粉末冶金的知識簡介
粉末冶金是制取金屬粉末，及采用成形和燒結工藝將金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)制成材料和制品的工藝技術。它是冶金和材料科學的一個分支學科。
粉末冶金制品的應用范圍十分廣泛，從普通機械制造到精密儀器；從五金工具到大型機械；從電子工業到電機制造；從民用工業到軍事工業；從一般技術到尖端高技術，均能見到粉末冶金工藝的身影。粉末冶金技術的作用
材料是人類用以制成用于生活和生產的物品、器件、構件、機器及其它產品的物質，是人類賴以生存和發展的物質基礎。所謂新材料，指的是那些新出現或正在發展中的具有傳統材料所具備的優異性能的材料。從人類科技發展史中可以看到，近代世界已經歷了兩次工業革命都是以新材料的發現和應用為先導的。鋼鐵工業的發展，為18世紀以蒸汽機的發明和應用為代表的第一次世界革命奠定了物質基礎。本世紀中葉以來，以電子技術，特別是微電子技術的發明和應用為代表的第二次世界革命，硅單晶材料則起著先導和核心作用，加之隨后的激光材料和光導纖維的問世，使人類社會進入了“信息時代”，因此，可以預料，誰掌握了新材料，誰就掌握了21世紀高新技術競爭的主動權！
1新材料技術的發展趨勢和特點
縱觀國際新材料研究發展的現狀，西方主要工業發達國家正集中人力、物力，尋求突破，美國、歐共體、日本和韓國等在他們的最新國家科技計劃中，都把新材料及其制備技術列為國家關鍵技術之一加以重點支持，非常強調新材料對發展國民經濟、保衛國家安全、增進人民健康和提高人民生活質量等方面的突出作用。
我國對新材料及其制備技術歷來非常重視，一直作為一個重要的領域被列入我國自1956年以來的歷次國家科技發展規劃之中。在我國863高技術中，新技術材料又是七大重點領域之一。經過40余年的努力，已在許多方面取得顯著進展，一大批新材料已成功地應用于國防和民用工業領域，有些新材料的研究居國際領先水平，為我國新材料及其制備技術在21世紀初的持續發展奠定了較好的基礎。
新材料及其制備技術的研究將對世界經濟發展產生重大影響，其發展趨主要體現在：
(1)功能材料向多功能化、集成化、小型化和智能化方向發展；
(2)結構材料向高性能化、復合化、功能化和低成本化方向發展；
(3)薄膜和低維材料研制發展迅速，生物醫用材料異軍突起；
(4)新材料制品的精加工技術和近凈形成形技術受到高度重視；
(5)材料及其制品與生態環境的協調性倍受重視，以滿足社會可持續發展的要求；
(6)材料的制備及評價表征技術日受重視，材料制備與評價表征新技術、新裝備不斷涌現；
(7)材料在不同層次(微觀、介觀和宏觀)上的設計發展迅速，已成為發展新材料的重要基礎。
綜上所述，當今新材料及其制備技術的發展趨勢具有以下幾個特點：
(1)新材料技術是現代工業和高技術發展中的共性關鍵技術，材料科學技術已成為當代和下世紀初最重要的、發展最快的科學技術之一。信息、能源、農業和先進制造等技術領域的發展都離不開新材料及其制備技術的發展；
(2)綜合利用現代先進科學技術成就，多學科交叉，知識密集，導臻新材料及其制
造技術的投資強度大、更新換代快，經濟效益和社會效益巨大；
(3)新材料的制備和質量的提高更加依賴于新技術、新工藝的發展和精確的檢測控制技術的應用。對制備技術的重視與投入直線上升，極大地加速了基礎材料的發展和傳統產業的改造。
(4)對材料基礎性、先導性的認識已形成共識。材料的研制和發展既要與器件的研制密切配合，又要注意到自身的系統性和超前性，這樣才有利于材料實現跨躍發展。
2新材料技術前沿研究領域
進入20世紀90年代以來，材料科學技術的發展異常迅速。材料科學與生命科學、信息科學、認知科學、環境科學等共同構成了當代科學技術的前沿。展望21世紀，基于物理、化學、數學等自然科學與電子、化工、冶金等工程技術最新成就的材料科學技術前沿主要如下：
