粉末冶金技术在新能源材料中的运用

李 上

（湖南有色金属职业技术学院，湖南 郴州 412000）

由于“可持续发展”的概念被提出，全人类开始关注环境问题、环保问题等。 可传统能源的减少和价格上涨，环境污染、破坏等，使得能源争端问题日益加剧，人们不得不开始寻找其他能源，从而开始重视新能源的研究和发开。

1 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。

2 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。

3 引进现代先进的粉末冶金材料

首先，粉末冶金材料属于信息类，主要是粉末冶金软磁材料。具体而言，它指的是金属和铁氧体材料。随着磁记录材料的研究，对粉末冶金软材料的需求得到了极大的推动。其次，能源领域内的粉末冶金材料。能源材料的不断创新和进步促进了能源的发展，主要是新能源的储存容器和新能源的运行材料。在航空航天工业中，材料的强度和硬度是重要的指标，它们突出了粉末冶金材料的稳定性和耐温性。

4 在新能源材料中有效应用粉末冶金技术的方法

（1）在风能材料中的有效应用。中国的风能非常丰富，没有污染。风力发电机的刹车片和永磁钕铁硼材料是粉末冶金技术在风能发电材料中，主要应用的两种制造材料。这与发电过程的安全性和可靠性密切相关，并在发电效率中起着至关重要的作用。风力涡轮发电机制动衬块需要高摩擦系数和低磨损率，不论在任何温度条件下都能有效的使用。对于永磁钕铁硼，系统永磁材料代替了传统的永磁材料，烧结钕铁硼就是加入了稀土粉，利用粉末冶金工艺制备而成。

（2）在太阳能材料中的有效应用。太阳能是现代新型能源中最常见的一种优质能源，清洁、干净、无污染等是其突出特点，在太阳能发热，太阳能发电等项目中得到广泛使用。这也是目前太阳能有效开发并发展壮大的两大领域，其一叫做“光伏太阳能”，其二叫做“热电太阳能”。

基于光伏太阳能领域，主要部件是光伏电池，依赖光伏效应促进太阳能有效转化为电能。太阳能光伏转换效率就目前来说还比较偏低，这也阻碍了航空航天工业的发展。在粉末冶金技术的有效应用中，我们能进行薄膜太阳能电池的生产，并且还能显着提升光电转换率。吸收板的生产与粉末冶金技术密切相关，粉末冶金技术主要用于发挥粉末对颜料和粘合剂的作用。

（3）粉末冶金技术在储氢材料中的运用。氢被认为是清洁能源和低碳和零碳能源。氢能系统储氢是关键。根据储氢方法，储氢和运输可分为三种类型：第一种类型是气体储氢技术，其中氢被压缩并储存在高压容器中。第二种类型是液态氢储存技术，其将氢气储存在液化中并将其储存在隔热容器中。第三种是固体储氢技术，即固体储氢方法，其中氢和储氢材料通过物理或化学方法结合，可有效克服气体和液体两种储存模式的不足。自2001年以来，世界能源机构已经设定了一个车辆储氢系统的目标，以创造一个可逆大容量存储容量超过5%的介质。

在20世纪60年代，存储氢的金属和合金被发现在材料王国，统称为储氢合金，具有很强的捕获氢的能力。它可以在一定的热度和压力前提下将氢分子分解成合金中的单个原子。这些氢原子进入“开槽销”中的合金原子之间的间隙，并与合金发生化学反应，形成金属氢化物。外观是氢的大量“吸收”，同时释放大量的热量。当这些金属氢化物被加热时，它们再次分解，并且氢原子可以结合形成氢分子，这伴随着明显的吸热效应。不要看储氢合金的金属原子之间的间隙，但氢储存能力远远大于氢气瓶，因为它可以像海绵一样完全排出气缸中的氢气。具体地，储氢合金相当于储氢筒重量的1/3。其体积不到钢瓶体积的1/10，然而，在相同的温度和压力条件下，氢气储存容量是气态氢的1000倍。可以看出，储氢合金是理想且方便的储氢方法。

（4）在核材料中的有效运用。核能是一种清洁和可持续的能源，被世界公认为大规模传统能源的替代能源。核电产业的发展离不开核材料，核电技术的任何突破都取决于核材料的突破。核材料包括用于重元素裂变反应堆的材料和用于氢聚变反应堆的材料。

裂变反应堆已经广泛工业化和商业化。这也决定了在核能运用上材料的重要性。人们运用粉末冶金技术，为核能的使用提供了重要的材料，例如高热流密度部件结构材料，在国际热核试验反应器中，使用弥散强化铜作为散热器，冷却线和低环径比的托卡马克中心导体材料。已经通过了与热导率，强度，高温强度和种子辐射相关的测量。并形成了相应的标准。

5 结语

新能源的开发是实现可持续发展的重要途径，它能有效的降低碳排放，降低对环境的污染，提供可使用能源的多样化，降低能源得使用成本。在新能源快速发展的过程中，新能源材料在支持新能源发展中发挥着不可替代的作用。随着新能源研究的不断发展粉末冶金技术也会随之不断的更新和发展继续为新能源的发展提供新能源材料。