，面对严重的资源危机，要对新能源的开发与利用作为项目对待。粉末冶金对传统冶金技术进行了发扬过大，积极融合现代科技，推动信息化建设，实现现代工业的良性运转，也为新能源的开发提供更多的技术保障。

1 对粉末冶金技术特征的分析

粉末冶金技术具有长远的历史，其主要立足传统冶金技术，达到了对诸多学科知识的融会贯通，形成优势突出的新型冶金技术。粉末冶金主要对象是粉末状的矿石。在传统的冶金方法中，矿石的形式为整块，先进行提炼，而后进行冶炼。应用传统技术，块状矿石提炼技术受制于技术和矿石的大小，只能达到80%左右的利用率，产生大量材料的废置。但是，在粉末冶金技术的应用下，资源利用率得以大幅提升，有效降低资源浪费。另外，块状形式的矿石材料长期处于露天堆放，对环境产生不良影响，甚至破坏。由此可见，冶金技术的改善势在必行，要重视冶金技术水平的提升，使得材料各尽所用，发挥不同冶金材料的作用，切实提升使用效率，形成高性能的新材料，达到成本的降低。利用现代粉末冶金技术，能够对废矿石、旧金属材料进行再利用，有效节约资源，极大推动经济效益的获取，对可持续发展意义重大。因此，粉末冶金技术在原材料选择方面相对较为宽松，能够充分利用废旧金属、矿石等，形成不规则的粉末，满足原材料节约和回收的目标。另外，鉴于粉末冶金可塑性以及相关材料的添加，促进性能的增强和平衡。

2 对新能源技术的阐述

在科技的推动下，新能源技术逐渐被科学界重视。在传统能源开发与应用中，出现严重的资源匮乏现象，加之对环境的不良影响，使得新能源问题的出现备受关注。新能源材料需要在开发、存储以及转化方面具有突出优势。由此可见，新能源材料是发展新能源的关键因素。为了更好地实现转化和存储，其在配件、生产要素等方面都极具特色，与传统能源行业的材料截然不同。粉末冶金技术在整个新能源开发应用中占据举足轻重的地位。

3 系统介绍粉末冶金技术的类型

3.1 传统粉末冶金材料

首先，是铁基粉末冶金。这种材料是最传统，也是最为关键的冶金材料，在制造业中应用较为广泛。随着现代科技的不断发展，其应用范围不断拓展。其次，铜基粉末冶金材料。这种材料类型较多，耐腐蚀性突出，在电器领域应用较多。再次，硬质合金材料。这种材料具有较高的熔点，硬度和强度都十分高，其应用的领域主要是高端技术领域，如核武器等。最后，粉末冶金电工材料和摩擦分类，主要应用在电子领域。随着通讯技术的不断发展，粉末冶金材料的需求量增大。另外，粉末冶金材料在真空技术领域也得到推广。摩擦材料耐摩擦性较强，促使物体运动减速，抑或是停止，在摩擦制动领域应用较多。

3.2 对现代先进粉末冶金材料的介绍

首先，信息范畴内的粉末冶金材料。立足信息领域，主要是指粉末冶金软磁材料。具体讲，是指金属类和铁氧体材料。随着对磁性记录材料的研究，在很大程度上推动了粉末冶金软材料的需求。其次，能源领域内的粉末冶金材料。能源材料的研发推动能源发展，其中，主要涉及储能和新能源材料。全球经济的发展使得能源需求量增大，传统能源彰显不足，因此，新能源开发势在必行，尤其是燃料电池和太阳能的开发。再次，生物领域的粉末冶金技术。生物材料技术的发展对整个社会具有不可替代的作用。要将生物技术列入国家发展计划。在生物材料中，主要包含医用和冶金材料两大类，在维护身心健康的同时，加快金属行业的进步。第四，军事领域的粉末冶金材料。在航天领域，材料的强度和硬度是重要指标，稳定性要突出，具有极强的耐高温性。在核军事范畴，粉末冶金技术也具有发展前景，更好地推动整个社会工业技术的进步。另外，新型核反应堆的建设需要具有较高的防辐射标准，而粉末冶金技术的支持下，切实增强核反应堆的安全性与可靠性，有效降低核辐射强度。

4 对粉末冶金技术在新能源材料中的应用的介绍

4.1 粉末冶金技术在风能材料中的应用

风能对我国而言，十分丰富，不存在污染，是新能源的主要类型。在风能发电材料中，粉末冶金技术主要实现对两种材料的制作，即即风电C组的制动片以及永磁钕铁硼材料。这两种材料的制作与整个风力发电关系密切，事关发电过程的安全性与可靠性，影响发电效率的高低。风能发电机制动片在摩擦系数和磨损率方面，要求较高，同时，力学性能必须突出。目前，主要应用的是铜基粉末冶金技术，完成对压制制动片的制作。制动片需要在导热方面十分突出，同时，制动盘具有较小的摩擦。在应对恶劣温度环境的时候，也能够进行有效的使用。对于永磁钕铁硼，系统永磁材料代替了传统的永磁材料，烧结钕铁硼就是加入了稀土粉，利用粉末冶金工艺制备而成。

4.2 粉末冶金技术在太阳能中的应用

太阳能突出的特点是清洁性，是新型能源的一种，被商界所看好，开发价值巨大。当前，在太阳能领域，主要的发展方向为光电太阳能与热电太阳能，形成发展趋势。立足光电太阳能领域。其主导作用的部件为光电池，也就是半导体二极管，依靠光伏效应，促使太阳能有效转化为电能。目前，太阳能光电转化效率较低，对航天事业的发展产生阻碍。在粉末冶金技术的使用下，能够有效进行薄膜太阳能电池的制作，光电转化率得以显著提升。同时，粉末冶金技术也研发了多晶硅薄膜，代替了传统的晶体硅，光电转化率大幅提升。另外，粉末冶金技术与太阳能热电技术也实现了融合。当太阳进行地表照射之后，为了达到对光热技术的有效收集，需要发挥吸收板的功能。而吸收板的制作与粉末冶金技术息息相关，主要应用了其成型技术，发挥粉体在色素和粘结剂方的作用，而后混合，形成涂料，涂于基板之上。这也充分体现了粉末冶金技术在成型技术方面优势更加突出。

5 结束语

综上，通过对粉末冶金技术优势的分析，可以发现，其在新能源材料的开发和应用中极具发展潜力。粉末冶金在创造性方面十分突出，塑造性较强，使得其在新能源材料的发展和应用中占据核心地位。粉末冶金技术的工艺原理使得其在新能源开发中更具经济性与高效性。因此，要大力推进粉末冶金技术在新能源开发应用中的拓展，为新能源的可持续发展提供保障。

参考文献

[1]陈晓华，贾成厂，刘向兵.粉末冶金技术在银基触点材料中的应用[J].粉末冶金工业，2009，04：41-47.

[2]邱智海，曾维平.粉末冶金技术在航空发动机中的应用[J].科技创新导报，2016，07：10-12.

第2篇：粉末冶金的特点范文

关键词：卓越工程师；粉末冶金学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0093-03

引言：

“卓越工程师教育培养计划”是为贯彻落实党的十七大提出的走中国特色新型工业化道路、建设创新型国家、建设人力资源强国等战略部署、贯彻落实“国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）”和“国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）”而提出的高等教育重大改革计划。“卓越计划”旨在培养卓越工程师后备人才；高等学校实施“卓越计划”将为培养学生成为卓越工程师打下坚实的基础和完成卓越工程师需要的基本训练[1]。

2011年年初教育部出台了《教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》（教高[2011]1号文），进一步明确了“卓越计划”的主要目标、指导思想、实施领域和基本原则[2]。“卓越计划”实施以来，各参与高校在培养观念、培养模式、学校企业联合培养等方面都取得了很大进展。

“粉末冶金学”课程是新材料科学中最具发展活力的重要分支，也是冶金和材料科学的分支学科，备受工业界重视，相关材料和制品已被广泛应用于交通、机械、电子、航空航天、兵器、生物、新能源、信息和核工业等领域[3]。粉末冶金学课程与实际的生产实践紧密相关，属于工程实践性比较强的课程，在理论学习的基础上能够有效地培养学生的工程能力和创新能力，与“卓越计划”的培养目标一致，为了配合“卓越计划”的实施，对这门课程的培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。

一、确立正确的培养观念和培养目标

“卓越计划”的宗旨是培养和造就一大批能够适应社会经济发展需要、创新能力强的优秀工程技术人才，为国家实施人才强国战略、走新型工业化道路和建设创新型国家服务。从“卓越工程师教育培养计划”的三个特点出发，树立课程的培养观念：一是强调课程内对学生创新以及工程能力的培养；二是注重学校和企业相结合，加大企业参与培养高级工程技术人才的深度；三是加强对国家战略需求、行业和企业的需求的认识，课程进行有目标的、主动的培养。

新形势下，面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程从培养目标上必须对原有的课程体系与教学内容进行调整，使之更具有全面性；加大课程工程实践能力的培养，使之更具有实用性。确立理论学习与实践操作相结合、全面发展的人才培养目标，重视培养大学生的科学探索精神、工程创新意识和工程实践能力。

二、教学改革与创新的思路

1.课程特点及教学现状。“卓越工程师教育培养计划”的基本要求是学生在学习并具备课程理论基础知识的基础上，能够有效地利用学习到的课程基础知识解决实际工程问题。粉末冶金技术是一个复杂、影响因素诸多的材料成型过程，从制粉、成形、烧结到后处理每一道工序都会影响粉末冶金成品的质量。能够完全掌握并灵活运用粉末冶金技术，即要有扎实的理论知识储备和丰富的工程实践经验。笔者通过长期的粉末冶金教学发现，传统的课程教学方式有一定的局限性，主要体现在：教师以教材为中心，教学方法比较单一，以灌输式的教学方法为主，学生缺乏积极有效的参与，不利于学生工程能力的培养；教学内容陈旧、更新缓慢，在课时、学制的影响下，无法兼顾新兴的粉末冶金技术；课内实验一方面是简单的验证性基础实验，学生兴趣不浓，另一方面由于设备少人数多等条件的限制，学生参与的程度不够，难以培养学生的创新能力；课程仍以书面考试的形式评定，考试内容大多以基础知识的考察为主，这种简单的评定方式不能满足“卓越计划”对创新能力和工程能力培养的要求，不利于优秀工程人才的培养。