微電子材料主要是大真徑(400mm)硅單晶及片材技術，大直徑(200mm)硅片外延技術，150mmGaAs和100mmInP晶片及其以它們為基的III-V族半導體超晶格、量子阱異質結構材料制備技術，GeSi合金和寬禁帶半導體材料等。
新型光子材料主要是大直徑、高光學質量人工晶體制備技術和有機、無機新型非線性光學晶體探索，大功離半導體激光光纖模塊及全固態(可調諧)激光技術，有機、無機超高亮度紅、綠、蘭之基色材料及應用技術，新型紅外、蘭、紫半導體激光材料以及新型光探測和光存儲材料等。稀土功能材料主要是高純稀土材料的制備技術，超高磁能稀土永磁材料大規模生產先進技術，高性能稀土儲氫材料及相關技術。
生物醫用材料高可靠性植入人體內的生物活性材料合成關鍵技術，生物相容材料，如組織器字替代材料，人造血液，人造皮和透析膜技術，以及生物新材料制品性能、質量的在線監測和評價技術。先進復合材料主要是復合材料低成本制備技術，復合材料的界面控制與優化技術，不同尺度不同結構異質材料復合新技術。
新型金屬材料主要是交通運輸用輕質高強材料，能源動力用高溫耐蝕材料，新型有序金屬間化合物的脆性控制與韌化技術以及高可靠性生產制造技術。
先進陶瓷材料主要是信息功能陶瓷的多功能化及系統集成技術，高性能陶瓷薄膜、異質薄膜的制備、集成與微加工技術，結構陶瓷及其復合材料的補強、韌化技術，先進陶瓷的低成本、高可靠性、批量化制備技術。高溫超導材料主要是高溫超導體材料(準單晶和織構材料)批量生產技術，可實用化高溫超導薄膜及異質結構薄膜制備、集成和微加工技術研究開發等。
環境材料主要是材料的環境協調性評價技術，材料的延壽、再生與綜合利用新技術，降低材料生產資源和能源消耗新技術。
納米材料及技術主要是納米材料制備與應用關鍵技術，固態量了器件的制備及納米加工技術。
智能材料主要是智能材料與智能系統的設計、制備及應用技術。
材料的制備與評價技術主要是材料精密制備、近凈形成形技術與智能加工技術，材料表面改性技術的低成本化途徑與批量生產技術，材料微觀結構的模型化技術、智能化控制及動態實時監測分析技術，不同層次的設計、性能預測和評價表征新技術。
3粉末冶金技術的特點及其在新材料研究中的作用
粉末冶金是制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經過成形和燒結，制造金屬材料、復合以及各種類型制品的工藝技術。粉末冶金法與生產陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技術也可用于陶瓷材料的制備。由于粉末冶金技術的優點，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發展中起著舉足輕重的作用。
(1)粉末冶金技術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、稀土儲氫材料、稀土發光材料、稀土催化劑、高溫超導材料、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構材料等)具有重要的作用。
(2)可以制備非晶、微晶、準晶、納米晶和超飽和固溶體等一系列高性能非平衡材料，這些材料具有優異的電學、磁學、光學和力學性能。
(3)可以容易地實現多種類型的復合，充分發揮各組元材料各自的特性，是一種低成本生產高性能金屬基和陶瓷復合材料的工藝技術。
(4)可以生產普通熔煉法無法生產的具有特殊結構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、高性能結構陶瓷和功能陶瓷材料等。
(5)可以實現凈近形成形和自動化批量生產，從而，可以有效地降低生產的資源和能源消耗。
(6)可以充分利用礦石、尾礦、煉鋼污泥、軋鋼鐵鱗、回收廢舊金屬作原料，是一種可有效進行材料再生和綜合利用的新技術。
