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粉末冶金技术在新能源材料中的应用

段博

摘要: 在科学技术不断发展的同时,全球也加深了对环境危害问题解决的关心程度。以煤矿和石油为代表的传统工业虽为发展起到了重要作用,但是它造成的环境污染问题也成为当前至关重要的解决问题。在这种需求背景下,全球更多的进行低污染的新能源材料的研究探索,而加大对粉末冶金技术在新能源上的运用,将有利于一个国家持续发展和生态的建设。
关键词: 粉末冶金技术;新能源材料;应用
DOI:10.12721/ccn.2022.157003
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新能源开发已经成为了大势所趋,积极顺应了时代发展的需求,而借助粉末冶金技术制作新能源能够提高效率,以此来有力地促进化工产业的可持续发展。粉末冶金技术不仅吸收了传统冶金技术的优势,而且整合了现代科学技术,积极满足现代工业的发展需求,为新能源的开发奠定了扎实的基础。

1粉末冶金技术的概念和方法

粉末冶金技术就是制取金属粉末或者将金属粉末通过一系列的工艺制作后制成金属材料的一种工艺技术。粉末冶金技术现已被应用于航天、机械、新能源、信息和交通等各个行业中。粉末冶金技术具有独特的物理和化学特性,这些特性使得粉末冶金技术可以直接制成形状不同的精细金属制品。另外,粉末冶金技术还可以制造一些适用于电磁、光能等应用的纳米微晶体,这种晶体可以实现新型技术能源的研究,对于产业行业的发展来说也有着重要的意义。粉末冶金的工艺过程一般有四个步骤,第一步是制作金属粉末,通过一系列的操作方法,通常采用的是电解法,来完成对粉末的制取。然后将粉末通过模具制成想要的形状,除了模具外还可以通过计算机进行3D模式的打印。第三步是对粉末进行烧结,这是工艺中的重要程序,在烧结过程中要注意不要对模型进行破坏。最后就可以对烧结出来的产品进行一下后续处理,通过锻造、精修、热处理等等形式对其进行最后的工艺。

2新能源材料研制中粉末冶金技术的特征分析

新能源材料的粉末冶金技术,它主要是将新能源材料中的矿石转化为粉末,再根据相关程序与技术把粉末进行研发。这种新型的、针对新能源材料改进的粉末冶金技术,较传统的冶金技术特征更为明显,对新能源材料的冶炼与提炼更为准确。

我国冶金技术的历史十分长远,传统冶金过程中应用较多,在专业方面涉及多种学科知识,经过多年的科学研究和融会贯通,人们才研发出了针对新能源材料且适应新时代新型的粉末冶金技术。在冶金技术方面,块状矿石的大小和形状对金属提炼和冶金的效果具有关键性的决定因素,对传统冶金技术,其只能把新能源材料矿石破碎为几个小块矿石,并不能变为粉末,却耗费了能源材料,产生大量废置材料,资源利用率只能达到80%左右。

而新的粉末冶金技术,在运用中资源的利用率可有大幅度地提升,有效地降低了材料的废置情况。此外块状形式的矿石原材料,由于其存放形式不同,会产生不同程度的破坏,如:在露天放置会对环境产生了不良的影响,甚至是破坏。所以对现有冶金技术的提升迫在眉睫,要高度重视提高冶金技术的水平,充分利用不同冶金原材料的本身特性,提高材料的使用率,使其各尽所用,降低冶金的生产成本,形成较高性能的新能源材料。粉末冶金技术的科学应用,也可以回收再利用废置矿石和废旧金属,形成有效的资源使用循环。

新的粉末冶金技术的应用对原材料的选择范围相对较广,除矿石原材料以外,还可以选择废置矿石和废旧金属等原料,其粉末冶金工艺能够充分节约原材料,也能有回收再利用废旧材料,而工艺中的对可塑性材料的添加也能够提高成品性能的稳定性。

3粉末冶金技术在新能源材料中的应用

3.1粉末冶金技术在太阳能材料中的运用

利用粉末冶金技术而制成的多晶硅薄膜可以很好的代替曾经长期以来运用的光电的转化率不高、350~450μm厚度并且产生大量的资源浪费的硅材料,解决长期以来再太阳能电池上存在的这个困扰的问题。除此之外,太阳能热电技术上也对此技术进行了大力的运用。根据自然现象,太阳光会进行照射然后产生热量,之后必须运用太阳能光热技术来把散失的热量聚集回来,然后再加热形成水蒸气,再通过规定的设备来进行生产电力,这里面就包括了太阳能收集的研发技术。利用粉末冶金技术制成的太阳能热电首个环节需要的吸收版,能运用有较强光能的粉末来粘贴用粘剂色素的涂料,再制成后涂抹基板。这项技术的运用对于太阳能上有重大进度意义,它改善了吸收版吸热不强的问题,提高了其利用率,优势也很显著。

3.2风能材料的应用

风能是新型能源的一种,是一种天然性能源,由自然界直接产生,不用采取任何外力的能源,它的特点是可以循环利用,资源丰富,非常适用于现代我国能源技术的开发。但是如果使用风能发电的话,对于风力发电机的要求是非常高的,粉末冶金技术可以在发电机中的切片和电磁制作过程中充分发挥其应用。对于风力发电机而言,切片的最终呈现效果是直接影响发电的启动方式,很可能导致发电机的损坏,所以在切片的制作过程中加入粉末冶金技术是增加其可靠性,为风力发电提供保障的过程。

3.3粉末冶金技术在储氢材料中的运用

氢是一种典型的低碳、零碳、清洁能源。对于氢能系统而言,储氢是关键点。基于储氢方法,储氢和运输可分为气体储氢技术(压缩氢,并将其存放于高压容器中)、液态氢储存技术(液化氢气,将其存储在隔热容器中)、固体储氢技术(固体储氢方法,采取物理或化学的方法储存氢和储氢材料)。

20世纪60年代,存储氢的金属和合金已被发现,被称之为储氢合金,拥有较强的捕获氢的能力,能够在一定的压力、热度的基础上把氢分子分解成合金中的单个原子。这些氢原子进入“开槽销”中的合金原子间的缝隙,并产生一定的化学反应,形成金属氢化物。外观是氢的大量“吸收”,并且能够释放出大规模的热量。加热这些金属氢化物时,其再次被分解,且氢原子能够结合形成氢分子,这些过程中均伴有较强的吸热效应。无需过于关注储氢合金的金属原子之间的间隙,然而氢储存能力明显高于氢气瓶,因其像海绵一样能够完全将气缸中的氢气排出。储氢合金属于一种最便捷、最理想的储氢方法。

3.4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。

结论

综上所述,粉末冶金技术依照其特有的安全性、性能高、批量生产等特点广泛应用于新能源材料中,为新能源的运用提供有效的保障。新能源材料对于我国的产业发展和环境保护来说都有着重要的作用,是我国可持续发展的基础。因此,在未来能源发展中,还有加强粉末冶金技术在其中的应用效率,为我国经济社会的发展贡献出力量。

参考文献:

[1]李上.粉末冶金技术在新能源材料中的运用[J].世界有色金属,2018(13):22+24.

[2]王靖鹏,顾煜臻,刘文生.探究粉末冶金的发展及现状[J].世界有色金属,2019(13):8+10.