现代粉末冶金材料和技术发展现状(一)

第29卷第3期 2OO7年5月 上海 金属 SHANGHAIMETALS V01．29．No．31 May，2OO7 现代粉末冶金材料和技术发展现状(一) 黄伯云易健宏 (中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083) 【摘要】 概述现代粉末，台金材料和技术的发展现状。介绍了传统粉末冶金材料与先进 粉末冶金材料的基本特性、应用情况及发展趋势，较系统介绍了机械合金化、粉末注射成 形、温压成形、喷射成形、微波烧结、放电等离子烧结、自蔓延高温合成’、烧结硬化等新技 术的研究与开发状况。内容分(一)、(二)两部分，分两期发。 【关键词】 粉末冶金．材料粉末冶金．技术发展现状 CUI己RENTDEVELoPMENToFMODERNPoWDER NⅡ￡TALLURGYⅣ【ATERIALSANDTECHNOLOGIES(I) HuangBai)mnYiJianhong (StateKeyLabomtoryofPowderMetallurgy，CentralSouthUniVersity) 【Abstmct】，11lecurrentdevel叩mentofmodempowdermetallurgymaterialsaIldtechnolo百es w鹊reviewed．ThebaLsiccharacteristics，applicationsanddevel叩mentaltrendoftmditionalandadvanced powdermetallurgymaterialswerealsointmduced．Meanwh订e，tlleresearchanddeVelopment0fnew powdermetallurgytechn010舀es，suchasmech锄icalaUoying，powderinjectionmolding，wam coInpaction，spmyfomlillg，Illicmwavesinteling，sparkplasmasimering，senpmpagationhigh- tenlperaturesymhesis，sinterhardening，werealsodescribed．Theanicleisissuedintwoparts． 【Keywords】PowderMetallurg)r．Materials；PowderMetallurgy．Techn0109)，；current DeveloDmem 1 引言 粉末冶金是一门既古老又现代的材料制备技 术。古代炼块铁技术和陶瓷制备技术是粉末冶金 的雏形；18。19世纪欧洲采用粉末冶金法制铂， 是古老粉末冶金技术的复兴和近代粉末冶金技术 的开端；20世纪，粉末冶金进入蓬勃发展时期， 各种新材料和新技术层出不穷。至今，粉末冶金 已成为新材料科学和技术中最具有发展活力的领 域之一‘¨。 粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或 金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经 过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各 种类型制品的工艺技术乜】。粉末冶金的发展曾给 人类社会带来一些重要变革，如，1909年用粉 末冶金制造的钨丝装配成白炽灯，给人类带来了 光明；20世纪20年代典型的粉末冶金制品硬质 合金问世，使金属切削效率提高了几十倍，引起 了机械加工的一次革命；含油轴承的普遍使用引 起了机械和机械制造业的变革和进步b1。