2.探索多元化的培养模式。面向“卓越计划”高级工程人才培养的方向为：服务于企业需求和国家发展战略，加大学校和行业、企业合作培养的力度，强调学生理论基础和工程实践能力并重的培养，重视高级工程技术人才培养的国际化。因此，面向“卓越计划”的课程改革要以教师为导向；以学生为主体；以项目为依托；以企业为载体。以教师为导向，教师做好引导作用，通过丰富多样的教学方法培养学生的兴趣，激发学生的潜能，加强师生互动，教学相长；以学生为主体，构建“专业性强、知识面宽”的课程学习体系，扎实学生理论知识的学习和实践能力、综合能力的锻炼，培养学生积极思考、大胆创新的科学作风；以项目为依托，让学生积极参与到粉末冶金类的科研项目中，实施本科生提前进入毕业设计、科研平台或课题组制度，培养学生学以致用，学中用、用中学的学习方法；以企业为载体，学校要加强同行业、企业联系与合作，让学生参与到企业中去，建设校企优质资源共享平台，建立学校与企业联合培养的长效机制。

三、课程建设与新型教学模式探讨

1.课程教学内容改革。从“卓越计划”的培养目标与要求出发，根据工程实际，“粉末冶金学”课程组进行了广泛调研，在多次讨论和修改的基础上，制订了新的课程教学大纲，明确了教学体系和教学内容。根据这门课程的特点，为了能够让学生在很好的学习粉末冶金理论基础知识的基础上，开拓思路、学以致用，按照课程体系对课程内容进行了模板化设计，把课程内容分为不同板块。比如：掌握粉末制取及其性能测定；压坯成形规律；粉末冶金材料的烧结原理；粉末冶金材料制备的质量控制；了解粉末冶金材料及其研究的新进展等等。

2.课程教学方法和教学手段改革。在教学方法上，围绕“以教师为导向，以学生为主体”的教学方针，遵循“课内与课外相结合”、“理论与实践相结合”、“课堂教育与创新思维相结合”的原则，通过实物法、启发法、课堂讨论等教学方法。如在讲粉末的成形时，可以向学生展示一套粉末成形的模具，让学生了解成形时基本概况，让学生在学习粉末成形时可以获得最大的感官认识；在讲粉末制备工艺时，根据制备粉末的特点以启发和诱导的方式让学生了解粉末制备工艺，以及为什么要选择这种制备方式；在讲压力与粉末成形样品密度之间的关系时，可以展开课堂讨论，充分调动学生学习的热情、主动性和创造性，提高教学的实效性和教学质量。

在教学手段上，要摆脱传统的板书或者照着ppt宣读等学生积极性不够强的手段，采取多元化的教学方法和手段。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量[4]。通过搜集课程知识点相关的图片和制作简单直观的动画，丰富课程的课件，提高学生的兴趣和理解。比如，在讲等静压成形时，向学生展示等静压机的原理示意图，可以让学生充分直观地了解等静压的工作原理；在讲机械合金化法制备粉末时，可以通过Flas的方式，让学生可以清晰地看到机械制备的过程和原理；在讲粉末冶金工艺时，可以结合网络上企业的现场视频，让学生能够轻易地接受粉末冶金工艺方面的知识，同时获得工程实践中的一些直观信息。

3.课内实验的改革与工程实践能力的拓展。在课内实验方面，改善了原有的简单的验证性的实验，丰富了课内实验的内容。具体的实验包括：球磨法制粉；粉末粒度和表面性质的测定；金属粉末的压制成形；粉末冶金样的烧结；烧结样抗弯强度的测试；粉末冶金样品的密度测定等等。通过这些课内实验培养学生具有合理选择使用粉末冶金材料和初步设计、制备粉末冶金材料的能力，激发学生的创新意识，提高工程能力。对课内实验的改革，可有效地激发学生的学习兴趣，提高动手和思考能力，为学生的工程实践能力的提高和创新能力的培养打下了很好的基础。

面向“卓越计划”的课程改革，重点是培养学生的工程实践能力，要围绕“以项目为依托，以企业为载体”的方针。为了强化学生的工程实践能力，应该注重从以下几个方面进行培养：一是对校内资源进行整合，建立校内课程实习、实训基地。利用学校已有的材料产业化中心、工程训练中心、新能源材料研究中心等研究实践单位，建立“粉末冶金学”课程的实践基地，让学生可以在校内尽可能地进行工程基础实践能力的锻炼。二是以企业为载体，校企合作，吸纳企业资源。培养工程师是“卓越计划”的目标，而企业环境是工程师培养的摇篮。除了进行实践教学环节改革，更重要的是让学生进入企业、融入企业，学习和了解企业的技术，感受企业的环境和文化。培养方案应该把适合在企业开展的相关教学环节和实践活动（专业课程、课程设计和毕业设计等）尽可能放到企业去。三是以项目为依托，开展大学生创新性实验计划。高校的教师在进行本科教学的同时，进行广泛的科研项目的研究。在校内的有关粉末冶金类的科研项目可以和粉末冶金课程建立联系，让本科生在进行课程学习的同时，进入科研团队，参与到科学研究中去，了解学科的发展状况和学科前沿。在科研项目的带动和熏陶下提高学生学习的积极性和工程能力。四是通过学科科技竞赛来提高学生的综合素质。开展以学科为基础的各类科技竞赛，扩大学生受益面；鼓励学生在学习课程理论基础的同时，积极参加省级、全国级别的相关科技竞赛，培养学生的学习兴趣、创新能力和综合能力；课内课外营造科技创新氛围，对于学生积极参加科技竞赛和科技竞赛获奖给予奖励或者在学科考评中加分。

4.建立全新的考核评价制度。粉末冶金学传统的考核方式是以书面闭卷的方式进行，考查的都是学生对基础理论知识的学习情况，缺乏对工程实践技能的考核。传统的学生学习效果的考核评价机制在面向“卓越计划”的课程体系中就不再适宜。在教学中应该采用全新的考核评价机制，除了对学生理论部分的考核之外，要把学生整个学习过程中的工程实践能力、创新能力和自主学习能力纳入到考核体系中。结合卓越工程师的培养工程性和全面性的特点，采用多部分考评相结合的考核方式。考核分为理论部分的笔试考核、理论与实践相结合的课内实验考核、工程实践能力考核、科技创新活动考核等几个部分，其中参与科研项目、参加科技竞赛等属于科技创新活动部分。笔试考试、实验考核、工程实践能力考核、科技活动考核等几个模块各部分的比例可根据课程开展和改革的具体情况，课程组的成员讨论协商决定。这种考核评价机制充分体现公平、合理，学生也努力争先、争取获得各类奖励使自己的努力获得承认。

四、课程改革的质量保障

1.师资保障。“卓越工程师教育培养计划”要取得成功，其标志在于培养造就出一大批卓越工程师后备人才，而关键在于建设一支胜任这一使命的工科教师队伍[5]。卓越工程师培养的质量很大程度上取决于参与到“卓越计划”的教师的整体素质。所以，面向“卓越计划”的课程改革，在师资上要进行调整和改革，以保证面向“卓越计划”的课程改革顺利进行。

根据“卓越计划”的培养目标和特点，参与“卓越计划”的教师需要具备扎实的专业基础知识、丰富的工程实践经验、优秀的教育教学水平和崇高的职业道德和敬业精神等等。同时，教师也必须具备相应工程科学研究、工程设计开发、工程技术创新和工程实践能力。

当然，不论通过何种渠道招聘的教师，在理论教育教学、工程实践、科学研究、设计开发、技术创新这五个方面都可能存在某项或几项能力的不足或缺失，都需要高校加强对教师的培养力度，将理论知识丰富的教师送进企业进行工程培养，将企业的工程师送进高校进行专业的全面和深入学习，通过这些培养方式，打造一支既具备专业基础知识又有工程实践技术能力的高水平师资队伍，适应“卓越计划”在高校的顺利开展。

2.经费保障。从上述的课程教学改革措施来看，面向“卓越工程师教育培养计划”的优秀工程技术人才的培养在经费上相较传统的培养模式要高出很多，所以高校在工程人才培养计划中应当保障有足够的经费来支撑“卓越计划”的实施，建立一套完整、长效的资金机制。高校在经费方面可以采用的办法[6]有：一是提高人均教育财政拨款标准，具体的拨款数额与学校实际实施“卓越工程师教育培养计划”的在校学生数挂勾；二是为了确保“卓越工程师教育培养计划”的培养需要，学校经费投入向卓越工程师培养方面倾斜；三是采取定向的办法，学校和企业联合培养工程技术人才，企业补贴学生的学习费用，学生毕业后到企业定向工作；四是争取社会各界包括企业及校友的资助。

五、结语

本文就面向“卓越工程师教育培养计划”的“粉末冶金学”课程改革与建设，从培养目标和培养观念、教学改革与创新的思路、课程建设与新型教学模式、课程改革的质量保障等方面进行了思考和探索。通过课程的改革和建设的措施，将有效地提高学生的理论水平，提高创新能力和工程实践能力，为卓越工程师人才的培养奠定基础。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准诠释[J].高等工程教育研究，2014，（1）：12-23.

[2]教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].教高[2011]1号文.

[3]李成栋.粉末冶金课程教学改革实践[J].中国冶金教育，2014，（6）：22-24.

[4]顾文斌，王怡，庄曙东.基于卓越工程师计划的“机械原理”课程改革与创新[J].中国电力教育，2013，（16）：100-101.

第3篇：粉末冶金的特点范文

【关键词】 SVM； 图像分类； 粉末冶金零件；多类分类器；

中国分类号：TP-92

0.引言

支持向量机（Support Vector Machine，SVM）是一种新的机器学习技术。该技术已经成为当前国际机器学习界的研究热点，有许多学者已将它引入到图像分类中来，并取得了较好的效果。粉末冶金（PM）也称为钢铁粉末。它和普通的机械零件的最大区别是用模具加工而成的，由于具有节能、省材、环保、经济、高效等诸多优点，所以被称为典型的近净型制造技术。随着我国粉末冶金零件制造技术的飞速发展，尤其是汽车工业的飞速发展，粉末冶金零件的品种越来越繁多，样式各异，因此对粉末冶金零件的自动检测分类也提出了更高的要求。但是由于传统SVM对于多类分类总是将其转化为多个两类分类问题，相应地需要构造多个两类子分类器，这样不但使得分类器结构复杂，而且分类速度很慢，无法满足生产线上实时分类的需求。本文正是针对粉末冶金零件的特点，研究适合该产品的多类分类器，提高产品分类的快速性和准确性。

1. SVM多类分类器

支持向量机最基本的理论是针对二分类问题。但是在实际应用中涉及的一般是多分类问题，就需要将原始的两类SVM转化为多类分类器。近年提出许多多类SVM分类算法，大多数方法的思路是：构建一系列SVM分类器，每个分类器用于识别其中两个类别，并将它们判别结果以某种方法组合起来实现多类分类[1].

