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粉末冶金技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论 摘要：本文主要介绍了粉末冶金技术的研究现状和发展，并介绍了粉末冶金技术在材料科学与工程专业本科教学实践中的研究和应用。认为粉末冶金技术能够在材料科学与工程专业本科教学实践中获得广泛的应用。使得学生通过粉末冶金技术制备材料的过程与材料性能分析检测的实验教学过程可以提高学生对材料科学与工程专业课程的认识和了解，并提高学生的学习能力和实践能力。 下载 关键词：粉末冶金技术 材料科学 教学实践 研究 讨论 一、前言 在材料科学与工程专业的本科教学工作中，学生在大三和大四就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过粉末冶金技术。粉末冶金技术是制备金属材料、金属合金材料以及金属基复合材料的主要方法。粉末冶金技术的基本过程是将原料粉末混合，并通过压力成型工艺制成所需要的零部件，在高温下进行烧结工艺制成烧结制品。粉末冶金技术由于可以达到净近尺寸成形，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料制备方法中都讲述过粉末冶金技术。此外还可以将粉末冶金技术作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解粉末冶金技术的过程。所以粉末冶金技术在材料科学与工程教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述粉末冶金技术的概述与应用，并讲述粉末冶金技术在材料科学与工程教学实践中的研究和讨论。 二、粉末冶金技术的概述与应用 粉末冶金工艺是制备金属合金比较常用的一种方法。以单质或合金粉末为原料，一般是先用塑性加工的方法把粉末制备成所需要的复合材料制件，然后再烧结同时实现了制件的成型。目前常用的粉末冶金法有机械合金化法、反应烧结法、预合金粉末法等。在金属间化合物基复合材料的制备中应用较多的是机械合金化法。机械合金化工艺过程是利用高能球磨机把纯金属粉末放入球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨，粉体的制备由机械合金化过程完成，块体的制备则由烧结过程实现，机械合金化工艺是一种固态反应的过程。粉末冶金技术包括热压烧结工艺，热等静压烧结工艺，常压烧结工艺等。热压烧结工艺首先将原料粉末相混合制成所需要的复合粉末，然后将复合粉末放入模具中进行热压烧结工艺，在一定的烧结温度和热压压力以及以一定的保温时间条件下进行热压烧结工艺制得致密的烧结制品。热等静压烧结工艺就是将原料粉末相混合制成所需要的复合粉末，然后将复合粉末装入金属包套中，然后将金属包套放入热等静压机中，在较高的烧结温度和较高的压力下并且保温一定的时间制备所需要的烧结制品，在热等静压烧结过程中烧结制品受到的压力从各个方向上都是相同的，所以经过热等静压烧结工艺制备出的烧结制品具有较高的致密度和较高的力学性能。常压烧结工艺首先将原料粉末相混合制备复合粉末，然后把复合粉末放入钢制模具中进行压力成型，经过压力成型可以制成具有一定形状的制品坯体，然后将经过压力成型制成的制品坯体放入高温烧结炉中进行常压烧结工艺，在一定的烧结温度和保温时间的条件下进行烧结。常压烧结工艺可以制备出形状复杂的烧结制品，具有净近尺寸成型的优点，可以用于大规模生产和实现产业化。粉末冶金技术由于制成的零部件具有较高的性能，所以粉末冶金技术被广泛的应用到工程领域中。粉末冶金工艺具有净近尺寸成型的优点，可以实现快速成型，粉末冶金工艺制造的产品质量高。所以粉末冶金技术能够广泛的应用在工程领域中。 近年来粉末冶金技术获得了飞速的发展。许多后致密化技术，即在传统的粉末冶金方法的烧结工序后增加一些致密化工序，如复压、复烧、锻造、控制挤压等，热等静压、注射成型以及机械合金化等工艺的研制成功，克服了传统粉末冶金制品由于致密性能而导致使用上的技术障碍，使粉末冶金技术得以推广和应用。到目前为止粉末冶金技术生产的制品具有高强度、高硬度，具有形状复杂，粉末冶金技术是无切削少切削零件的制造工艺又是生产新型材料的加工方法。粉末冶金技术作为一种应用比较广泛的精密成型技术，具有少切削无切削加工、材料利用率高、制造过程清洁高效、生产成本低、可制造形状复杂和难以切削加工的特点。粉末冶金技术的发展较快，随着新技术新工艺的不断涌现，粉末冶金技术作为一种精密成型技术广泛应用在工程领域中。粉末冶金技术的发展迅速，随着新技术、新工艺的出现，如粉末冶金注射成形、温压成形、流动温压成形、喷射成形、高速压制成形、微波烧结、烧结硬化等，粉末冶金技术的主要发展方向是高致密化、高性能化和集成化以及低成本化等。 三、粉末冶金技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论 在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过粉末冶金技术。粉末冶金技术同铸造工艺、焊接工艺、锻压工艺和热处理工艺一样都是材料的制备工艺技术。