随 着全球工业化的蓬勃发展，粉末冶金行业发展迅 速，粉末冶金技术已被广泛应用于交通、机械、 电子、航天、航空等领域。 2粉末冶金材料 粉末冶金技术具有显著节能、省材、性能优 异、产品精度高且稳定性好等一系列优点，适合 于大批量生产。此外，部分用传统铸造方法和机 械加工方法无法制备的材料和难以加工的零件也 可用粉末冶金技术来制备，故而备受工业界的重 视。 2．1传统粉末冶金材料 作者简介：黄伯云，男，中国工程院院士，中南大学教授，博士生导师；易健宏，男，中南大学教授，博士生导师 万方数据 2 上 海金属 第29卷 2．1．1铁基粉末冶金材料 铁基粉末冶金材料是最重要的粉末冶金材料 之一，特别是汽车行业的快速发展对铁基粉末冶 金行业起了很大的推动作用。表1所列为世界部 分国家单辆汽车使用的粉末冶金零件的情况统 计H1。根据国家统计局统计的数据，我国汽车产 量2003年达到400余万辆，2004年达到507万 辆左右，2005年达到575万辆，到20lO年，将 可能突破1000万辆。可见汽车用粉末冶金零件 具有很大的市场需求量。 此外，诸如家用器具、农业机械、电动工 具、文体休闲器材等领域也广泛应用铁基粉末冶 金零件。表2所列为常规铁基粉末冶金材料的基 表1 中、美、日、西欧平均每辆汽车使用的 粉末冶金零件用量统计 (单位：kg，辆) 表2 常规铁基粉末冶金材料的基本用途 应用领域 用 途 播种机中用的浮动凸轮、36齿从动链轮；条播机 的槽式强制下种组合件的供种子滚筒与闭合器，行 通用机械星齿轮组件；拖拉机中的油泵齿轮；195柴油机中 的平衡齿轮、调速齿轮、凸轮轴齿轮、起动齿轮、 曲轴正时齿轮 家用冰箱与空调器的压缩机中的连杆，活塞，阀 家用电器蓑噙?萎萎慧矗黑篙嚣磊慧 齿轮和齿条齿轮；洗涤机中的水泵叶轮 电动工具中使用的凸轮、杆件、平衡块、轴承、轴 承座、离合器、转子、缸套、侧板、叶片及卡盘夹 电动工具爪；手电钻、线锯、修剪机、冲击改锤中的直齿 轮、伞齿轮、端面齿轮、小齿轮、螺旋齿轮、齿轮 组件、棘轮 液压件，诸如各种齿轮泵，转子泵，轴向柱塞泵， 其他应用芝辜了乌篓霎墓蓑了裹薯耋耋芸誓二套了茎塞：兰 座及滑靴；叶片泵的阀板、凸轮环等 本用途。 2．1。2铜基粉末冶金材料 烧结铜基零件具有较好的耐蚀性、表面光洁 及无磁性等优点。铜基材料主要有烧结青铜(锡 青铜和铝青铜)、烧结黄铜、烧结镍银和烧结铜 镍合金，此外还有弥散强化铜(如cu—A120，)、 烧结时效强化铜合金(cu．Be、cu．Be．co和cu．Cr 合金)以及用于减震的烧结Cu．Mn合金。粉末 冶金工业中铜的使用，可追溯到20世纪20年 代。当时多孔性青铜含油轴承正在商品化，这些 含油轴承是最早使用的多孔性粉末冶金零件。目 前含油轴承占粉末冶金铜和铜合金应用的大部 分，表3所列为烧结青铜含油轴承的应用情况。 铜基粉末冶金材料的其它重要应用还包括摩擦材 料、电刷、过滤器、机械结构零件、电工零件、 铁粉添加剂、催化剂、油漆和颜料等。 表3烧结青铜含油轴承的应用 领域 应用 起动机、照明发电机、油泵和水泵、风挡刮 汽车零件 水器、防护罩和窗玻璃提升器、加热器、空 调器、电动天线、电动座椅调节器 家用电器 鎏粪?毫秦嚣机、洗衣机、缝纫机、真空除 农场和草坪设拖拉机、联合收割机、拾棉花机、剪草机、 备 绳锯切割机、链锯 电子消费品 电唱机、自动换盘片器、磁带录音机 商务机械 打印机、计算机、复印机 工业设备 羹?昙柔包装机、电扇、手提电动工具、钻 2．1．3难熔金属与硬质合金 (1)难熔金属 难熔金属(钨、钼、钽、铌等)及其合金、 复合材料以其高熔点、高硬度、高强度等独特的 物理与力学性能而广泛应用于国防军工、航空航 天、电子信息、能源、防化、冶金和核工业等领 域。 