常见的方法有一对一和一对多两种[2]。本文要实现3类不同粉末冶金零件的分类，因为类别不多，故采取一对一的方法。设训练集为T，待分类的零件共有3个类别，在其中找出3种类别的两两组和，共有 个，分别用这两个类别样本点组成两类问题训练集 ，然后用求解两类问题的SVM分别求得3个判别函数 。算法如下图所示：

2. SVM分类过程

本文在设计分类器的时候，所采用的软件就是LIBSVM 2.86[3]。LIBSVM属于SVM模式识别以及回归的一个软件包，它的特点是既简单、易于使用又快速有效。该软件不仅提供编译好的可在Windows 系列系统的执行文件，还提供了源代码，方便改进、修改以及在其它操作系统上应用。

目前，LibSVM已经成为国内应用最多的SVM的库，原因是它不但程序小，运用灵活，输入参数少，而且是开源的，易于扩展。

为了得到适合粉末冶金零件的分类器，本文在整个实验过程是按照以下流程进行的。如图2所示。

SVM分类器的输入是图像特征提取的输出文件，也就是图像的边缘方向直方图所包含的数据信息。本文选取3种零件各90幅样本图像进行训练，每幅图像对应一个40维的向量，用它作为分类器的输入。如图3所示：

图中第一列是训练样本的数量，第二列是零件类别的编号，每一行是任何一个训练零件图像的维数。

通过训练得到的SVM模型保存为文件*.model，用记事本打开其内容如图4所示：

下面对模型里面的内容作如下解释：

3.多类分类器的验证

为了更好的判断SVM模型效果，下面我们用以下8幅图片进行测试，如图5所示：

经过对以上8幅图进行测试，每幅图像分别用本文得到的SVM分类器进行分类测试，图像的相似度是由libsvm的置信度统计出来的，其结果如表1所示：

从表格中不难看出，a图和b图属于类型1，c图和d图属于类型2，e图和f图属于类型3，g图和h图看不出来属于哪一类。也就是说只要是粉末冶金零件图的话，它的分类概率就悬殊很大，直接可以分出属于哪一类了；但是如果是非零件图的话，它分类结果相差都不会太大，也就是说，很难分出属于哪一类。

4.结束语

通过测试可以看出明，本文得到的SVM多分类器的准确率是相当高的。经过试验验证，该分类器的识别率可以达到98%以上。所以，将此分类器用在生产线上对粉末冶金零件进行分类识别有一定的实用价值和相当深远的意义。

参考文献：

[1]李雪花； 许姜涤宇； 于安军； 杜宇人；. 基于SVM多类分类器的字符识别 [J].成都：信息技术，2016[1].

[2] WANG Zhe ，MENG Yun，ZHU Yujin.et al McMatMHKS：A direct multi-class matrixized learning machine[J].Knoeledge-Based Systems，2015，88：184-194.

[3] CHANG Chih-Chung，LIN Chih-Jen.LIBSVM： a library for support vector machines [EB/OL].（2008-04-08）[2008-12-22].http：//csie.ntu.edu.tw/～cjlin /libsvm.

[4]孟芸，王. 矩阵型多类代价敏感分器模型[J].华东理工大学学报（自然科学版），2016 （2）：119- 122.

[5]薛宁静. 多类支持向量机分类器对比研究[J]. 计算机工程与设计， 2011， Vol.32， 1792-1795.

[6]⒔啵贺振动，吴彰良，巩晓S.基于机器视觉技术的油封缺陷在线检测系统研究[J].仪表技术与传感器， 2016 （5）： 47-50.

[7]邵刚，屈保平，曹鹏，等.基于Hough变换的摄像机跟踪系统设计[J].测控技术，2013，32（8）：32-35.

[8]吴彰良，孙长库.基于图像处理的油封缺陷自动检测与分类识别方法[J].仪器仪表学报，2013，34（5）：1093-1099.

[9]杨金凤.机器视觉技术在空瓶检验系统中的研究与应用[D]. 硕士学位论文，山东大学，2008.

作者简介：张小洁（1978--），女，副教授，主要研究领域智能化制造与检测。E-mail：，电话：15619569155。

陕西工业职业技术学院科研基金项目，项目编号：ZK16-05。

第4篇：粉末冶金的特点范文

本文阐述的是一款自动离合器的原理及选材工艺特点；自动离合器可在驾驶室内完成前桥分离和结合操作，具有手动离合器不可比拟的优点。我们利用了汽车厂丰富的供应商资源，在材料和工艺结构上面和相关合作厂家合作开发，经过半年努力，这款离合器先后通过了台架实验、吉林工业大学汽车实验室的十万次不间断啮合分离疲劳试验以及7500公里的不同路况的测试，在达到良好经济效益的同时具备批量生产的条件。

关键词 气动离合器；负压；两驱四驱的转换；不锈钢粉末多孔烧结材料

中图分类号U46 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）119-0110-02

1 简介

这款自动离合器装在前轮与半轴之间（图2），它通过发动机的进气负压抽真空，使离合器内部齿轮元件动作，从而使车轮与半轴结合或分离。实现四轮驱动和两轮驱动的转换；它的直径为105mm，高度仅为55mm，结构紧凑，同时原车不需要做太大的改动（换装一个内孔不带花键的转向节，图2），因为它的安装孔位置相同，将原车的前轮突缘取下，装上气动离合器，用螺栓固定好便可以了。

2 自动离合器的原理、特点

离合器壳体1的底部开有三个孔洞，作为外界空气的进入通道；外界空气由此进入，通过透气板的过滤进入壳体内部；透气板的作用是将外界带有粉尘的空气过滤干净，以免进入内部加剧磨损；弹性囊8通过塑料压紧挡圈11压紧在壳体上将壳体内部与外界大气隔离，它的作用是以空气负压作为动力推动外啮合齿轮5部件动作。

外啮合齿轮5可以沿离合器壳体1内部的键槽滑动，但不能转动，为从动件；内啮合齿轮6内花键与汽车半轴外花键啮合，与汽车半轴保持静止状态，为动力输入件。

转向节上加工出孔道（通向转向节内部），利用发动机进气岐管负压抽真空，这样转向节的内部（转向节与半轴之间的空隙）便也产生了负压；因为转向节、气动离合器总成、半轴、刹车盘通过油封、端面密封、弹性囊8（通过塑料压紧挡圈11压紧在壳体上将壳体内部与外界大气隔离）等措施形成密闭空间，与外界大气保持隔绝，同时因为发动机保持连续运转，整个转向节内部、气动离合器内部便保持了一定的负压。

由于内外界空气存在压力差，外界空气便通过透气板7进入壳体内部使弹性囊8膨胀，推动尼龙垫9移动，尼龙垫9移动进一步推动外啮合齿轮5，外啮合齿轮5压缩波形簧4向前移动，从而与内啮合齿轮6啮合；在没有负压时，波形弹簧4释放弹力使外啮合齿轮6复位；通过以上的动作，使半轴与车轮啮合或分离，使车辆在两驱与四驱之间自由转换。

3 材料分析

由于篇幅所限，只对气动离合器几个重要部件的材料作简要的概括分析。

3粉末冶金在气动离合器中的应用

3.1 自作用的铜基粉末冶金轴承

在两驱状态时，内啮合齿轮与壳体之间有相对转动，所以在这个位置需要一款轴承来满足要求；

具有自作用的铜基粉末冶金轴承经过对比选择，作为最终的方案被采用； 铜基粉末冶金系粉末冶金多孔材料之一，这种制品是在零件压制成型过程中，粉末颗粒之间形成均匀分布的孔隙，并利用其孔隙浸渍油及其它性材料，组成良好的自减磨材料；当滑动时产生热量，油受热膨胀便会从中渗出，起到减磨作用，当滑动停止，由于粉末冶金内部微小孔洞的毛细现象，将油会吸入内部，从而不需要加油。

使用时，不可用汽油或煤油等有机溶剂进行清洗，以防洗去轴衬内部浸渍的剂；另外此种零件不可进行磨削加工，以免使轴衬孔隙被磨屑微粒所堵塞 ，以至造成磨屑损伤对偶件的表面。建议在使用时，最好用机油浸渍一天，或在120℃机油内煮2小时，冷却后装机。

经过7500km路试后拆解，情况良好，没有出现烧蚀或划伤对偶件的现象出现；同时经过三座标测量仪精确测定，其最大磨损量仅为0.008mm，满足使用要求。

3.2 不锈钢粉末多孔烧结材料的透气板

透气板安装于离合器总成的最外处，离合器壳体外侧装有轮毂罩，轮毂罩起到一定的防护作用，透气板虽然不直接接触外界，但在越野等某些情况下污水、小的石子都有可能通过三个环形孔接触到透气板；而透气板的作用就是保证离合器总成内部环境的干净，将粉尘、砂石、油污等隔绝在外，保证弹性囊8的正常工作，可以允许有少量的水渗入。

所以经过研究我们对透气板的技术要求如下

1）具有较高的机械强度，能承受车轮飞溅起的石子的冲击；

2）具有防锈功能，能耐酸碱的腐蚀；

3）透气性能可以根据负压大小调整，同时能有效地隔绝外界粉尘的侵入；

4）由于透气板直接和弹性囊接触，要求其外观光滑平整，以免划伤弹性囊；

5）价格低廉。

我们在开发过程中对透气板的材质经过层层的筛选，最终选择了一种叫做不锈钢粉末多孔烧结材料，这种材料具有透气性好、强度高、成本低、易于清洗的特点。它的原理是将一定直径的不锈钢颗粒通过模具压紧，再通过真空烧结（以防止氧化），使不锈钢的颗粒之间粘连，达到一定的强度，它的优点是间隙可以根据颗粒的大小、烧结时间、烧结温度等调整；它的形状也可以利用模具来保证，以适用离合器壳体的大小。

通过计算分析及试验，将不锈钢粉末烧结后形成的孔隙大小设在一定的范围，即能保证透气性，又能有效隔绝粉尘的进入，并且在外表面有污物时，可以用水或毛刷进行清洁，而不用担心生锈的问题，维护方式方便高效。

3.3 硅胶材质的弹性囊

弹性囊的材质原来选用氯丁橡胶，这种材质的特点是弹性、曲挠性比较好，同时耐油性，耐臭氧性，那服饰及耐老化性较好，但最主要的是其低温特性较差，在达到零下-40℃时，氯丁橡胶材质已经变硬，不能实现扩张、收缩的功能；

我们与厂家经过试验，选用了添加了某种成分硅胶材质作为弹性囊的材料，经过试验它最大可以耐受-50℃的低温，在这种低温下仍可以保证很好的伸张动作，所以使用硅胶作为弹性囊的材料是较为合适的。

