粉末冶金技术在新能源材料中的应用

发布时间：2020-06-01

　　摘 要：随着科学技术、工业技术不断发展，能源紧张现象越发明显。此背景下，大部分国家均将新能源材料开发、应用作为重要发展战略。因此，为推动长期可持续发展战略实现，本文即针对粉末冶金技术在新能源材料中的应用加以分析，针对粉末冶金技术概念予以论述，并对粉末冶金技术在储氢材料、太阳能及风能等新能源材料中的应用予以讨论。

　　关键词：粉末冶金技术;新能源材料;太阳能

　　一、粉末冶金的特点

　　粉末冶金具有独特的化学组成和机械、物理性能，而这 些性能是用传统的熔铸方法无法获得的。运用粉末冶金技术 可以直接制成多孔、半致密或全致密材料和制品，如含油轴 承、齿轮、凸轮、导杆、刀具等，是一种少无切削工艺 [1]。 ①粉末冶金技术可以最大限度地减少合金成分偏聚，消 除粗大、不均匀的铸造组织。在制备高性能稀土永磁材料、 稀土储氢材料、稀土发光材料、稀土催化剂、高温超导材料、 新型金属材料(如 Al-Li 合金、耐热 Al 合金、超合金、粉末 耐蚀不锈钢、粉末高速钢、金属间化合物高温结构材料等) 具有重要的作用。②可以制备非晶、微晶、准晶、纳米晶和 超饱和固溶体等一系列高性能非平衡材料，这些材料具有优 异的电学、磁学、光学和力学性能。③可以容易地实现多种 类型的复合，充分发挥各组元材料各自的特性，是一种低成 本生产高性能金属基和陶瓷复合材料的工艺技术。④可以生 产普通熔炼法无法生产的具有特殊结构和性能的材料和制 品，如新型多孔生物材料，多孔分离膜材料、高性能结构陶 瓷磨具和功能陶瓷材料等。我们常见的机加工刀具，五金磨 具，很多就是粉末冶金技术制造的。

　　二、新能源的定义与特点

　　新能源，也称为非常规能源，是指除传统能源外的所有类 型的能源。指刚刚探索过或正在积极研究和实施的能源，如太 阳能，地热能，风能，潮汐能，生物质能，氢能和核聚变能等。 新能源的碳排放低或者为零，这对保护环境来说非常重要。

　　三、粉末冶金技术介绍

　　粉末冶金是一种具有传统传统熔铸工艺无法获得的、独特的物理化学性质的技术工艺。粉末冶金通过制备金属粉末能够做出半致密或者完全致密的工艺品，不仅包括金属，现如今许多3D成型的制品均由粉末冶金技术制成。与传统工艺相比，不需要切削便可制造出刀具、齿轮等还有更多精密成型的工具。 粉末冶金技术具有四个主要的特点。首先，粉末冶金能够传统工艺制造工具时出现的合金偏聚现象，这是由于其能够在制备之前制备出合金的粉末，从根本上解决合金偏聚的发生。其次，粉末冶金技术还能够制备出一些晶体，比如非晶、微晶等高性能非平衡材料，这些材料在电学、力学、磁学等领域具有超高的价值。再次，粉末冶金技术还能够实现多种类型材料的复合，例如金属-陶瓷材料的复合，这是一种极其低成本高性能的进行材料复合的工艺技术。最后，它还能够制备出普通传统工艺无法制备的特殊结构、特殊材料的工艺制品，在我们的生活之中，许多机加工刀具、五金模具实际中就是由粉末冶金技术制备的。

　　四、新能源的定义和特点

　　新能源是除了传统的能源例如水、石油、天然气等人们日常使用的为人熟知的能源以外的或者还在研究中和制备中的、未来能够最为某一种传统能源替代品进入人们生活的能源。比如说我们经常提到的太阳能、氢能、核聚变能等等，都属于新能源。这些新能源对于环境保护、节约能源来说十分的重要，如果我们能够很好的加以利用，它们必然能够发挥自身优势，为人们的生活，为地球的环境等等做出贡献。 五、粉末冶金技术的引进与使用 前文已述，粉末冶金技术的诸多优点，不论是制造生活所用的刀具，抑或是制备具有良好性能，难以制备的具有超高力学性能的晶体，对它来说都不再话下。对于粉末冶金技术所需要的粉末冶金的材料是属于信息类的一种材料，主要是软磁材料。