难熔金属钨最早用于白炽灯的灯丝，逐步发 展成为硬质合金、钨铜触头材料、w．Ni．Fe、W． Ni．Cu高密度钨合金、钨单晶、钨丝、钨棒、钨 材、钨板，形成了一个较为完整的钨制品体系。 万方数据 第3期 黄伯云等：现代粉末冶金材料和技术发展现状(一) 3 钼用来作为发热体、隔热屏、飞船蒙皮及导向片 等。此外，具有很好高温性能的掺杂钼(H】m)， 其再结晶温度高达1800cc，即使在再结晶以后 仍有一定的强度和塑性。钨、钼作为优异的高温 炉发热体、隔热屏、冶炼稀土用的坩埚和支撑件 已得到广泛运用。大型钨、钼管以及钼电极、芯 杆、料舟等已成功地取代铂在玻璃及玻纤行业中 取得了巨大的社会经济效益。钽、铌耐腐蚀，高 温稳定性好，氧化膜电性能好，冷加工性能好， 广泛用作电容器、合金钢和硬质合金的添加剂； 铌合金具有良好的抗血液腐蚀能力，可制作血管 支架。 (2)硬质合金 硬质合金是指以一种或多种难熔金属的碳化 物(如碳化钨、碳化钛等)作为硬质相，用金属 粘结剂作为粘结相，经粉末冶金技术制造出来的 材料。硬质合金广泛用作切削刀具、矿用刀片和 异型件，已成为现代工业部门和新技术领域不可 缺少的工具材料，被誉为“现代工业的牙齿”。 以钴粘结的碳化钨基硬质合金是最典型的一 类，于1926年由德国克虏伯公司首先生产。此 外，钢结硬质合金也得到了快速发展，它最早于 20世纪60年代初期在美国出现，其组织特点是 硬而耐磨的硬质相均匀分布于钢基体中，钢基体 赋予合金良好的加工特性，而硬质相则使合金的 硬度和耐磨性能大幅度提高。因此，钢结硬质合 金兼有硬质相和钢的优点，其综合性能处于普通 硬质合金和钢之间№-。 大约在20年前，硬质合金产品主要是细、 中、粗三种，之后亚微米晶粒硬质合金开始得到 商业化应用。约在1990年以后，超细晶粒硬质 合金开始得到商业化应用；与此同时，形成了纳 米晶粒硬质合金的研究热潮。细晶粒硬质合金快 速发展的原因是人们发现当wC晶粒减小到亚微 米尺寸后，硬质合金具有一些很好的使用性 能"1。近年来，超粗晶粒硬质合金的研究逐渐开 展，并已经有商业化应用。此外，功能梯度硬质 合金材料也得到了广泛关注。这类材料可分为成 分梯度和结构梯度两类。成分梯度可以是粘结相 成分梯度也可以是硬质相成分梯度；结构梯度主 要是硬质相晶粒度梯度¨1。 2．1．4粉末冶金电工材料 在电器、仪表及电工技术中，广泛应用于各 种分断和接通电路的电接触元件、电阻焊用的电 极以及电机上用于转换电流的电刷。在无线电技 术中，普遍使用各种难熔化合物制成的各种固定 电阻器。在真空技术中使用各种电子管阴极制 品、各种电加热元件和热电偶材料。以上这些材 料常常采用粉末冶金技术制造，统称为粉末冶金 电工材料。 1921年，Gebauer首先研制成功Ag．w触头 材料，但是直到20世纪30年代才得到工业应 用，主要用于低压线路保护电器。粉末冶金Ag． w合金和Ag．Ni合金分别于1935年和1939年问 世。1940年出现的粉末冶金Ag．cdO材料，以其 优良的耐电磨损性和抗熔焊性获得广泛应用。真 空电器的高速增长又促使其核心部件一真空电触 头材料进一步发展。此外，由于石墨具有较好的 滤滑性和抗熔焊性，它不仅成为滑动型电触头材 料的重要组成，而且也用来加入到其它系列的电 触头以降低和避免熔焊的发生∽o。 电触头材料可以由熔炼加工方法或者粉末冶 金方法制取。单质金属和合金材料，如银、铜及 贵金属等的金属和合金主要通过熔炼加工方法制 取。而某些特殊的金属和合金，特别是大量的金 属复合材料，则往往需要采用粉末冶金方法制 取，如纯钨、钨合金、钨与银、铜组成的复合材 料、多数的银基复合材料及含有石墨的复合材料 等。 电刷是在电动机和发电机中用来转换和传导 电流的一类零件。