4 结论

最后，经过7500公里砂石、涉水、爬坡、越野等各种路况的路试，通过模拟实际情况进行两驱、四驱以及两驱四驱的转换；路试结果相关使用要求。

本离合器同时顺利通过了吉林工业大学汽车实验室的验证，验证的规范按照国家相关的要求并参照产品的具体特性来制定，从另一方面说明了该产品的可靠性。

参考文献

第5篇：粉末冶金的特点范文

关键词：材料成型；控制工程；金属材料；加工工艺

0引言

对于我国制造业而言，材料成型与控制工程是其实现长期健康发展的根本保障，不仅如此，材料成型与控制工程也是我国机械制造业的关键环境，因此，相关企业必须对其给予高度重视。无论是电力机械制造，还是船只等交通工具制造，均离不开材料成型与控制工程，材料成型与控制技术的水平与质量将会直接决定机械制造水平与质量。因此，对材料成型与控制工程中的金属材料加工技术进行细化分析，具有非常重要的现实意义。

1金属材料选材原则

在金属复合材料成型加工过程中，将适量的增强物添加于金属复合材料中，可以在很大程度上高材料的强度，优化材料的耐磨性，但与此同时，也会在一定程度上扩大材料二次加工的难度系数，正因此，不同种类的金属复合材料，拥有不同的加工工艺以及加工方法。例如，连续纤维增强金属基复合材料构件等金属复合材料便可以通过复合成型；而部分金属复合材料却需要经过多重技术手段，才能成型，这些成型技术的实践，需要相关工作人员长期不断加以科研以及探究，才能正式投入使用，促使金属复合材料成型加工技术水平与质量实现不断发展与完善。由于成型加工过程中，如果技术手段存在细小纰漏，或是个别细节存在问题，均会给金属基复合材料结构造成一定的影响，导致其与实际需求出现差异，最终为实际工程预埋巨大的风险隐患，诱发难以估量的后果。所以，相关工作人员在对金属复合材料进行选材过程中，必须准确把握金属材料的本质以及复合材料可塑性，只有这样，才能保证其可以顺利成型，并保证使用安全。

2金属材料加工方法

2.1机械加工成型

当前，金属材料成型与控制工程中，应用最为广泛的金属切割刀具便是金刚石刀具，以金刚石刀具对铝基复合材料进行精加工，与其他金属基复合材料，例如，钻、铣以及车等，均是现代社会中广而易见的。铝基复合材料的金刚石刀具加工形式可以细化为三种：其一，车削形式；其二，铣削形式；其三，钻削形式。其中，钻削即通过镶片麻花钻头对铝基复合材料进行加工，常见的有B4C以及SiC颗粒钻削，然后添加适量的外切削液，可以有效强化铝基复合材料。铣削即通过1.5%-2.0%（W+C）粘结剂，8.0%-8.5%PCD的端面铣刀对铝基复合材料进行加工，常见的有SiC颗粒铣削增强铝基复合材料，然后添加适量的切削液进行冷却。车削以硬合金刀具为主要的切割工具，例如，A1/SiC车削符合材料，并添加适量的乳化液对其进行冷却处理。

2.2挤压与锻模塑性成型

金属材料实际成型加工过程中，相关工作人员可以通过模具表面涂层以及添加剂等技术手段，对实践操作过程中的压力进行有效改善，降低加工操作过程中的摩擦阻力，据相关数据统计，这样可以促使加工过程中的挤压力缩减25%-35%左右，甚至更多。降低加工挤压力，可以有效弱化增强颗粒给模具造成的损伤程度，削弱金属材料塑性，有利于降低金属材料的变形阻力，提高其成型的成功率。除此之外，相关工作人员还可以增加挤压温度，以此促使金属基材料更具可塑性。在金属基材料中添加适量的增强颗粒，可以促使金属基材料的可塑性得到弱化，进而变形抗力得以大幅度提升，此时提高挤压温度，可以加快增强颗粒与金属基材料的溶合速率，优化二者的溶合效果。普遍来说，增强颗粒含量会直接影响挤压速度，由此可见，只有金属基复合材料中的增强物含量较低，才能提高挤压速度，如果金属基复合材料中的增强物含量较高，相关人员必须严格控制挤压速度。不过，挤压速度超高的话，也会导致金属材料成型后，便面出现横向裂纹。综上，相关人员在应用挤压与锻模塑性成型加工技术时，不仅要在金属复合材料表面进行涂层或是剂处理，还要对挤压温度进行严格控制，并结合实际，对挤压速度进行有效调控，只有这样，才能保证成品质量符合要求。

2.3铸造成型

复合材料生产过程中，应用最广泛的加工技术便是铸造成型技术，实际铸造过程中，金属基复合材料中添加增强颗粒后，熔体的粘度以及流动性均会显著提升，加之增强颗粒与熔体在高温下的化学反应作用，便会改变基础材料本质，此时相关工作人员必须在熔化金属基复合材料的过程中，对其熔化温度以及保温时间进行严格管控。高温时，添加的增强颗粒，尤其是碳化硅颗粒，极易产生界面反应，例如，3SiCA1-A14C3+3Si等。进而导致熔体粘度过大，难以浇筑，影响材料本质。此时相关工作热暖可以采取精炼方法，然后添加适量变质剂造渣。但这种操作方法并不适用于颗粒增强铝基复合材料。

2.4粉末冶金成型

粉末冶金成型技术是最早期的制造晶须以及颗粒符合材料零部件、金数基复合材料的手段，具有非常丰厚的实践检验，不仅如此，该技术手段还适用于尺寸较小、形状简单但是具有较高精密性要求的零部件。粉末冶金成型技术具有组织细密、增强相分布均匀、增强相可调节以及界面反应较少等特点，DWA公司现阶段，应经将粉末冶金成型技术延展到多种产品的制造工程中，例如，SiCp增强铝合金基体、管材、自行车零件、自行车支撑设备架以及自行车架等。由于粉末冶金成型技术加工的产品具有非常显著的耐磨性、比模量以及比强度，因此，也受到了航天器材、飞机以及汽车的广泛推崇。

3结语

金属材料在材料成型与控制工程中，属于加工难点，而且极具重要性，发展前景非常广阔，随着科学技术的快速发展，其将受到更多行业领域的青睐以及注重，我国必须给予高度重视，通过不断科研，促使自身的技术水平实现突破与创新，这对提高我国的国际竞争力至关重要。

参考文献：

[1]张文华.材料成型与控制工程模具制造技术分析初探[J].黑龙江科技信息,2015(15).

第6篇：粉末冶金的特点范文

着重论述钨铜复合材料的制备方法，并探讨钨铜复合材料制备技术发展趋势。

关键词： 钨铜复合材料；制备技术；制备方法

中图分类号：TB331 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210146－02

所谓钨铜复合材料，是指以高熔点与高硬度的钨，结合以高塑性、高导电导热性的铜粉作为原料，运用粉末冶金技术而制备出来的一种复合型材料。这种材料具有较高的导电导热性，良好的耐电弧侵蚀性与抗熔焊性，较高的强度与硬度等众多优势，被广泛地应用于开关电器、电加工电极、电子封装及高密度合金等产品之中。由于钨铜复合材料的运用范围正在变得越来越广阔，这在客观上对于钨铜复合材料之设计与制备提出了新的更高的要求。

1 钨铜复合材料制备技术的发展现状

鉴于现代科技的高速发展，对于钨铜复合材料所具有的性能也提出了新的要求，那就是致密度和散热率要高，导电导热要好等等。但是，传统粉末冶金与熔渗法所制备的钨铜复合材料已无法满足以上要求。纳米钨铜复合材料因为具有众多传统钨铜复合材料所难以比拟的性能。比如，可以提高钨铜复合材料的固溶度，极大地提高烧结的活性，并且降低烧结的温度，提升烧结的致密度，以上这些均将提高钨铜复合材料的性能。因为纳米技术在快速发展，所以在纳米钨铜复合材料在制备方法上出现了新的突破，比如，功能梯度、剧烈塑性变形等被运用在钨铜复合材料制备上，使钨铜复合材料制备技术有新的发展。

2 钨铜复合材料的制备方法

2.1 普通烧结法

这种方法属于传统意义上的粉末冶金制备方法。其制备步骤如下：一是要把钨粉与铜粉进行称量与混合，随后再压制成形与烧结。普通烧结法的工艺较为简单，成本偏低，然而这一烧结方式因为温度较高，所以容易出现钨晶粒较为粗大之问题，因而难以获得成分均匀的那种合金。通过实施机械合金化，能够让粉末在压制与烧结之前得到原子级标准上的均匀与混合。这种在钨粉中有铜粉存在的一种复合粉，在稍微高于铜熔点之上的温度在短时间内烧结，就能得到94%以上致密度的钨铜复合材料，特别是适合低铜含量的钨铜材料之制备。因为超细粉末的表面活性较高，能够在较低的烧结温度上与较短的烧结时间条件内来得到致密化。把钨铜粉末的原料在高温之下进行氧化以后，通过三至六个小时的高能球磨，再在630℃的条件下还原以得到0.5μm之下均匀分散的一种钨铜复合粉。把这种复合粉在1200℃的高温烧结60分钟之后得到钨铜合金，致密度达到了99.5%。因为普通烧结设备的要求并不够高，而且工艺相对较为简单。因此，这一方法所制备的钨铜材料只能运用于对于材料性能要求并不高的一些地方。

2.2 熔渗法

这一方法的制备步骤如下：先那钨粉或者添加混有少量引导铜粉的钨粉制作成为压坯，随后在还原气氛或者真空当中，在900℃至950℃的条件之下进行预烧结，从而得到相当强度的多孔钨骨架。把块状铜金属或者压制好的铜坯放在多孔钨骨架之上或者之下，在高于铜熔点之上的温度实施的烧结被称之为熔渗，而把多孔钨骨架全部浸没于熔点比较低的铜熔液之中所得到的致密产品办法就是熔浸。铜熔液在多孔钨骨架毛细管的作用用，通过渗入钨骨架中的孔隙当中，从而形成了铜的网络分布。熔渗密度一般的理论密度为97%至98%，由于烧结骨架当中总是会存在着非常少的封闭孔隙无法为熔渗金属所填充，而在熔渗之后还可通过冷加工与热加工进一步地提高材料的密度。当前，这一种工艺方法已经被一些大、中型高压断路器与真空开关钨基触头生产当中得到运用。但是，熔浸法的工艺技术难度相对较高，所得到的触头材料成分较为均匀，而且性能也比较好。

2.3 热压烧结法

热压烧结法又被之称为加压烧结法，也就是将粉末装到模腔之中，并在加压同时让粉末能够加热到正常的烧结温度或者更低一些的温度。在通过比较短时间的烧结之后，能够得到致密而且均匀的制成品。热压烧结法是把压制与烧结这两道工序在同时加以完成，并能在比较低的压力之下快速得到冷压烧结状态之下所难以得到的密度。然而，热压烧结工艺对于模具的要求比较高，而且耗费比较大，而单件生产的效率又相对较低，所以，在实际生产中并不是经常用到的。比如，在1800℃下的炉膛压力是18N/mm3，在2h的条件之下获得的材料理论密度达到了94.6％，而富铜端的铜含量最高值是22.55vo1％。对于钨铜复合材料来说，热压烧结法还需要得到氢气保护或者真空烧结，因此生产的成本比较高。