4粉末冶金學科優先發展方向
(1)發展粉末制取新技術、新工藝及其過程理論。重點是超細粉末和納米粉的制備技術，快速冷凝制備非晶、準晶和微晶粉末技術，機械合金化技術，自蔓延高溫合成技術，粉末粒度、結構、形貌、成分控制技術。總的趨勢是向超細、超純、粉末特性可控方向發展。
(2)建立以“凈近形成形”技術為中心的各種新型固結技術及其過程模過程理論，如粉末注射成形、擠壓成形、噴射成形、溫壓成形、粉末鍛造等。
(3)建立以“全致密化”為主要目標的新型固結技術及其過程模擬技術。如熱等靜壓、擬熱等靜壓、燒結-熱等靜壓、微波燒結、高能成形等。
(4)粉末冶金材料設計、表征和評價新技術。粉末冶金材料的孔隙特性、界面問題及強韌化機理的研究。粉末冶金材料和制品的今后發展方向
1、具有代表性的鐵基合金，將向大體積的精密制品，高質量的結構零部件發展。
2、制造具有均勻顯微組織結構的、加工困難而完全致密的高性能合金。
3、用增強致密化過程來制造一般含有混合相組成的特殊合金。
4、制造非均勻材料、非晶態、微晶或者亞穩合金。
5、加工獨特的和非一般形態或成分的復合零部件。粉末冶金工藝的基本工序
1、原料粉末的制備。現有的制粉方法大體可分為兩類：機械法和物理化學法。而機械法可分為：機械粉碎及霧化法；物理化學法又分為：電化腐蝕法、還原法、化合法、還原-化合法、氣相沉積法、液相沉積法以及電解法。其中應用最為廣泛的是還原法、霧化法和電解法。
2、粉末成型為所需形狀的坯塊。成型的目的是制得一定形狀和尺寸的壓坯，并使其具有一定的密度和強度。成型的方法基本上分為加壓成型和無壓成型。加壓成型中應用最多的是模壓成型。
3、坯塊的燒結。燒結是粉末冶金工藝中的關鍵性工序。成型后的壓坯通過燒結使其得到所要求的最終物理機械性能。燒結又分為單元系燒結和多元系燒結。對于單元系和多元系的固相燒結，燒結溫度比所用的金屬及合金的熔點低；對于多元系的液相燒結，燒結溫度一般比其中難熔成分的熔點低，而高于易熔成分的熔點。除普通燒結外，還有松裝燒結、熔浸法、熱壓法等特殊的燒結工藝。
4、產品的后序處理。燒結后的處理，可以根據產品要求的不同，采取多種方式。如精整、浸油、機加工、熱處理及電鍍。此外，近年來一些新工藝如軋制、鍛造也應用于粉末冶金材料燒結后的加工，取得較理想的效果。粉末冶金工藝的優點
1、絕大多數難熔金屬及其化合物、假合金、多孔材料只能用粉末冶金方法來制造。
2、由于粉末冶金方法能壓制成最終尺寸的壓坯，而不需要或很少需要隨后的機械加工，故能大大節約金屬，降低產品成本。用粉末冶金方法制造產品時，金屬的損耗只有1-5%，而用一般熔鑄方法生產時，金屬的損耗可能會達到80%。
3、由于粉末冶金工藝在材料生產過程中并不熔化材料，也就不怕混入由坩堝和脫氧劑等帶來的雜質，而燒結一般在真空和還原氣氛中進行，不怕氧化，也不會給材料任何污染，故有可能制取高純度的材料。
4、粉末冶金法能保證材料成分配比的正確性和均勻性。
5、粉末冶金適宜于生產同一形狀而數量多的產品，特別是齒輪等加工費用高的產品，用粉末冶金法制造能大大降低生產成.粉末冶金發展史
粉末冶金方法起源于公元前三千多年。制造鐵的第一個方法實質上采用的就是粉末冶金方法。而現代粉末冶金技術的發展中共有三個重要標志：
1、克服了難熔金屬熔鑄過程中產生的困難。1909年制造電燈鎢絲，推動了粉末冶金的發展；1923年粉末冶金硬質合金的出現被譽為機械加工中的革命。
2、三十年代成功制取多孔含油軸承；繼而粉末冶金鐵基機械零件的發展，充分發揮了粉末冶金少切削甚至無切削的優點。
3、向更高級的新材料、新工藝發展。四十年代，出現金屬陶瓷、彌散強化等材料，六十年代末至七十年代初，粉末高速鋼、粉末高溫合金相繼出現；利用粉末冶金鍛造及熱等靜壓已能制造高強度的零件。
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