粉末冶金技術(shù)在新能源材料中應(yīng)用分析

【摘要】目前，我國(guó)科技在不斷的進(jìn)步，能源需求不斷增加，然而僅僅依靠傳統(tǒng)能源的開發(fā)，很難滿足整個(gè)社會(huì)的需要，同時(shí)，也對(duì)環(huán)境產(chǎn)生威脅，不利于可持續(xù)發(fā)展。只有積極研發(fā)新能源，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)能源危機(jī)的有效緩解。粉末冶金應(yīng)用新型材料，形成合成技術(shù)，推動(dòng)新能源材料的有序發(fā)展。文章分析了粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】粉末冶金技術(shù)；新能源材料；應(yīng)用

引言

粉末冶金成形工藝是一項(xiàng)集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、髙效最終成形、少污染的先進(jìn)制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進(jìn)入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。粉末冶金是一種先進(jìn)的金屬成型技術(shù)，是金屬及其它粉末通過加工壓制成型、燒結(jié)和必要的后續(xù)處理制成機(jī)械零部件和金屬制品的髙新技術(shù)。其中金屬注射成形技術(shù)由陶瓷零件的粉末注射成形技術(shù)發(fā)展而來，也是一種新型的粉末冶金成形新技術(shù)。由于其具有節(jié)能省材、高效、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，已受到廣泛采用，并具有很大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景。

1粉末冶金的概念

粉末冶金是一種歷史悠久的冶煉技術(shù)。在我國(guó)古代，人們就已經(jīng)掌握了冶煉生鐵的技術(shù)。18世紀(jì)，歐洲人在制造鉑金的過程中就采用了粉末冶金技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，粉末冶金技術(shù)得到了更快的發(fā)展，現(xiàn)代新的粉末冶金材料在不斷涌現(xiàn)，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，如在國(guó)防軍工、汽車、機(jī)械制造、家用電器等行業(yè)的應(yīng)用。粉末冶金是利用金屬或合金粉末經(jīng)成形、燒結(jié)工藝而制備出材料或零件。常用的金屬或合金有青銅、不銹鋼、鐵、鎳、鈦、鎢、鉬、難熔金屬化合物粉末冶金材料、磁性粉末冶金材料等。由于制備工藝的特點(diǎn)，零件表面與內(nèi)部布滿了孔隙，是一種多孔結(jié)構(gòu)材料。而在實(shí)際應(yīng)用這些粉末冶金材料制備的產(chǎn)品零件時(shí)，需要在表面進(jìn)行電鍍、涂裝等處理，通過表面涂鍍層提供有效的防護(hù)（防腐蝕），才能保證這類零部件材料的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。而電鍍或涂漆的前處理過程接觸到一些酸（除銹、活化）、鹽等成分，并且會(huì)殘留到粉末冶金零件的孔隙內(nèi)部，當(dāng)電鍍層或者油漆層覆蓋后，可能過一段時(shí)間，這些殘留的成分與鍍層或者涂層的孔隙相互作用，導(dǎo)致零件表面出現(xiàn)銹蝕或者出現(xiàn)鍍層、涂層的局部起泡、剝離等現(xiàn)象。

2粉末冶金技術(shù)在新能源材料中的應(yīng)用

2.1粉末冶金技術(shù)在太陽(yáng)能中的應(yīng)用

太陽(yáng)能突出的特點(diǎn)是清潔性，是新型能源的一種，被商界所看好，開發(fā)價(jià)值巨大。當(dāng)前，在太陽(yáng)能領(lǐng)域，主要的發(fā)展方向?yàn)楣怆娞?yáng)能與熱電太陽(yáng)能，形成發(fā)展趨勢(shì)。立足光電太陽(yáng)能領(lǐng)域。其主導(dǎo)作用的部件為光電池，也就是半導(dǎo)體二極管，依靠光伏效應(yīng)，促使太陽(yáng)能有效轉(zhuǎn)化為電能。目前，太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化效率較低，對(duì)航天事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生阻礙。在粉末冶金技術(shù)的使用下，能夠有效進(jìn)行薄膜太陽(yáng)能電池的制作，光電轉(zhuǎn)化率得以顯著提升。同時(shí)，粉末冶金技術(shù)也研發(fā)了多晶硅薄膜，代替了傳統(tǒng)的晶體硅，光電轉(zhuǎn)化率大幅提升。另外，粉末冶金技術(shù)與太陽(yáng)能熱電技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了融合。當(dāng)太陽(yáng)進(jìn)行地表照射之后，為了達(dá)到對(duì)光熱技術(shù)的有效收集，需要發(fā)揮吸收板的功能。而吸收板的制作與粉末冶金技術(shù)息息相關(guān)，主要應(yīng)用了其成型技術(shù)，發(fā)揮粉體在色素和粘結(jié)劑方的作用，而后混合，形成涂料，涂于基板之上。這也充分體現(xiàn)了粉末冶金技術(shù)在成型技術(shù)方面優(yōu)勢(shì)更加突出。