2.4 活化烧结法

一般来说，为了加快钨铜复合材料在烧结当中的致密化进程，完全可通过添加其他类别的合金元素这种方法来加以实现。比如，Co与Fe的活化烧结效果是最好的。究其原因就在于Co与Fe 在铜当中的溶解度是有限的，可以和钨在烧结时形成较为稳定的中间相，并且形成大量具有高扩散性的界面层，并且促进固相钨颗粒之烧结。对于W-10Cu材料来说，Fe或者Co含量在0.35%至0.5%之时，它的密度、强度与硬度出现了最佳结果。同时，加入到活化剂之中的方式具有多样性。把钨粉直接加入到含有活化剂离子的盐溶液当中，随后在低温之下进行烘干，从而能够得到表面较为均匀的活化剂所覆盖的钨颗粒。其后，再对已经经过化学涂层处理的粉末压坯加以烧结，从而得到了致密度达到97%的复合材料。然而，活化剂之加入也就相当于引入了杂质元素，从而导致材料在导电与导热之时的电子散射作用有所增加，而且明显地使钨铜复合材料所具有的热导性与电导性有所下降。有鉴于此，采取活化烧结法制备的钨铜复合材料所具有的最大不足就是降低了钨铜材料所具有的导电性与导热性。然而，因为这一方法较为简单，而且生产成本偏低，对于一些性能要求相对较低的钨铜产品依然具有一定的生命力。

2.5 注射成形法

通过注射成形法所生产出来的钨铜复合材料主要有以下两种方法：其一是运用钨铜混合粉加以注射成形，其后再进行直接烧结。比如，在对纳米钨铜复合粉实施注射成形所得到的W-30Cu的主要参数所进行的研究。通过开展实验，就能得到粉末填充量是体积分数为45％至50％的注射成形坯，而且直接烧结之后的成品密度要高于96％。其二是首先注射成形钨坯，随后再通过熔渗进行烧结，比如，在对质量分数分别为10％、15％、20％的钨铜材料实施注射成形，粉末填充量的体积分数达到了52％，在经过了两步脱脂之后，在1150℃的高温下预烧结钨坯30分钟，最后再在1150℃的高温下熔渗5分钟，其中，W-15Cu在熔渗之后的致密度就达到了99％。对于钨铜复合材料而言，通过注射成形的最大优势就在于大批量地生产小型而复杂的零件或者细长的棒材。

2.6 功能梯度法

对于钨铜功能梯度材料所进行的研究，主要来自于传统均质材料所难以满足的高功率等条件。钨铜功能梯度材料的一端可以是高熔点与高硬度的钨或者高钨含量的钨铜复合材料，而另一端则是高导电性、导热性、可塑性的铜或者较低钨含量的钨铜复合材料，而中间则是成分进行连续变化的一个过渡层。这样一来就能较好地缓和因为钨和铜的热性能不相匹配而导致的热应力，这在整体上具有比较好的力学性质与抗烧蚀性、抗热震性等各种性能。据报道，可以运用热等静压扩散连接等方法，把不同组织的钨铜复合材料结合成为功能梯度材料。同时，一部分特殊成形工艺也能实现的成分梯度进行分布。比如，进行等离子喷涂，开展激光熔覆，实施电泳沉积与离心铸造等等。功能梯度之中心在于材料所具有的功能梯度设计进行优化，因而可以借助于数学计算方法与计算机分析软件进行辅助实施。

2.7 剧烈塑性变形法

这种方法完全是近年来逐步地发展起来的，是一种十分独特的运用超微粒子，即纳米晶、亚微晶等金属及其合金材料所制备出来的工艺。它在材料当中处在相对比较低的温度环境之中，一般是低于0.4Tm。在比较大的外部压力作用之下，可以发生较为严重的塑性变形，从而实现材料晶粒尺寸的细化至亚微米级或者纳米量级，这一方法具备十分强烈的细化晶粒之能力，甚至还能把晶体加工成为非晶体。当前，学术界研究比较多的剧烈塑性变形法主要有以下方法，比如，累计轧合的方法、等通道角挤压的方法、高压扭转的方法。其中，高压扭转法的重要装置由模具与压头组合而成，其一端是固定的，而另一端则是运动的，试样会被放置在模具当中，其后再靠近压头与模具，在数个GPa压力之下进行扭转变形。试样在压头旋转所产生的剪切力的影响之下，材料沿着半径方向上的不同位置进行晶粒细化的速率是不一致的，材料边缘部分的晶粒细化速率是最快的，在达到了一定的尺寸之后就不再细化，材料组织主要是沿着半径朝中心方向不断细化，一直到样品组织更加地均匀。尽管材料中的心位置理论应变量还是零，但是因为受到了四周材料之带动，其上、下部分也出现了旋转剪切的变形，所以，中心位置晶粒同样也被细化了。通过实验研究，对于原始钨晶粒的尺寸是2至10μm，而且晶粒的分布不均匀的W-25%Cu，运用高压扭转的方法。W-25%Cu的试样直径达到了8mm，其厚度则是0.8mm，所施加的压力是8GPa。总而言之，当应变比较小，即小于等于64之时，温度之变化对于显微结构之影响并不是十分明显的。一旦应变比较大，也就是大于64时。温度对于显微结构之影响也就比较大了。在室温情况下，当应变比较小时，也就是小于等于4时，只有很少量的钨晶粒出现了断裂，并且形成了少量塑性的变形带。但是，随着应力的不断增加，这种塑性变形也得到了进一步的增加，局部塑性变形带与钨颗粒的断裂也在增加。一旦当应变增加到64之时，钨晶粒就会被拉长，而且和剪切面形成了一定角度，即0°至20°。虽然复合材料中显微组织的均匀性能十分差，然而当应变增大到了256之时，所观察到的晶粒度则是从10 nm至20nm呈现均匀分布状况的一种钨铜复合材料，这时的晶粒度已达到了一定程度的饱和，也就是说，即使应变还会继续进一步地增加，晶粒也不会再持续地细化下去。

3 钨铜复合材料制备技术发展趋势

笔者认为，新型钨铜复合材料的制备肯定会朝着更高性能的趋势发展下去。虽然一些新技术因为设备与成本等各种因素的制约，还处在实验室研究状态之中，尚未真正达到可以进行规模化生产的状态，但是这一技术的发展前景是可靠的。一是粉末制备技术。比如，热气流雾化与热化学法等先进的制粉技术有希望在制备纳米钨铜复合材料中得到新的突破。前者能够增长金属液滴在液相之中的时间，导致粉末能够经过二次雾化而极大地提升雾化效率，从而容易得到更加细密的粉末粒度，而后者的优势主要是易于实现混合粉所具有的高分散性以及超细化。二是粉末压制技术。随着近年来德国Fraunhofer研究所已经制成了流动温压技术。这一技术在传统冷压工艺的基础之上，以相当低的成本制成高密度、高性能的粉末冶金方法，然而，在关键技术与工艺上还需要进一步加以完善。

4 结束语

综上所述，作为一种十分重要的粉末冶金复合材料，钨铜复合材料因其具备了很多优秀性能而倍受关注，并得到了广泛的运用。但是，在常规的熔渗与烧结条件之下，钨铜复合材料因为受到了两种金属之间互不溶性、低浸润性等影响，由此而导致其致密化的程度、组织结构的分布、成分、形状及尺寸控制等均无法实现理想化的状态。鉴于现代科技的进一步发展，一些新型技术的引进，获得综合性能更好的高致密性钨铜复合材料已经具有现实可能性。笔者坚信，这肯定会进一步拓展钨铜复合材料的应用范围。

参考文献：

[1]周武平、吕大铭，钨铜材料应用和生产的发展现状[J].粉末冶金材料科学与工程，2005（1）.

[2]高娃、张存信，钨铜合金的最新研究进展及应用[J].新材料产业，2006（2）.

[3]刘孙和、郑子樵，热化学方法制备钨铜合金及性能研究[J].硬质合金，2006（3）.

[4]史晓亮，热压烧结制备高密度钨铜合金[J].机械工程材料，2007（3）.

[5]王正云，高能球磨时间对钨铜复合材料性能的影响[J].西华大学学报・自然科学版，2007（3）.

[6]张喜庆，钨铜复合材料制备及应用进展[J].有色金属，2010（3）.

第7篇：粉末冶金的特点范文

关键词：特种陶瓷；成形；烧结；粉末冶金；陶瓷材料

1 引 言

陶瓷分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类，特种陶瓷是以人工化合物为原料（如氧化物、氮化物、碳化物、硼化物及氟化物等）制成的陶瓷。它主要用于高温环境、机械、电子、宇航、医学工程等方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。特种陶瓷作为一种重要的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，无论在传统工业领域，还是在新兴的高技术领域都有着广泛的应用。因此研究特种陶瓷制备技术至关重要。

2 陶瓷原料的制备方法

粉料的制备工艺(是机械研磨方法，还是化学方法)、粉料的性质(粒度大小、形态、尺寸分布、相结构)和成形工艺对烧结时微观结构的形成和发展有着巨大的影响，即陶瓷的最终微观组织结构不仅与烧结工艺有关，而且还受粉料性质的影响。由于陶瓷的材料零件制造工艺一体化的特点，使得显微组织结构的优劣不单单影响材料本身的性能，而且还直接影响着制品的性能。陶瓷材料本身具有硬、脆、难变形等特点。因此，陶瓷材料的制备工艺显得更加重要。

由于陶瓷材料是采用粉末烧结的方法制造的，而烧结过程主要是沿粉料表面或晶界的固相扩散物质的迁移过程。因此界面和表面的大小起着至关重要的作用。就是说，粉末的粒径是描述粉末品质的最重要的参数。因为粉末粒径越小，表面积越大，单位质量粉末的表面积(比表面积)越大，烧结时进行固相扩散物质迁移的界面就越多，即越容易致密化。制备现代陶瓷材料所用粉末都是亚微米(＜lμm)级超细粉末，且现在已发展到纳米级超细粉。粉末颗粒形状、尺寸分布及相结构对陶瓷的性能也有着显著的影响。

粉末制备方法很多，但大体上可以归结为机械研磨法和化学法两个方面。传统陶瓷粉料的合成方法是固相反应加机械粉碎(球磨)。其过程一般为：将所需要的组分或它们的先驱物用机械球磨方法进行粉碎并混合。然后在一定的温度下煅烧，使组分之间发生固相反应，得到所需的物相。同时，机械球磨混合无法使组分分布达到微观均匀，而且粉末的细度有限，通常很难小于lμm而达到亚微米级。机械球磨法有干磨和湿磨两种方法。