粉末冶金工艺同样也是热加工工艺，但是粉末冶金工艺不涉及到金属的熔化过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，关于粉末冶金技术的教学内容也比较稀少，在有些专业课程中粉末冶金技术只是作为了解，对于粉末冶金工艺的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少，所以就需要在材料专业的实践教学课程中增加一些关于粉末冶金技术的实验课程。通过粉末冶金技术的实践教学活动可以使学生认识和了解粉末冶金技术的原理，制备工艺过程以及对经过烧结工艺后得到的粉末冶金制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解，使学生的知识从感性认识到理性认识。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的专业课程设计和本科毕业设计过程中安排粉末冶金工艺的教学内容。例如采用粉末冶金工艺制备金属合金材料，可以采用两种工艺方法，一种是直接将不同种类的金属粉末相混合制备混合粉末，并将混合粉末直接放入模具中进行热压烧结工艺或热等静压烧结工艺，通过烧结工艺后就可以得到金属合金制品或零部件。另一种方法是首先通过机械合金化工艺先制备出金属合金粉末，将两种不同种类的金属粉末通过机械合金化球磨工艺制成金属合金粉末，并将制得的金属合金粉末放入模具中进行热压烧结工艺或者热等静压烧结工艺制成金属合金制品。例如制备金属间化合物材料或者金属间化合物基复合材料就需要首先采用机械合金化工艺制备出金属间化合物粉末，并通过热压烧结工艺制备出金属间化合物块材。对于常用的金属间化合物材料，就是首先通过机械合金化工艺制备出金属间化合物粉末，并将机械合金化工艺制备的金属间化合物粉末装入模具中，通过热压烧结工艺或热等静压烧结工艺制备出金属间化合物块材。对于制备金属间化合物基复合材料也需要采用粉末冶金工艺进行制备，同样也需要采用机械合金化工艺制备出金属间化合物粉末。首先采用机械合金化工艺制备出金属间化合物粉末，并将金属间化合物粉末与增强增韧相混合制备复合粉末，并通过热压烧结工艺制备出金属间化合物基复合材料。此外利用粉末冶金技术还可以制备功能材料和复合材料等先进材料。 由于粉末冶金技术不涉及到金属材料的熔化过程，粉末冶金技术操作过程比较简单，因此可以作为本科学生的课程教学实验内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科课程设计和本科毕业设计教学内容，使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握，认识到金属合金材料的制备过程，金属间化合物材料的制备过程以及金属基复合材料的制备过程等，并使得学生对粉末冶金工艺得到的制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助，为本科学生以后的本科专业课程设计和毕业设计打下坚实的实验基础。 四、粉末冶金技术在材料科学中的发展趋势与应用 粉末冶金技术由于制备工艺简单，成本较低，材料合成温度较低，所以被广泛地应用到材料的合成与制备中。利用粉末冶金技术可以开发新型的金属合金材料以及复合材料等。采用粉末冶金技术可以开发出很多种类型的金属合金粉末，也可以开发金属基复合材料等。而且现在有越来越多的研究者从事粉末冶金技术制备金属合金材料和金属基复合材料以及功能材料的研究和开发。所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。粉末冶金技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，已经成为材料科学与工程专业实践教学课程必须进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加粉末冶金技术的实验课程。 五、结论 本文主要介绍了粉末冶金技术的研究现状和发展，并介绍了粉末冶金技术在材料科学与工程专业本科教学实践中的研究和应用，认为粉末冶金技术能够在材料科学与工程专业本科教学实践中获得广泛的应用。通过粉末冶金技术对材料的制备与性能的实验教学过程，可以提高学生对材料科学与工程专业课程的认识和了解并提高学生的学习能力。所以应该在材料科学与工程专业的教学实践中加强粉末冶金技术的教学实践内容，使学生对粉末冶金技术在工程领域的研究和应用具有一定的认识和了解。 参考文献 李青虹，晋芳伟.机械专业实验课程教学改革的研究J.机电技术，2011，1：149-151 谢秀红，贾天钰.大学实验课程教学改革新探J.航海教育研究，2007，2：74-76 徐润泽.当今世界粉末冶金技术和颗粒材料的新发展J.机械工程材料，1994，18（2）：1-6 郭志猛，杨薇薇，曹慧钦.粉末冶金技术在新能源材料中的应用J.粉末冶金工业，2013，23（3）：10-20 刘爱强.粉末冶金技术发展趋势与粉末冶金工业企业发展现状J.科技风，2008（17）：13 黄世民.粉末冶金技术的应用与发展J.航空工艺技术，1999（4）：36-38