2.2粉末冶金技術(shù)在風(fēng)能材料中的應(yīng)用

風(fēng)能同太陽(yáng)能一致，具有不枯竭且極度清潔的特點(diǎn)，而且不排放污染。而在風(fēng)能的利用中，有風(fēng)電機(jī)組中的制動(dòng)片和永磁釹鐵硼材料需要用到粉末冶金技術(shù)。這兩項(xiàng)材料與風(fēng)能發(fā)電的安全性能緊密相連，結(jié)合了粉末冶金技術(shù)進(jìn)行制作的材料，能夠大大提高風(fēng)力發(fā)電的效率。2.3粉末冶金技術(shù)在鋰離子電池材料中的應(yīng)用在鋰離子電池負(fù)極材料方面，人們經(jīng)過諸多研究，終于發(fā)現(xiàn)具有高倍率和高安全性特點(diǎn)的錫基合金材料及納米Sn基合金-碳復(fù)合材料等，這些材料的制作都離不開粉末冶金技術(shù)。粉末冶金技術(shù)通過制粉技術(shù)的發(fā)展，幫助鋰離子電池的正負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了廣泛的工業(yè)化和規(guī)?；l(fā)展，同時(shí)提高了材料的安全性能。

2.3粉末零件壓制的數(shù)值仿真技術(shù)

粉末體是由完全致密的粉末顆粒所組成的非連續(xù)體。在壓制力作用下，充填在模具內(nèi)的粉末顆粒發(fā)生彈塑性變形、顆粒間發(fā)生相對(duì)摩擦滑動(dòng)，粉末體的體積減小而相對(duì)密度增大。壓制力對(duì)粉末體的做功主要消耗于粉末顆粒的彈塑性變形和包括粉末顆粒之間、粉末顆粒與模具壁面之間的摩擦。利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真可以得到粉末壓制過程中的所有宏觀力學(xué)參數(shù)以及壓制坯中的應(yīng)力應(yīng)變分布、密度分布、溫度場(chǎng)及粉末顆粒變形等信息。建立準(zhǔn)確的描述粉末材料流動(dòng)行為的數(shù)學(xué)模型是粉末壓制數(shù)值仿真的基礎(chǔ)，該數(shù)學(xué)模型需要體現(xiàn)以下三個(gè)變形特性：壓制變形時(shí)體積減小，但質(zhì)量不變；流動(dòng)應(yīng)力隨粉末體的相對(duì)密度變化而變化；粉末體屈服行為受靜水壓力的影響。

結(jié)語(yǔ)

近10年來，隨著中國(guó)制造取得巨大進(jìn)步，粉末冶金摩擦材料獲得快速發(fā)展，在高端制造，如高鐵、重載車輛、風(fēng)力發(fā)電、自動(dòng)變速箱等行業(yè)獲得突破，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷，節(jié)省了大量外匯，但距離實(shí)現(xiàn)發(fā)達(dá)國(guó)家高精尖裝備的要求仍存在一定距離，特別是原材料的優(yōu)化、工藝技術(shù)的創(chuàng)新、摩擦磨損機(jī)理的研究等關(guān)鍵問題仍需進(jìn)一步探索，還需要與高速壓制技術(shù)、復(fù)壓復(fù)燒等工藝進(jìn)行交叉復(fù)合，以實(shí)現(xiàn)更多的技術(shù)創(chuàng)新。因此，不僅要從化學(xué)、物理與應(yīng)用材料等一系列方面加大研發(fā)力度，以實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換率的提升與建造成本的降低，還要加大電子、電氣、控制與信息等多個(gè)方面的技術(shù)攻關(guān)力度。

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