为了克服机械研磨法的缺点，人们普遍采用化学法得到各种粉末原料。根据起始组分的形态和反应的不同，化学法可分为以下三种类型：

（1） 液相合成法

液相有熔液和溶液两种。将陶瓷的熔液制成液滴，以等离子流使之形成雾状，固化后便可获得粉末。虽然这种方法作为合成金属而广泛使用，但陶瓷的液化必须在高温下进行，因为一面分解，另一面易于引起相分离。所以广泛采用溶液合成法。

（2） 气相合成法

气相合成法有蒸发凝聚法（物理气相沉积、PVD）和化学气相沉积（CVD）法。由气相合成析出的固体形态有晶须、薄膜、晶粒和微细粉末等。蒸发凝聚法与液相合成法中的溶液喷雾法一样，将原料在高温下气化，用电弧、等离子体进行急冷而使其凝缩为微细粉料。

（3） 气相反应法

气相反应法是通过金属化合物蒸气的化学反应而合成的方法。一般在SiC、Si3N4等的合成中使用该方法。

3 特种陶瓷的成形工艺

粉末成形是陶瓷材料或制品制备过程中的重要环节。粉料成形技术的目的是为了使坯体内部结构均匀、致密，它是提高陶瓷产品可靠性的关键步骤。成形过程就是将分散体系（粉料、塑性物料、浆料）转变为具有一定几何形状和强度的块体，也称素坯。粉末的成形方法很多，如胶态成形工艺、固体无模成形工艺、陶瓷胶态注射成形等。其选择主要取决于制品的形状和性能要求及粉末自身的性质(粒径、分布等)。不同形态的物料应用不同的成形方法。究竟选择哪一种成形方法取决于对制品各方面的要求和粉料的自身性质（如颗粒尺寸、分布、表面积）。

陶瓷材料的成形除将粉末压成一定形状外，还可以外加压力，使粉末颗粒之间相互作用，并减少孔隙度，使颗粒之间接触点产生残余应力(外加能量的储存)。这种残余应力在烧结过程中，是固相扩散物质迁移致密化的驱动力。没有经过冷成形压实的粉末，即使在很高的温度下烧结，也不会产生致密化的制品。经烧结后即可得到致密无孔的陶瓷，可见成形在陶瓷烧结致密化中的重要作用。坯体成形的方法种类很多，如：

（1） 热压铸成形

热压铸成形也是注浆成形的一种，但不同之处在于它是在坯料中混入石蜡，利用石蜡的热流特性，使用金属模具在压力下进行成形，冷凝后获得坯体的方法。热压铸成形的工作原理如下：先将定量石蜡熔化为蜡液再与烘干的陶瓷粉混合，凝固后制成蜡板，再将蜡板置于热压铸机筒内，加热熔化成浆料，通过吸铸口压入模腔，保压、去压、冷却成形，然后脱模取出坯体，热压铸形成的坯体在烧结之前须经排蜡处理。该工艺适合形状复杂、精度要求高的中小型产品的生产，设备简单、操作方便、劳动强度小、生产效率高。在特种陶瓷生产中经常被采用。但该工艺工序比较复杂、耗能大、工期长，对于大而长的薄壁制品，由于其不易充满模具型腔而不太适宜。

（2） 挤压成形

将粉料、粘结剂、剂等与水均匀混合，然后将塑性物料挤压出刚性模具即可得到管状、柱状、板状以及多孔柱状成形体。其缺点主要是物料强度低容易变形，并可能产生表面凹坑和起泡、开裂以及内部裂纹等缺陷。挤压成形用的物料以粘结剂和水做塑性载体，尤其需用粘土以提高物料相容性，故其广泛应用于传统耐火材料，如炉管以及一些电子材料的成形生产。

（3） 流延成形

流延成形是将粉料与塑化剂混合得到流动的粘稠浆料，然后将浆料均匀地涂到转动着的基带上，或用刀片均匀地刷到支撑面上，形成浆膜，干燥后得到一层薄膜，薄膜厚度一般为0.01～1mm。流延法用于铁电材料的浇注成形。此外，它还被广泛用于多层陶瓷、电子电路基板、压电陶瓷等器件的生产中。

（4） 凝胶注模成形

凝胶注模成形是一种胶态成形工艺，它将传统陶瓷工艺和化学理论有机结合起来，将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成形工艺中，通过将有机聚合物单体及陶瓷粉末颗粒分散在介质中制成低粘度，高固相体积分数的浓悬浮体，并加入引发剂和催化剂，然后将浓悬浮体（浆料）注入非多孔模具中，通过引发剂和催化剂的作用使有机物聚合物单体交联聚合成三维网状聚合物凝胶，并将陶瓷颗粒原位粘结而固化成坯体。凝胶注模成形作为一种新型的胶态成形方法，可净尺寸成形形状复杂、强度高、微观结构均匀、密度高的坯体，烧结成瓷的部件较干压成形的陶瓷部件有更好的电性能。目前已广泛应用于电子、光学、汽车等领域。

（5） 气相成形

利用气相反应生成纳米颗粒，如能使颗粒有效而且致密地沉积到模具表面，累积到一定厚度即成为制品，或者先使用其它方法制成一个具有开口气孔的坯体，再通过气相沉积工艺将气孔填充致密，用这种方法可以制造各种复合材料。由于固相颗粒的生成与成形过程同时进行，因此可以避免一般超细粉料中的团聚问题。在成形过程中不存在排除液相的问题，从而避免了湿法工艺带来的种种弊端。

（6） 轧模成形

将准备好的坯料伴以一定量的有机粘结剂置于两辊之间进行辊轧，然后将轧好的坯片经冲切工序制成所需的坯件。轧辊成形时坯料只是在厚度和前进方向上受到碾压，宽度方向受力较小。因此，坯料和粘结剂会出现定向排列。干燥烧结时横向收缩大易出现变形和开裂，坯体性能会出现各向异性。另外，对厚度小于0.08mm的超薄片，轧模成形是难以轧制的，质量也不易控制。

（7） 注浆成形

根据所需陶瓷的组成进行配料计算，选择适当的方法制备陶瓷粉体进行混合、塑化、造粒等，才能应用于成形。注浆成形适用于制造大型的、形状复杂的、薄壁的陶瓷产品。对料浆性能也有一定的要求，如：流动性好、粘度小，利于料浆充型，稳定性好。料浆能长时间保持稳定，不易沉淀和分层，含水量和含气量尽可能小等。注浆成形的方法有：空心注浆和实心注浆。为提高注浆速度和坯体质量，可采用压力注浆、离心注浆和真空注浆等新方法。注浆成形工艺成本低、过程简单、易于操作和控制，但成形形状粗糙，注浆时间较长、坯体密度、强度也不高。在传统注浆成形的基础上，相继发展产生了新的压滤成形和离心注浆成形工艺，借助于外加压力和离心力的作用，来提高素坯的密度和强度，避免了注射成形中复杂的脱脂过程，但由于坯体均匀性差，因而不能满足制备高性能、高可靠性陶瓷材料的要求。

（8） 注射成形

陶瓷注射成形是借助高分子聚合物在高温下熔融、低温下凝固的特性来进行成形的，成形之后再把高聚物脱除。注射成形的优点是可成形形状复杂的部件，并且具有高尺寸精度和均匀的显微结构。缺点是模具设计加工和有机物排除过程中的成本较高。在克服传统注射成形缺点的基础上，水溶液注射成形和气相辅助注射成形工艺便发展起来。水溶液注射成形采用水溶性的聚合物作为有机载体，较好地解决了脱脂问题。水溶液注射成形技术可以很容易地实现自动控制，比起传统的注射成形成本低。气体辅助注射成形是把气体引入聚合物熔体中而使成形更容易进行。陶瓷胶态注射成形是将低粘度、高固相体积分数的水基陶瓷浓悬浮体注射到非孔模具中，并使之原位快速固化，再经烧结，制得显微结构均匀、无缺陷和净尺寸的高性能、高可靠性的陶瓷部件，并大大降低陶瓷制造成本。陶瓷胶态注射成形解决了两个重要的关键技术：陶瓷浓悬浮体的快速原位固化和注射过程的可控性。通过深入研究发现压力可以快速诱导陶瓷浓悬浮体的原位固化，从而开发出压力诱导陶瓷成形技术。通过胶态注射成形技术可以获得高密度、高均匀性和高强度的陶瓷坯体。这种成形技术可以消除陶瓷粉体颗粒的团聚体，减少烧结过程中复杂形状部件的变形、开裂，从而减少最终部件的机加工量，获得高可靠性的陶瓷材料与部件。避免了传统陶瓷注射成形使用大量有机物所导致的排胶困难的问题，实现了胶态成形的注射过程，适合于规模化的生产，是高技术陶瓷产业化的核心技术。

（9） 粉末注射成形

金属、陶瓷粉末注射成形（PIM）是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术。它是将聚合物注射成形技术引入粉末冶金领域而生成的一种全新零部件加工技术。该技术应用塑料工业中注射成形的原理，将金属、陶瓷粉末和聚合物粘结剂混炼成均匀的具有粘塑性的流体，经注射机注入模具成形，再脱除粘结剂后烧结全致密化而制得各种零部件。PIM作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有比常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。PIM能制造许多具有复杂形状特征的零件：如各种外部切槽、外螺纹、锥形外表面、交叉通孔、盲孔、凹台与键销、加强筋板、表面滚花等，这些零件都是无法用常规粉末冶金方法制得。由于通过PIM制造的零件几乎不需要再进行机加工，所以减少了材料的消耗，因此在所要求生产的复杂形状零件数量高于一定值时，PIM比机加工方法更经济。PIM工艺的优势为：能一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零部件。产品成本低、光洁度好、精度高（0.3%～0.1%），一般无需后续加工。产品强度、硬度、延伸率等力学性能高、耐磨性好、耐疲劳、组织均匀。原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量生产。无污染，生产过程为清洁工艺生产。

坯体除以上成形方法之外，还有模压成形、等静压成形等方法，当配方、混合、成形等工序完成后，还必须进行烧结才能使材料获得预期的显微结构，赋予材料各种性能。

4 特种陶瓷的烧结方法

烧结是将成形后的坯体加热到高温并保持一定时间，通过固相或部分液相扩散物质迁移，而消除孔隙。将颗粒状陶瓷坯体置于高温炉中，使其致密化形成强固体材料过程。烧结开始于坯料颗粒间空隙排除，使相邻粒子结合成紧密体。但烧结过程必须具备两个基本条件：应该存在物质迁移机理；必须有一种能量（热能）促进和维持物质迁移。现在精细陶瓷烧结机理已出现了气相烧结、固相烧结、液相烧结及反应液体烧结等四种烧结模式。它们材料结构机理与烧结驱动力方式各不相同，尤其传统陶瓷和大部分电子陶瓷烧结依赖于液相形成、粘滞流动和溶解再沉淀过程，而对于高纯、高强结构陶瓷烧结，则以固相烧结为主，它们通过晶界扩散或点阵扩散来达到物质迁移。烧结是陶瓷材料制备工艺过程中的一个十分重要的最终环节。近年来也开始对陶瓷材料进行热处理，以改善其性能。

