蔡濟云

（武漢市第十一中學(xué) 湖北 武漢 420100）

材料加工技術(shù)的發(fā)展與展望

蔡濟云

（武漢市第十一中學(xué) 湖北 武漢 420100）

工業(yè)的發(fā)展離不開材料加工技術(shù)的支持，工業(yè)革新使工業(yè)的發(fā)展迎來了質(zhì)的飛躍。政府加大了材料學(xué)的科學(xué)研究的力度，新型材料的接連不斷地出現(xiàn)，材料加工的技術(shù)也不斷提高。本文重點闡述了材料加工的技術(shù)發(fā)展與展望。

材料加工；發(fā)展

1 引言

金屬材料想要真正被應(yīng)用只依靠傳統(tǒng)的加工技術(shù)是不可能實現(xiàn)的。傳統(tǒng)金屬加工技術(shù)只能融化塑性金屬，得到材料坯，材料坯經(jīng)過新型材料加工技術(shù)之后才擁有各種形態(tài)和功能被航天、運輸、軍事、建筑等行業(yè)應(yīng)用。

2 材料加工技術(shù)的發(fā)展歷史

早在遠古時代，人類就掌握了材料加工的技術(shù)，材料加工可以說是一種又古老又年輕的技術(shù)。縱觀歷史發(fā)展，材料加工主要發(fā)生了五次重大改革，具體為以下：

（1）最早人類材料加工的原材料基本上是就地取材，遠古時期人類碾磨石頭，用石頭做武器餐具，一直到公元前4000年，人類開始掌握熔煉和鑄造銅，用銅代替石頭，標志著人類進入了青銅時代。這是材料加工技術(shù)的第一次重大改革，原材料從石頭變成了金屬物質(zhì)。

（2）人類社會逐步發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了另一種金屬鐵，它的質(zhì)地比青銅硬，冶煉技術(shù)更簡單，因此人類開始熔煉和鑄造鐵，逐漸用鐵代替銅制作武器和生活用具，這便是材料加工技術(shù)的第二次重大改革。

（3）第三次材料加工技術(shù)改革發(fā)生在公元1500年，人類用合金替代鐵。

（4）人類在使用合金材料過程中迸發(fā)了新的靈感，拋棄傳統(tǒng)的自然資源，加工自己合成的原材料。在20世紀初期，合成材料開始面世，標志著第四次材料技術(shù)革命的開始。

（5）20世紀中后期，人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展的十分迅速，人類迫切需要研究具有強大功能的新型材料來滿足計算機、航天等尖端領(lǐng)域科學(xué)的發(fā)展。那段時期納米材料、超導(dǎo)體、陶瓷材料等新型材料不斷面世，給材料加工技術(shù)注入了新的活力。到了21世紀后，材料加工技術(shù)發(fā)展主要兩個典型特征，第一個特征直接引領(lǐng)了第五次改革即實現(xiàn)材料性能性能設(shè)計與制備加工工藝設(shè)計一體化，第二個特征便是精準把握材料的性能、大小等，這些都需要依靠計算機的仿真和模擬技術(shù)以及大數(shù)據(jù)的支持。

3 材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向

本文深入研究了材料加工技術(shù)的發(fā)展趨勢和特點，整合歸納了材料加工技術(shù)未來的發(fā)展方向主要為以下五個方向：

（1）常規(guī)材料加工工藝的短流程化和高效化

傳統(tǒng)的材料加工存在步驟多、耗時長、成本高、產(chǎn)量低等缺點，材料加工技術(shù)未來發(fā)展就是要改善傳統(tǒng)技術(shù)的缺點，縮短流程、簡化步驟從而減少時間的浪費，連續(xù)生產(chǎn)、合并步驟，實效材料加工的高效快捷，同時還需要把控細節(jié)避免出現(xiàn)差錯。近幾年來各國綠色環(huán)保意識提高，如何減少資源的浪費也是材料加工技術(shù)需要攻破的難題。

（2）發(fā)展先進的成形加工技術(shù)

