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現代先進粉末冶金材料

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現代先進粉末冶金材料

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【摘要】:
(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

(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?,F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?,F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。新能源材料對于新能源領域的發展具有至關重要的作用,新能源材料的開發和利用能夠促進燃料電池和太陽能電池的研發及推廣?,F階段,新能源材料主要有硅類太陽能電池、核能等清潔能源,粉末冶金技術對于新能源材料的生產具有重要的作用。
 

(3) 生物領域的粉末冶金材料

生物材料的研究對社會有著巨大的作用,生物技術在高新技術中占有很大比例。我國已將生物材料列入國家戰略計劃,生物材料是未來主要的研究對象。有些生物材料可以修復生物體的功能或者結構,這些材料就是生物醫用材料。生物醫用材料對于人類的身心健康有著重要的作用。在生物材料中,有一大批金屬合金或者化合物就是粉末冶金材料。
 

從20世紀初,人們就開始用金屬及合金作為醫用生物材料,其中應用比較廣泛的是利用生物材料代替人類骨骼。如人工關節和人造牙齒等,在外科手術中具有特殊的作用。不銹鋼、鈦和鈦合金是在醫學中應用比較多的金屬材料,其中鈦合金與人類骨骼具有生物相似性,具有相似的彈性,耐磨損以及耐腐蝕,是應用最多的1種金屬材料。
 

生物陶瓷具有某些與人體相似的生理特征,因此,這種材料常被用來制成人造骨骼和牙齒,用這種材料部分或者整體代替人體的某些器官,增強身體的機能。生物陶瓷所具有的特殊生理行為就是其具有以下的特性:第一,與原有的生物機體具有相似性,因此可以相融合,對生物體不會產生損害和刺激,其基本性能和被替換的組織相匹配,具有較好的組織親和性;第二,生物陶瓷不會引起機體的病變;第三,生物陶瓷有良好的化學性能,有一定的強度和硬度,還要有較好的柔韌性和彈性,可以起到原有生物體的作用。根據生物陶瓷所發生的化學反應不同,其具體可以分為3類, 第一類是具有生物惰性的生物陶瓷,這類主要有氧化鋁和氧化鋯等氧化物陶瓷,主要可以作為人造關節和負重骨骼使用;第二類是表面具有活性的生物陶瓷,這一類主要如生物活性微晶玻璃;第三類是可降解的生物陶瓷,這一類有石膏陶瓷和鋁酸鈣陶瓷等,在失效后不會對環境產生影響。
 

軍事領域用粉末冶金材料在軍事工業中粉末冶金材料也具有重要的作用,能夠大幅度提高武器裝備的性能,因此,其在航空航天、兵器制造等軍事領域被廣泛應用。首先,航空航天工業對材料性能有著非常嚴格的要求,不僅要求材料具有相應的強度和硬度,還要求材料具有較高的穩定性,甚至對其耐高溫、耐腐蝕性能也有嚴格要求,這就要求材料必須要有較高的綜合性能。在航空工業中,使用了大量的粉末冶金材料。這些粉末冶金材料主要有2種。第一種是以減磨材料、防輻射材料等為代表的特殊功能材料,這類材料主要用在飛機及其他航天器的儀表和機載設備上;另一種材料是高溫、高強度材料,這種材料主要用在發動機上,可以提高發動機的壽命和性能。
 

20世紀70年代,美國利用粉末冶金技術制造的發動機零件,制造技術比較成熟。1973年,美國在其F-104戰斗機發動機上使用了粉末渦輪盤等13個零件,對于飛機尤其是戰斗機發動機來說,應用粉末冶金渦輪盤和凝固渦輪葉片無疑是一種巨大的技術突破,使得F-104戰斗機達到了世界領先的水平。20世紀末,美國普惠公司采用粉末冶金技術制造出了雙性能粉末,并將其在美國的第5代戰斗機F22的發動機上使用,大大提高了戰斗機的機動性和靈活性。其次,核軍工業本身的特性就導致了對核材料有著特殊的要求,有些金屬特性只有粉末冶金技術才能實現,或者在采用粉末冶金技術后,材料的性能進一步提高。所以說,粉末冶金材料在核軍工業中是1種不可或缺的材料。
 

對于新型的核反應堆,更需要加強其和安全,從源頭上防止核輻射和核泄漏,這對核能的儲能裝置提出了更高的要求,采用粉末冶金技術制造儲能裝置,可以增強核反應堆的安全性,可以在事故發生后,在不需要任何動力的支撐下對反應堆冷卻循環約5min,可以為處理事故提供寶貴的時間,甚至還可以有效地降低核輻射的嚴重程度。

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