（1） 常压烧结（或称无压烧结）

常压烧结是使用最广泛的一种方法。它在大气中烧结，即不抽真空，也不加任何保护气体在电阻炉中进行烧结。这种方法适用于烧结氧化物陶瓷，非氧化物陶瓷有时也采用常压烧结。陶瓷器、耐火材料最先采用这种方法。后来，氧化铝、铁氧体等许多新的陶瓷也采用了这一方法。与其它方法相比经济有效，但也有不利之处。为了使物质所具的功能充分发挥出来，也有采用其它方法进行烧结的情况。常压烧结用电阻炉的关键部件是发热体元件。通常生产中应根据不同材料的烧结温度，而选择不同加热体的电阻炉。

（2） 热压烧结(HP)

热压烧结即是将粉末填充于模型内，在高温下一边加压一边进行烧结的方法，同时进行加温、加压(机械压力而不是气压)的烧结。加压方式一般都是单向加压，热压时的压力不能太高，一般为50MPa。而冷压成形的压力可达200 MPa，甚至更高。热压烧结的加热方式仍为电阻加热，加压方式为液压传动加载。热压烧结使用的模具多为石墨模具。它制造简单、成本低。热压烧结的主要优点是加快致密化进程，减少气孔隙，提高致密度，同时，可降低烧结温度。Si3N4、SiC、Al2O3陶瓷等使用该法烧结，然而因成本较高，故其应用受到限制。

（3） 热等静压(HIP)

热等静压一般是沿单轴方向进行加压烧结，相对而言，这种方法是借助于气体压力而施加等静压的方法。除SiC、Si3N4使用该法外，Al2O3、超硬合金等也使用该法。尽管热压烧结有许多优点，但由于是单轴向加压，故只能制得形状简单如片状或环状的样品。另外，对非等轴晶系的样品热压后片状或柱状晶粒严重择优取向而产生各向异性。热等静压与热压和无压烧结一样，已成功地用于多种结构陶瓷的烧结或后处理。此外，热等静压还可以用于金属铸件、金属基复合材料、喷射沉积成形材料、机械合金化与粉末冶金材料和产品零部件的致密化等。

（4） 气氛烧结

气氛烧结是采用各种气氛作保护或反应参与物，进行烧结。常用的有真空、氢、氧、氮和惰性气体（如氩）等各种气氛。例如透明氧化铝陶瓷可用氢气氛烧结，透明铁电陶瓷宜用氧气氛烧结，氮化物陶瓷如氮化铝等宜用氮气氛烧结。

5 特种陶瓷技术的未来发展趋势

特种陶瓷成形技术未来的发展将集中于以下几个发面：进一步开发已提出的各种无模成形技术在制备不同陶瓷材料中的应用；性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；大型异形件的结构设计与制造；陶瓷微结构的制造及实际应用；进一步开发无污染和环境协调的新技术。

在烧结方面，特种陶瓷制品因其特殊的性能要求，需要用不同于传统陶瓷制品的烧成工艺与烧结技术。随着特种陶瓷工业的发展，其烧成机理、烧结技术及特殊的窑炉设施的研究均取得突破性的进展。在特种陶瓷的精密加工方面：特种陶瓷属于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理机械性能(尤其是韧性和强度)与金属材料有较大差异，加工性能差、加工难度大。因此，研究特种陶瓷材料的磨削机理，选择最佳的磨削方法是当前要解决的主要问题。

6 结 语

特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等；隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等；导热性优良的特种陶瓷可用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片；耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，目前的工作主要集中在轴承、切削刀具方面；高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。

参考文献

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[3] 于思远.工程陶瓷材料的加工技术及其应用[M].北京:机械工业

出版社,2008.

Preparation and Trends of Special Ceramics

XIAO Yan

（Jiangmen Chemical Materials， Jiangmen 529100)

第8篇：粉末冶金的特点范文

一、金属间化合物材料的概述和应用

金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主组成的二元或多元系合金中出现的中间相。金属间化合物主要指金属与金属间，金属与类金属之间按一定剂量比所形成的化合物，金属间化合物有的已是或将是重要的新型功能材料和结构材料。金属间化合物的历史由来已久，金属间化合物的研究已经成为材料科学研究的热点之一。人们发现许多金属间化合物的强度并不是随温度的升高而单调地下降，相反是先升高后降低。因为这一特性，掀起了新一轮金属间化合物的研究热潮，使金属间化合物具备了成为新型高温结构材料的基础。现在已研究出许多方法和措施，用来改善和提高金属间化合物的塑性，为将金属间化合物材料开发成为有实用价值的结构材料打下基础。金属间化合物是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物强度高，抗氧化性能好和抗硫化腐蚀性能优良，优于不锈钢和钴基，镍基合金等传统的高温合金，而且具有较高的韧性，因此金属间化合物被公认为是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物材料作为近20年内才发展起来的新材料，相对于传统金属材料具有特殊的优点和规律，广泛用于制备金属间化合物基复合材料。金属间化合物相对于金属材料为脆性材料，相对于其他材料则具有一定的韧性，并且具有相当高的塑性。某些金属间化合物还具有反常的强度-温度关系，在一定的温度范围内，强度随着温度的升高而升高，这对高温结构材料的开发和应用给予很大的希望。此外许多金属间化合物材料具有良好的抗氧化性能，耐腐蚀性能和耐磨损性能，如Ni-Al金属间化合物和Fe-Al金属间化合物材料。因此采用金属间化合物和其他材料相复合制备复合材料可以提高金属间化合物材料的力学性能。

金属间化合物具有一系列的优异性能是最具有吸引力的新一代高温结构材料和表面涂层材料。金属间化合物的种类非常多，近年来国内外主要研究集中于Ni-Al金属间化合物，Ti-Al金属间化合物，Fe-Al金属间化合物等含Al金属间化合物的研究。目前金属间化合物材料已经研究和开发的较为广泛。许多金属间化合物材料已经用于铸造，锻压和高温熔炼等。金属间化合物材料具有高温强度好，高温抗蠕变性能强，抗腐蚀性能好，抗氧化性能好等优点，且在一定的温度范围内金属间化合物的屈服强度随着温度的升高而升高。但是金属间化合物材料作为使用的结构材料，还存在硬度低，断裂韧性差以及高温强度低等缺点。将金属间化合物与其他材料进行复合制备金属间化合物基复合材料，以制备出兼具有二者优点的复合材料是当前的重要研究和发展方向。金属间化合物材料具有较高的加工硬化率和较特殊的高温性能，因而被认为是下一代高温结构材料和高温耐磨损材料之一，特别是在改善金属间化合物材料的塑性后，更是受到了广泛的重视和研究。为了进一步提高金属间化合物材料的综合性能，很多研究工作者在金属间化合物材料中加入强化相制备金属间化合物复合材料，即形成金属间化合物基复合材料。可以向金属间化合物中加入碳化物硬质相制备耐磨损的金属间化合物基复合材料。金属间化合物材料具有许多优秀的性能而被广泛的应用到工程领域中。

二、金属间化合物在材料科学与工程专业教学实践中的研究和应用

金属间化合物材料由于具有许多优异的性能而被广泛的应用在工程领域中，所以应该在材料科学与工程专业的课堂教学和实践教学中增加一些金属间化合物的知识和内容。金属间化合物材料主要包括Al系金属间化合物材料，主要有Fe-Al金属间化合物，Ni-Al金属间化合物，Ti-Al金属间化合物等，还有其他的如Cu-Al合金，Cu-Zn合金以及Ni-Ti合金体系等金属间化合物材料。由于一般常用的金属间化合物是由两种金属元素形成的化合物并具有典型的二元相图，所以可以通过认识和了解金属间化合物学习和掌握二元相图的知识内容。此外金属间化合物材料的制备工艺方法也有很多，主要有金属熔炼法，高温自蔓延反应合成法，机械合金化法，反应烧结法，粉末冶金工艺等多种方法。其中反应熔炼法是将不同种金属元素放到熔炼炉中进行熔化形成金属合金熔体使其均匀混合并冷却形成金属间化合物材料。高温自蔓延反应合成方法是通过反应放出大量的热量维持反应继续进行最终形成所需要的金属合金材料。机械合金化工艺过程是利用高能球磨机把两种纯金属粉末放入球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨，粉末的制备由机械合金化过程完成，块体的制备则由烧结过程实现，机械合金化工艺是一种固态反应的过程。机械合金化技术是近年来发展起来的一种材料制备方法，机械合金化工艺通过对粉末反复的破碎，焊合来达到合金化的目的，由于合金化过程中引入大量的应变，缺陷以及纳米级的微结构，机械合金化制备的材料具有一些与传统方法制备材料不同的特性。通过机械合金化工艺就可以制备出金属间化合物粉末。粉末冶金技术是制备金属间化合物材料比较常用的一种方法。以单质或合金粉末为原料，一般是先用塑性加工的方法把粉末制备成所需要的复合材料制件，然后在烧结同时实现了制件的成型。反应烧结法是将不同种金属元素粉末通过热压烧结工艺或者常压烧结工艺形成金属间化合物块体材料。金属间化合物材料的制备通常采用粉末冶金工艺进行制备。

由于金属间化合物材料原料成本较低，制备工艺不复杂，所以对于金属间化合物材料的制备和性能的研究工作可以引入到材料科学与工程专业的实验教学工作中。可以在实验教学的课程中增加金属间化合物材料的制备和性能的研究内容，例如通过反应熔炼法，机械合金化方法和粉末冶金法等制备金属间化合物材料，并对金属间化合物材料的结构和性能进行研究。通过以上实验教学过程可以锻炼学生的实践能力和分析能力，还可以加深学生对材料科学与工程专业知识内容的认识和了解。在上述实验方法中，其中机械合金化工艺是比较实用并且能够在实验室里进行的。机械合金化工艺是将两种不同的金属粉末混合并经过高能球磨过程制成金属间化合物粉末，并通过烧结过程制备金属间化合物块材。机械合金化工艺可以在实验室里进行，可以安排学生通过机械合金化工艺制备金属间化合物材料。此外在本科学生的专业课程设计和毕业设计期间也可以安排学生进行金属间化合物材料的制备和性能的研究工作。通过对金属间化合物材料的制备和性能的研究工作，使得学生充分的认识和了解金属间化合物材料的性能特点，并加深学生对所学习的材料科学与工程专业课程知识内容的认识和了解，使得学生对材料科学与工程专业的课程内容有一定的掌握和熟悉，并通过实验教学过程提高了学生的实践能力和分析问题解决问题的能力，扩展了学生的知识面。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的实践教学过程中增加一些关于金属间化合物材料的实验课程，并以金属间化合物材料的制备和性能的研究内容作为实验教学课程，这将有助于提高学生的实践能力并扩展了学生的知识面，这为本科学生以后学习材料科学与工程专业的知识内容打下坚实的实验基础。