除鼠笼式感应电机外，其它电 机都要使用电刷。电刷是电机的重要组成零件， 其质量的好坏直接影响电机的使用性能。按形状 分，电刷主要有薄片、圆棒及圆筒三种形式。按 成分及制造工艺和应用范围的不同，电刷材料又 可以分为三类：石墨电刷、电化石墨电刷、金刚 石．石墨电刷。 2．1．5烧结摩擦与减摩材料 (1)摩擦材料 以提高摩擦磨损性能为目的，用于摩擦离合 器与摩擦制动器的摩擦部分的材料称为摩擦材 料。换句话说，摩擦材料是指积极利用其摩擦特 性，用于摩擦离合器和摩擦制动器中，实现动力 的传递、阻断、运动物体的减速、停止等行为所 万方数据 4 上 海金属 第29卷 用的材料。摩擦材料是用于摩擦式离合器和制动 器的关键材料。而离合器和制动器是作传递扭矩 及制动用的，是保证机械和机器安全工作的重要 部件。随着机器的功率、速度和载荷增高，对摩 擦材料提出了更高的要求。烧结摩擦材料按基体 材料类型主要有铁基和铜基，其次是铁一铜基、 镍基和钨基。在这些材料中，起粘结作用并使材 料具有结构强度的基体金属组元分别为铁、铜、 铁．铜、镍和钨。 用粉末冶金技术制造摩擦材料已有70多年 的历史。1929年，施瓦尔茨科普夫首先提出用 粉末冶金技术制造铜基摩擦材料。在中国，特别 是在1965年后，粉末冶金摩擦材料的科研、生 产得到了迅速发展。迄今，中国已有数十个具有 一定生产规模的生产企业，年产摩擦制品约850 万件，广泛应用于飞机、船舶、工程机械、农业 机械、重型车辆等领域，基本满足了中国主要主 机配套和引进设备摩擦片的备件供应和使用要 求。 (2)减摩材料 烧结减摩材料是用粉末冶金方法制造的、具 有低摩擦系数和高耐磨性能的金属材料或金属和 非金属的复合材料。这种材料由一定强度的金属 基体和起减摩作用的润滑剂所组成。由于粉末冶 金方法可在较大范围内调整基体和减摩剂的成分 及含量，这种材料具有良好的自润滑性能，因而 其应用范围比一般铸造金属或塑料减摩材料广 泛，能在缺油甚至无油润滑的于摩擦条件下，或 在高速、高载荷、高温、高真空等极限润滑条件 下工作㈨。 烧结减摩材料可以分为多孔自润滑材料和致 密减摩材料两大类。前者有各种含油轴承；后者 有粉末铜铅轴瓦。在减摩材料开发方面，已研制 出多孔含油轴承、双层多层轴承(套、瓦)、Ni —Cr—c和金属石墨材料(石墨)动密封材料、 金属一塑性复合的自润滑减摩材料、碳化硼气体 动压轴承材料以及高温真空自润滑轴承保持器材 料等，它们广泛应用于航天、航空、电子、交通 运输、各种仪器仪表、机械等领域¨1。。 2．2先进粉末冶金材料 2．2．1信息领域用粉末冶金材料 粉末冶金软磁材料按材质分类u引，可分为 金属软磁材料和铁氧体软磁材料。铁氧体软磁材 料出现较早，是一种只能用粉末冶金烧结方法制 造的软磁材料。人们期望烧结软磁材料具有高的 磁导率和饱和磁化强度或剩磁以及低的矫顽力， 压粉磁芯或磁粉芯属于这一类材料u引。金属软 磁材料主要是铁及其合金，其中有纯铁、磷铁、 硅钢、铁镍合金、铁钴合金、铁铝合金和铁铝硅 合金等。铁氧体软磁主要有锰锌、镁锌、镍锌铁 氧体软磁材料。 磁记录的发展已有100多年的历史。但是用 磁粉作为磁记录介质是从1941年才开始的。20 世纪70年代以来，在改造原磁记录技术及材料 的同时，开拓了新型磁记录材料及磁头材料，发 展了磁记录技术，确定了磁泡存储器作为中等容 量、性能稳定的存储器的地位。磁带和计算机数 字存储用磁带及磁盘已成为一个巨大市场。它们 是作为硬磁材料来应用的，但是与传统的硬磁材 料不同，主要区别在于：这些材料不是主要以块 材形式应用，而是作为粒子弥散在有机介质中， 或者是沉积成膜状态使用。除了磁记录介质外， 还有磁头材料。