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纳米技术在粉末冶金中的应用
纳米技术在粉末冶金中的应用 时间: 2024-05-29 12:33:36 |   作者: 华体会体彩

  20世纪90年代,很多国家积极对能源材料来研发,特别是氢能的储存材料。因为,氢能的应用基础就是氢能的贮存和运输。在美国,储氢技术的研发经费占全部氢能研究经费一半以上;日本一次性就投资了50亿美元用于“新阳光计划”中氢能发电技术的研发。现阶段,储氢合金材料的种类比较多,主要有稀土类、镁镍类以及钛铁类等。随着石油、天然气等燃料的开采量持续不断的增加,化石能源日益枯竭,这就迫切地需要寻找和研发新型能源来替代化石能源。其中,核能是一种可以替代石油和天然气作为动力燃料且比较理想的新能源,也是开发潜能巨大的一种清洁能源,各国在核能领域都不甘落后,纷纷加大对其的研发力度,以期在世界新能源市场上占据一席之地。据有关部门统计,截至目前核能的发电量已经占世界总发电量的20%左右。现在,核能技术日益成熟,通过纳米技术将纳米分子材料均匀分布于核材料表面,能大大的提升核材料的利用效率。

  目前,在制造高性能稀土永磁材料过程中,粉末冶金技术占据着重要的地位,通过利用纳米技术对现有的技术工艺来优化,能大大的提升磁材料的综合性能,提升其在市场上的受欢迎程度。

  能源材料对能源领域的发展具有重大作用,是能够很好的满足节约能源要求的重要材料,对建立新能源体系有关键作用。这些材料按照一定标准,可大致分为储能材料和新能源材料2大类。

  粉末冶金是一种材料冶炼工艺,主要使用在在机械、化工、航天等领域。传统的粉末冶金技术存在诸多问题,如冶炼出的产品温度不均匀、变形、有气泡、强度不高等问题,这样一些问题极大地限制了该技术应用的范围,导致其不能在更大范围应用。另外,用粉末冶金技术制造零件,成本比较高。而通过引进纳米技术不但可以有效解决以上问题,还能够更好的降低生产成本。

  纳米技术以现代先进科学技术作为发展的基础,是现代科学和技术相结合的产物,纳米科学技术不仅催生了一大批现代行业,也为一些传统行业注入了活力。纳米技术应用于很多材料中,能改善原有材料的性能和制造工艺,在粉末冶金中的应用尤其突出。

  20世纪初,人们就开始用磁性材料记录信息。1941年,人们才开始用磁粉作为磁记录的媒介材料。20世纪80年代以来,人们不断对磁性记录材料来研究,增加了新型磁记录材料的种类,也大大促进了磁记录技术的发展,滋生了磁性材料市场,市场对磁带以及计算机的磁性记录信息存储器的需求持续不断的增加。进入21世纪,随着纳米技术的成熟,纳米技术也被应用到了磁记录材料的制作中。利用分散剂将纳米颗粒分布在磁性材料的表面,从而改变其表面的性质,这些磁性材料与传统的磁性材料有很大的不同,显而易见的区别是:磁粉材料是以纳米粒子的形式在有机介质中存在,将磁粉沉积成为磁膜的状态后使用。另外,磁粉还在磁头材料中大量应用,磁头主要的功能是对现有的信息来加工处理,具体表现为:第一,记录音频、视频、文字资料;第二,对信息进行重读,根据自身的需求进行回放;第三,可以抹除原有的信息,尤其是没有使用价值的的信息。目前,铝硅铁合金和铝铁合金是制作磁头主要2种材料;此外,一些铁氧体也可以用作磁头材料,这些材料在制造中大都用到了纳米技术。

  市场需要综合性能更好的产品,这就要求必须制造出性能更优的部件,而微波烧结制成的产品具有高密度和高强度的特点。部件经过微波烧结后,其内部材料微粒分布变得更均匀,因此具备比较好的韧性。微波加热的速度比较高,一般在1m in之内就可加热到1 600℃,有些材料甚至还可以加热到2 200℃。微波烧制对陶瓷材料成型的效果更好,微波在烧制过程中可以均匀地穿透陶瓷材料,制造出的部件性能更为优异,零部件不会产生受热不均的现象,可以使部件均匀、快速的升温。同时,因为烧结时间的缩短,不但可以降低生产成本,还提高了材料的化学性能。今后,微波烧结技术将会成为一种加工陶瓷材料极为有效的方法。

  在信息领域中,粉末冶金材料主要是指粉末冶金软磁材料,软磁材料具体可以分为金属类材料和铁氧体材料2种。其中,出现和应用时间比较早的是铁氧体磁性材料,这种材料的制造技术极为有限,现阶段只能通过粉末冶金技术进行制造。在金属中,铁以及铁的合金是制作金属软磁材料的主要来源,如硅钢、磷铁和铁钴合金等。

  烧结硬化技术是一种新的粉末冶金新工艺,主要的原理是:材料在烧结过程中快速冷却,进而大幅提高产品的质量,提高其强度。这种工艺不仅可以有效地避免传统工艺导致的产品变形的缺点,还可以省去冷却环节,降低生产所带来的成本。此种工艺生产的零部件更能适应未来的发展需要。

  粉末冶金制成品具有利用传统铸造技术制造出来的产品所不具备的化学性能,这些特性只能由粉末冶金技术实现。利用粉末冶金技术可以制造一些结构复杂或者精密的复合材料或零件,具有较大的优势:①可以对数种材料同时进行复合加工,对材料的特性扬长避短,最大限度发挥各种材料的优良特性,可以生产出具备高性能的金属或陶瓷材料,但生产成本却得到大幅度降低。②可以制造出具有特殊结构和性能的产品,这是普通铸造冶炼技术无法实现的。例如,利用粉末冶金技术可以制造出多孔分离膜材料以及功能性陶瓷材料。③可以轻松又有效地利用废矿石、回收废旧金属以及冶炼残渣作为原料,是一种对材料综合利用的新型冶炼技术,可以最大限度节约资源。如平时家庭用的菜刀磨刀石,就是用粉末冶金技术制成。

  最近几年,科学家研制出流动温压成型技术,这种工艺在温压技术的基础上,通过与注射成型工艺的优点结合之后而形成。流动温压成型技术在生产中的主要环节是:将粗粉和细粉按照一定比例进行融合,融合后采用普通的温压工艺对其进行有效加工,最后经过烧结即可。在制造环节中,最主要的技术难点是如何增强混合粉末的流动性,提高制成品的性能。这种技术较传统技术有很多优势,例如可以制造出复杂形状零件和具有高密度的金属部件,还可以大大降低生产所带来的成本。

  粉末冶金技术主要包括粉末注射成型技术、温压成型技术、微波烧结技术和烧结硬化技术4种。

  粉末注射成型的材料经过了很长的发展历史,传统材料主要以铁基和陶瓷为主,在这类材料中极易产生杂质,总体性能不是很完美,已经逐渐不能适应社会持续健康发展的需要。目前,粉末冶金注射成型材料主要有钛合金和高温合金材料。成型材料的结构发生了很大变化,从单一的结构向复杂、精细的结构发展。