三、金属间化合物材料未来的研究方向和发展趋势

第9篇：粉末冶金的特点范文

关键词：热等静压 发展现状 设备改进 应用 发展趋势

中图分类号：TFl24.31 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（b）-0080-02

1 热等静压概述

1.1 热等静压原理与特点

热等静压（Hot Isostatic Pressing，简称HIP）技术实现于一个密闭容器空间中，将所需制品的材料放置其中，施加高温高压条件，将材料烧融并重新固结致密化，该技术的一个重要特点是压力的均衡施加，因此得到的成品均匀性好。按照材料利用情况和制品要求，热等静压技术可以分为3类：第一，对粉末（状）材料的压实固结，最终使其趋近于成品的形状和结构；第二，制品本身存在裂痕、孔隙、变形等缺陷，通过高温和加压使其重新致密并规范制品形状，消除上述缺陷；第三，应不同的功能要求，需将不同的材料进行拼接与焊合，利用该技术实现材料界面的扩散与拼合。

相比于传统纯粹的高温高压技术，热等静压在高温压的前提下，增加了等静压的特点，材料在加工过程中受压均衡，得到的成品各向同性好，致密程度高，缺陷少，总体性能优异。因此，对于航空航天、海洋、汽车等对材料性能要求高的行业领域，该技术具有广泛的应用空间。同时该技术的兴起，也使得过去高精度仪器设备的制作变得方便，大大缩减了工序和加工时间。

1.2 国内外热等静压技术的发展现状（600）

1955年，美国Battelle研究所在寻找合适的核反应堆材料时，利用高温和等静压技术条件实现原子核反应时元素的扩散结合，由此，拉开了热等静压技术发展的序幕。彼时，等静压的施加主要依靠惰性气体来实现，且主要用于元素的粘结，因此该技术最初称作“气压粘结”技术。60年代初，该项技术逐渐被美国其他公司利用并不断改善，随着其传入欧洲和北京，热等静压技术的应用领域也得到了大幅度的拓宽。

2 热等静压的设备改进

2.1 热等静压机相关装备及工艺流程

热等静压机主要包括了加热炉、高压容器、压缩机、真空泵、冷却系统、自动控制系统等，整个操作工艺流程大致分为5个阶段：加工材料的清理与入炉、充气加压升温、加工过程的保温保压、降温泄压、出炉。其中温度和压力的控制是操作的关键。

加热炉和高压容器是热等静压机的核心设备，用于提供生产加工过程中所需的高温高压条件。为了保证均匀预热和快速升温，如今的设备在加热区布局上，通常采用底部和侧面的多面分布，采用钼丝、石墨等不同电阻材质的电阻元件在加热炉中安装多个独立的控制区，根据所需加工的成品的性质和用途，设置不同的温度档，可以实现不同的加热温度要求。热等静压机高压的均匀施加通过充注惰性气体来实现，通常采用装配了防震、自调功能的非注油式电动液压压缩机，它具有过压保护性能，能够充注近200 MPa的高压惰性气体。

目前生产的仪器具备自动化控制功能，利用计算机系统可预先设定相关的温度压力参数，输入相关操作程序，从而实现自动加工生产。除此之外，仪器还配备了用于抽吸杂质的真空泵，用于降温保护的冷却系统等。

2.2 热等静压机设备的改进

热等静压技术的出现为高质量产品的生产带来了生机，但也出现了安全性、生产成本、能耗等方面的问题，一项技术的完善需要相关设备的及时跟进，从生产实践出发，该文主要从提高生产效率和成品质量、节约能耗3方面展开，对热等静压机设备的改进提出相关的见解。

2.2.1 提高生产效率

工程生产讲究成本节约和投资盈利，提高生产效率是获取更大经济效益的根本途径，而创新和发展技术设备成为提高生产效率的不二途径。对于热等静压技术而言，由于加工过程需要在高温条件下进行，因此生产上面临的最大问题是仪器的冷却降温。传统设备的冷却速度普遍较慢，经常需要花上数个小时的时间，为了缩短工作周期，应发展快速冷却技术。在技术原理上，充分利用高压容器的气体循环，通过内部和外部两套冷却循环系统，实现设备的双重降温。另外，安装强力风扇和控制内部对流也是快速降温的重要途径。

2.2.2 提高成品质量

制品质量的控制关键在于加工过程中温度和压力条件是否合适，包括了温压参数的取值，受热和施压是否均匀及设备运行的稳定性等方面。目前在温度控制方面通过增加受热面积和设置分区独立加热单元，基本实现了制品的均匀受热和实时控制；惰性气体充注也保证了施压的均衡性。

2.2.3 节约能耗

热等静压机高压的产生主要通过惰性气体的充注来实现，因此其主要能耗来自于电能和热能。制作工艺中高温高压条件决定了其高能耗的特点，生产过程中会产生大量的热能，其中大部分的热能都通过热交换器散失，节约能耗的最有效措施就是充分利用这部分热能。通过在高压熔炉外设置气体循环路线，一方面能利用这部分余热加热锅炉，另一方面也加速了设备的冷却，提高了工作效率。

3 热等静压技术的应用

3.1 陶瓷制品中的应用

陶瓷是近年来在材料领域新兴崛起的一种材料类型，鉴于其具有良好的化学惰性、稳定性、高强度、高耐热性，其在电力、机械等行业得到了广泛的应用，甚至取代了金属的地位。

3.2 金属冶炼中的应用

热等静压技术为粉末冶金提供了新的思路，利用高温高压炼制得到的冶金材料在尺寸和性能结构上都接近最终成品，因此，这种方法得到的制品所需的后续加工工序大为缩减，同时提高了材料的利用率。

3.3 铸件内部缺陷修复

由于最初制造工艺的限制或是使用时间过长，都会在铸体内部产生松弛变形或者孔隙等缺陷，这种损伤的出现降低了材料的性能，同时其使用寿命和安全性问题都会逐渐凸显。铸体致密化和内部损伤的修复是热等静压技术早期应用的领域，发展至今，相关技术已相对成熟。

3.4 热等静压扩散连接

热等静压扩散连接属于微观技术领域，它在宏观高温高压条件下，内部原子发生扩散移动，彼此进入，完成宏观焊接的任务。具体而言，整个过程大致划分为3个阶段：第一，接触界面的形成，当外加高压作用于材料时，材料发生塑性变形，随着变形程度的加剧，在需要焊接表面就会形成越来越多的凸起，这些凸起增加了焊接表面的接触面积，逐渐形成了一个含有较多孔隙的接触界面；第二，平衡界面的形成，该阶段原子在初始接触界面的基础上发生大规模的移动和扩散，界面处孔隙基本消除，残留部分孔隙，随着原子的扩散逐渐趋于一个平衡状态，原始接触界面被新的平衡界面所取代；第三，原子体积扩散，承接第二阶段的变化，原子发生体积扩散，孔隙被全部充填而消除，焊接界面处接触完全。利用热等静压扩散技术可以实现同种材料、不同材料间的各种焊接，焊接部位结合度高，制品性能优于最初母材，因此，该项技术常常用于合金冶炼、高性能符合材料的制作。

3.5 其他方面的应用

热等静压技术还可以应用于多孔材料（例如滤波器、磨轮等）的制作，只需在原料中加入造孔剂或对原料进行松装处理，就可以得到开孔率高、性能优良的多孔材料，造孔剂在其中主要起到了固定制品形状和产生规则尺寸孔隙的作用。

4 热等静压技术的发展趋势

相比于传统的产品加工手段，热等静压技术具有其独特的优点，从目前技术发展现状和产品市场分析大致可预测其具有如下发展趋势。

（1）用于不同工艺制品的合成与连接。针对不同用途所需的材料性质不同，材料领域复合高性能材料逐渐成为主导，利用热等静压技术制得的成品致密化程度高，均质性强，为不同材质成品间的连接与合成提供了方便。这不仅节省了工艺流程和材料使用，同时也提高了制品的质量。

（2）加热和冷却速度的双重提升。提高生产效率是工程制造中降低生产成本的重要措施。热等静压技术中加热和加压是核心工艺，也是提高生产效率的重要着力点。目前已出现了一种热等静压―淬火技术，实现了加热与施压的一体化，压力充注气体选用传热系数较高的气体，以保证气体和设备之间最小的温差，冷却降温逐渐实现自动化控制，利用计算机系统能有效把控降温时间。

（3）开辟新的工艺模式。传统的热等静压设备加热时间长、能耗高，现通过快速热等静压法，将预热膜盒压挤到粘塑压力介质（油等油脂类介质）中，能够将制品固结时间从原来的数小时缩短至几分钟，这种方法不同于传统的热等静压技术，但仍然利用了热等静压原理，而得到的成品完全具备高度致密化和均质性的特点，因此，利用快速热等静压法等类似的技术，节约能耗、缩短工艺流程，同时得到高质量的产品，类似模式将为热等静压的利用开辟新的应用方向。

（4）采用无包套技术工艺。包套技术在热等静压中广泛应用，制品的高纯度和强均质性很大一部分原因在于包套的使用。然而包套工艺操作复杂、成本较高，包套的选择需与产品尺寸相配合，因此在利用上严重制约了生产效率的提高。国外已推出了无包套热等静压技术工艺，包括了两种方式：烧结和热等静压在不同的锅炉内进行，或在同一加热炉内进行。无包套技术得到的工艺制品在质量上基本趋近于有包套热等静压。

（5）压力充注气体选择的多样化。热等静压技术中高压的施加通过充注惰性气体来实现，过去氩和氦是两种主要的充注气体，尤其是氩气，价格便宜且稳定，实用性强。随着近年来产品类型的激增，不同产品在生产过程中有不同的工艺要求，例如陶瓷制品中含有较多的氮化物，此时常常选用氮气作为压力充注气体，因为氮气可以延缓氮化物的分解，有利于提高陶瓷制品的致密度。

5 结语

综上所述，热等静压技术利用高温高压条件得到高度致密化、强度高、均质性好的高性能制品，加上其操作工艺简单、能耗低等特点，使其在陶瓷制作、金属冶炼、铸体修复甚至食品包装等领域得到了广泛的应用。加热炉和高压容器是热等静压机的关键设备，为了提高工作效率，应着力于加快加热与冷却时间。未来热等静压将向着无包套、多样化的压力气体、自动化控制等方向发展，并广泛应用于制品的合成与焊接。国内应紧跟国际领先水平，加强技术创新，实现热等静压设备与技术的共同进步。

参考文献

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