磁头的基本功能是与磁记录介质 构成回路，对信息进行加工，包括记录(录音、 录像、录文件)、重放(重读信息)、消磁(抹除 信息)3种功能。用作磁头材料的磁性合金有钼 坡莫合金、铝铁合金、铝硅铁合金；此外，镍锌 铁氧体和锰锌铁氧体也广泛用作磁头材料。 与此同时，粉末冶金技术也是制造高性能稀 土永磁材料的主要技术途径，采用该技术制造的 高性能钕铁硼、高温钐钴已在军民两大领域获得 广泛应用；我国已成为世界上最主要的稀土永磁 材料生产国u3。。 2．2．2能源领域用粉末冶金材料 能源材料是指那些正在发展的、可能支撑新 能源体系的建立，满足各种新能源以及节能新技 术所要求的一类材料。按使用目的可分为新能源 材料、节能材料和储能材料。 氢能的储存是氢能应用的前提，进入20世 纪90年代以来，许多国家对储氢材料的研究极 为重视。例如，美国能源部在全部氢能研究经费 中，大约有50％用于储氢技术。日本已将储氢 材料的开发和利用技术列入1993～2020年的 “新阳光计划”，其中氢能发电技术(高效分解水 万方数据 第3期 黄伯云等：现代粉末冶金材料和技术发展现状(一) 5 技术、储氢技术、氢燃料电池发电技术)一次投 资就达30亿美元。目前具有实用价值的储氢合 金材料主要有稀土系列、镁镍系列、钛铁系列、 钛锰系列等。 电池包括一次电池、二次电池和燃料电池。 其中一次电池主要有锌一锰电池、锌一汞电池、 锌一银电池、锌一空气电池和锂电池。二次电池 主要有铅酸蓄电池、铬一镍蓄电池、氢一镍蓄电 池和锂离子电池等。燃料电池主要有氢一氧燃料 电池，肼一空气电池等。其中大多数材料都是用 粉末冶金方法制备的。以MH，Ni电池为例，其 正极材料是氢氧化镍，负极材料是储氢合金，电 极基板材料是泡沫镍u5‘。 随着石油、煤等自然资源的日益匮乏，核能 已成为重要的清洁能源，各国竞相发展，10年 以前全世界的核电已占总发电量的17％。然而， 现在核电堆是热中子堆或中子反应堆(快堆)。 碳化硼中子俘获截面高，没有二次辐射污染，价 格低廉，是常用的中子吸收材料。据统计，1965 年前公布的83个动力堆中使用碳化硼作控制材 料的有43个，大约占50％；1971年前建立的 282个动力堆中有123个使用碳化硼，约占 43．6％[16，1引。 新能源材料是发展新能源产业的核心和基 础，其发展方向是开发绿色二次电池、氢能、燃 料电池、太阳能电池和核能的关键材料。当前的 研究热点和技术前沿包括高能储氢材料、聚合物 锂离子电池材料、质子交换膜燃料电池材料、多 晶薄膜太阳能电池材料。在这一系列材料研发 中，粉末冶金制备技术占有十分重要的地位。 2．2．3生物领域用粉末冶金材料 生物材料的研究及产业化对社会和经济的重 大作用正日益受到各国政府、产业界和科技界的 高度重视，已被许多国家列入高技术关键新材料 发展计划。美国国防部将生物材料列入新材料发 展规划中5种高技术关键材料之一。作为生物体 部分功能或形态修复的材料称为生物医用材料， 简称生物材料。生物医用材料对于挽救生命、救 治伤残、提高人类的生活质量具有重要的意义。 生物材料中的一些医用金属和合金，医用生物陶 瓷就属于粉末冶金材料。 金属及合金作为人工器官的修复和代用材料 已有100多年的历史，应用最多的是治疗运动系 统骨骼引起的疾病，如做人工关节、人工骨材 料，还有用作牙科中的人工齿根、人工牙等其它 硬组织材料，在整形外科中起着重要作用。目前 所用的医用合金主要是不锈钢、钴基合金以及钛 和钛合金。其中钛和钛合金具有良好的生物相容 性，具有与人骨接近的弹性模量，抗疲劳，耐腐 蚀，因而受到特别重视。 生物陶瓷是指具有特殊生理行为的一类陶瓷 材料，这种材料可用来构成人类骨骼和牙齿的某 些部分，可望部分和整体地修复或替换人体的某 些组织、器官，以增进其功能。