　　随着一些科研学家在进行科研等活动中运用到的磁记录材料的需求的增多，粉末冶金技术也越来越变得不可或缺，极大的满足了人们的需求。同时，粉末冶金技术在能源领域也发挥着作用，对着新能源的不断创新和发展，对于新能源的储存和运行都需要粉末冶金技术材料的支持。

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　　六、粉末冶金技术在新能源材料中的应用

　　6.1 储氢材料

　　氢为一类典型的低碳清洁能源。针对氢能系统而言，储氢为关键点。通常意义上，储氢可分为固体储氢技术、液态储氢技术、气体储氢技术三种，其中气体储氢技术即为将氢予以压缩后放置高压容器中;液态储氢技术即为，将氢气液化，放置于隔热容器中;固体储氢基础即为，借助化学手段，或物理手段实现氢的存储。上世纪60年代储存氢的合金、金属已被发现，并被称作储氢合金，捕氢能力较强，在一定热度及压力条件下，可将氢分子分解为合金中的单个原子。分解完成的氢原子可进入“开槽销”中合金原子间缝隙，通过化学反应生成金属氢化物。金属氢化物经加热后可被再次分解，氢原子可结合为氢分子，此过程中伴随较为强烈的吸热效应。若不过度考虑储氢合金金属原子间间隙，氢储存能力优于氢气瓶，储氢合金可将气缸中氢像海绵一样予以释放，同氢气瓶相比，储氢合金为一类最为理想且便捷的储氢方式。而粉末冶金工艺对于储氢合金的制造相比较其他工艺，具有很大的优势，不仅工艺灵活，可以在保证优越性能的前提下，提高生产效率，降低生产成品。

　　6.2 太阳能

　　太阳能光电电池在光电太阳能领域实则为典型的半导体二极管，利用光伏效应，实现太阳能-电能的转化。太阳能光电电池对太阳光的转化效率现已成为此行业未来发展重点。但实际上需注意的是，今后较长一段时间范围内，世界范围内所生产的太阳能电池均会面临光电转化率低下的问题，此也为对太阳能应用前景形成制约的核心因素。目前，借助将粉末冶金技术应用至太阳能电池制造过程中，光电转换率明显提升。传统太阳能电池中，须应用厚度为350μm-450μm的硅材料，但此材料的应用不仅使得光电转化率降低，且应用硅材料自身便为一项严重浪费资源行为。此厚度的硅材料应用至太阳能电池制造中，除可对光电转化率造成直接影响外，所创造的经济效益也较低。而借助粉末冶金技术所制作的多晶硅薄膜则可对上述问题有效解决。粉末冶金技术除可应用至太阳能电池方面，在太阳能热电技术中也可得到良好应用效果。

　　6.3 风能材料

　　中国地处季风与信风气候帶，具备丰富风能资源，且风能资源为一类无污染的新能源。纵观风能发电材料，如风电机组中的永磁钕铁硼材料及制动片均需利用粉末冶金技术方可制作。针对风力电机而言，上述两种材料为保障风力发电可靠性及安全性的主要影响因素，并可对风力发电的最终效率产生影响。风能发电机中所应用的制动片对磨损率、摩擦系数均具备严格要求，并要求制动片需具备良好力学性能。针对永磁钕铁硼材料而言，目前价格较为低廉的稀土永磁材料现已被广泛应用，传统永磁材料被替代。钕铁硼烧结过程中所添加的稀土粉也为经粉末冶金技术制作而成。

　　七、结语

　　新能源的开发对于环境保护节约资源有着十分深远的影响，而新能源的使用离不开新能源材料，制备新能源材料将是新能源运用的关键所在，如今粉末冶金技术的出现，为新能源的使用提供了极大的方便，让新能源在未来发挥其优势为人类环境和资源发挥作用。 参考文献 [1]黄虹. 粉末冶金技术在新能源材料中的应用[J]. 科技创新与应用,——论文作者：吴云赫 1 黄钟晗 2