所谓生物陶瓷的 特殊生理行为是指生物陶瓷必须满足下述生物学 要求：要与生物肌体相容，对生物肌体组织没有 毒副作用、刺激、过敏反应，且不会使其突变、 畸变和致癌等。生物陶瓷要具有一定的力学要 求，不仅要有足够的强度和刚度，不发生灾难性 的脆性断裂、疲劳、蠕变和腐蚀破坏等，而且要 求其弹性形变应当和被替换的组织相匹配；能和 人体其它组织相互结合，有优良的组织亲和性。 根据生理环境中所发生的生物化学反应，生物陶 瓷可分为三种类型：一类是接近于生物惰性的生 物陶瓷，如氧化铝、氧化锫及氧化钛陶瓷等，主 要用于人工肩关节、膝关节、肘关节、足关节以 及能够负重的骨杆和椎体人工骨；另一类是具有 表面活性的生物陶瓷，如致密羟基磷灰石陶瓷、 生物活性微晶玻璃等；最后一类是可降解吸收的 生物陶瓷，如类石膏陶瓷、磷酸钙陶瓷及铝酸钙 陶瓷等‘18’1引。 2．2．4军事领域用粉末冶金材料 粉末冶金材料对军事工业作出了巨大的贡 献，在国防建设中有着巨大的潜力和竞争力。粉 末冶金材料广泛用于航空航天工业、核工业和兵 器工业等军事领域。 (1)航空航天工业用粉末冶金材料 航空航天工业对材料性能的要求非常严格， 除了要求材料具有尽可能高的稳定性和比强度 外，通常还要求材料具有尽可能高的综合性能。 航空工业中所使用的粉末冶金材料，一类为特殊 功能材料，如摩擦材料、减磨材料、密封材料、 过滤材料等等，主要用于飞机和发动机的辅机、 仪表和机载设备。另一类为高温高强结构材料， 万方数据 6 上 海金属 第29卷 主要用于飞机发动机主机上的重要结构件。 作为高温高强结构材料的最典型的例子是采 用粉末冶金方法制造的发动机涡轮盘和凝固涡轮 叶片。1972年美国Pratt．whitney飞机公司在其制 造的F．100发动机上使用粉末涡轮盘等11个部 件，装在F15、F16飞机上。该公司仅以粉末冶 金涡轮盘和凝固涡轮叶片两项重大革新，就使 F．100发动机的推重比达到世界先进水平。至 1984年，其使用的粉末冶金高温合金盘超过3 万件。1997年，P&w公司以DT．PINl00合金制 造双性能粉末盘，装在第四代战斗机F22的发动 机上。 近年来，美国航空航天局G1enn研究中心的 研究人员开发出一种Cu—cr—Nb粉末冶金材料， 称为GRCop．84，可用于火箭发动机的零件。这 种新合金可在768℃(1282。F)高温下工作，并 显著节省成本。这种材料可用于制作发射地球轨 道、地球至月球及地球至火星飞行器的液体燃料 火箭发动机的燃烧室内衬、喷嘴及注射器面板 等。 此外，在航天、航空工业中，高密度钨合金 用于制造被称之为导航“心脏”的陀螺仪转子； 并可作平衡块、减震器、飞机及直升飞机的升降 控制和舵的风标配重块等；还用于自动驾驶仪及 方向支架平衡配重块、飞机引擎的平衡锤、减压 仓平衡块等。 (2)核工业用粉末冶金材料 由于核工业材料性能的特殊要求，有的只有 用粉末冶金工艺才能满足，有的则是采用粉末冶 金工艺具有更大的优越性，因此，粉末冶金材料 对于核工业有其独特的贡献。 例如，核工业采用的可裂变材料u235在天 然铀中的浓度只有0．71％，要达到反应堆和制 造原子弹要求的浓度，必须将u235和u238分离 开来，目前工业生产中大量采用的是气体扩散 法，这种方法的关键在于制造扩散分离膜，用镍 或氧化铝粉末通过粉末冶金工艺制造的扩散膜能 满足其特殊要求。 此外，对于新一代核反应堆，为加强核安 全，防止核泄漏的发生，采用粉末冶金工艺制备 的钨基高密度合金的惯性储能装置，能在事故发 生后没有任何动力的情况下维持3～5蕊n的冷却 循环，从而为事故的处理赢得宝贵的应急时间， 防止核反应堆烧穿发生核泄漏。钨合金还作为冷 核试验的模拟材料，用于核弹及核反应堆设计参 数的确定。 由于要求最有效地利用空间，军用核动力舰 船的安全和核防护就显得更为重要。因此需要性 能更好的锆、钼、钨材料。铌合金具有良好的抗 海水腐蚀能力，经多年使用的铌合金件取出时仍 光亮如新，可制作水下装置，如潜艇测深用压力 传感器、声纳探测器等。这些材料大多采用粉末 冶金工艺制备。 此外，作为核反应堆慢化剂或反射层材料的 金属铍或氧化铍，作控制材料用的碳化硼，作燃 料芯块的氧化铀、氮化铀或弥散体型的元件，核 燃料元件的包壳材料以及核废物的固化处理，目 前大多采用粉末冶金工艺制备。 原子弹、氢弹和中子弹等核武器另一重要的 杀伤力就是高能射线。而高密度物质对射线具有 良好的屏蔽作用，与中子吸收物质配合使用可收 到良好的作用。以前人们广泛采用铅作屏蔽材 料，因铅的密度为11．3g／cm3。而高密度钨合金 的密度在17g／cm3以上，因此它比铅对X射线和 7射线的吸收能力更理想。对射线的屏蔽效果是 铅的1．5倍以上，且铅材质软，而钨合金硬度较 高，是理想的核燃料储存器与防辐射的屏蔽材 料。 (3)兵器工业用粉末冶金材料 如果没有现代高密度材料制成的脱壳穿甲 弹，目前世界上较先进的MlAl坦克和T-80坦克 可以在陆地上到处如入无人之地横冲直撞㈤1。 用高密度钨合金制成动力穿甲弹是粉末冶金用于 军械方面的一个重要例子。高密度的钨合金w． Ni．Fe等系列合金，只有通过粉末冶金工艺、真 空退火和旋转锻造方法制成穿甲弹芯，以达到密 度、强度和韧性三位一体，才能有更好的穿甲性 能。另外钨基合金材料也被应用到脆性炸弹装置 上。难熔金属的许多化合物具有十分优良的综合 性能，如高硬度、耐高温、耐磨和自增强等，是 十分优良的装甲材料，并已在坦克、武装直升 机、运兵车和防弹衣中得到应用。随着科学技术 的发展，对材料也提出了日益苛刻的要求，在传 统材料已越来越不能满足这些新需求的今天，难 万方数据 第3期 黄伯云等：现代粉末冶金材料和技术发展现状(一) 7 熔材料却越来越显示出它独特的优越性，在兵器 中用作侵彻弹、集束炸弹、导弹战斗部、穿甲 弹、易碎弹、电磁炮、磁爆弹、射线武器屏蔽、 装甲材料等心¨。 目前军事部门的兴趣也集中在把粉末冶金钢 预成形件锻成近成形的武器部件和高性能的齿 轮。早在30年前，人们就用AISl4640粉末冶金 预件锻造0．5口径的M85机枪加速器。此外，大 量武器零件更适宜用粉末冶金方法制造，特别是 近年来迅速发展起来的粉末注射成形技术，在大 批量制造形状复杂的中小型零件方面具有很大的 优势，有的已用于航空、枪械零件的制造。该技 术的发展将大大拓宽粉末冶金在军工高技术领域 的应用¨·。 我国采用稀土永磁发电技术制造出用于车辆 化野营装备的1．5kw超静音电机，比传统发电 机的效率提高许多，质量却减轻了30％，较好 地满足了安全可靠、低噪音的野战化需求陋】。 表4所列为粉末冶金工艺、材料在军事工业 中的应用举例∞谢’。 表4粉末冶金材料在军事上的应用举例 参考文献 [1]韩凤麟，马福康，曹勇家．中国材料工程大典一粉末冶金 材料工程[M]．北京：化学工业出版社，2005：4—5 [2]黄培云．粉末冶金原理[M]．北京：冶金工业出版社， 1997：lO [3]邹志强，黄伯云，杨兵．粉末冶金在国民经济和国防建设 中的作用(I)[J]．粉末冶金材料化学与工程，199r7，2 (2)：107—113 [4]韩凤麟．中国(大陆)粉末冶金零件行业2004年进展[J]． 粉末冶金技术，2006，24(1)：56—59 [5]倪冠曹．汽车用粉末冶金件对铁粉的需求[J]．粉末冶金 工业，2003，13(2)：26—28 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