僅僅依靠傳統(tǒng)的加工技術(shù)難以改善材料的性能，實現(xiàn)“精確成形”及“短流程”可以挖掘出材料的性能。輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。冷卻和加溫都可以提高材料的性能，比如：非平衡凝固技術(shù)、電磁連鑄技術(shù)等就是冷卻材料來精確控制材料加工的速度；低溫強加工技術(shù)就是通過溫度來精確控制材料的變形程度。材料成形加工可以讓材料更輕、更薄、更精、更強、更韌、質(zhì)量高、周期短及成本低。如今材料成形技術(shù)廣泛相當(dāng)廣泛，它的核心就是精密化在制造技術(shù)。精密零件外形尺寸和精密零件內(nèi)部成分是材料成形加工技術(shù)精密化的主要內(nèi)容?！熬_成形”及“短流程”還可以減少材料的缺陷，比如：組成成分細密、平均等。成形技術(shù)還可以攻克傳統(tǒng)技術(shù)難以改造的材料。應(yīng)急快速維修技術(shù)、再制造毛坯快速成形技術(shù)等都是新材料的重點研究方向。成形技術(shù)還可以解決以前技術(shù)難題，比如：用激光、電子束焊接就可以解決材料連接的難題。

（3）開發(fā)新型制備與成形加工技術(shù)，發(fā)展新材料和新制品

近幾年國家對材料加工技術(shù)越來越重視，新型的加工技術(shù)層出不窮，比如鋁合金激光焊接、鎂合金激光焊接、機器人智能焊接、非納米晶復(fù)合涂層制備技術(shù)等。國外也高度重視新型制備與成形加工技術(shù)的研究開發(fā)，德國對電氣化學(xué)的研究投入就很大，特意召開了專題會，集中探討電氣化學(xué)的材料工藝。電磁場是各國新型材料研究的重點內(nèi)容，因為電磁場可控性很高，易于被控制，科學(xué)家可以通過改變磁場的磁性、疊加磁場等精準控制材料的塑性。相信在未來電磁場將會在新型材料研究中發(fā)揮巨大的作用?？焖倌碳す饧庸ぜ夹g(shù)目前也是材料加工研究的另一個熱點，通過快速凝固金屬來精準把控材料的塑性。材料的新型制備和加工可以緩解日益短缺的自然資源，攻克一些難以解決的加工技術(shù)問題，促進材料研究學(xué)的發(fā)展。

（4）發(fā)展計算機數(shù)值模擬與過程仿真技術(shù)，構(gòu)筑完善的材料數(shù)據(jù)庫。

材料加工技術(shù)的未來發(fā)展離不開計算機技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的支持。科學(xué)家研究和發(fā)展計算機的數(shù)值模擬以及高仿真技術(shù)就是為了提高材料成型加工技術(shù)的水平，改善材料的性能，實現(xiàn)“精確成形”及“短流程”挖掘出材料的性能。強大的數(shù)據(jù)庫資源也是不可或缺的，它可以為計算機的數(shù)值模擬以及高仿真提供精準的數(shù)據(jù)，提高實驗結(jié)果的準確性，加速計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。國內(nèi)在近幾年才開始了解到計算機數(shù)值模擬與過程仿真技術(shù)，構(gòu)筑完善的材料數(shù)據(jù)庫的重要性，而國外的研究早在20世紀80年代就已經(jīng)開始了，技術(shù)和研究水平明顯落后。

（5）材料的智能制備與成形加工技術(shù)

20世紀后期計算機的快速發(fā)展讓人們看到了材料加工技術(shù)的新方向。計算機擁有強大的計算能力和儲存能力，研究依靠計算機技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫的支持可以實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的智能化控制，實時監(jiān)控、在線反饋。材料的智能制備與成形加工技術(shù)意義重大，它可以在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，縮短加工的時間，提高生產(chǎn)的效率，實現(xiàn)生產(chǎn)的綠色環(huán)保。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，材料加工技術(shù)也得到了提升，其必將在我國國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮越來越重要的作用，使人們的生活水平和質(zhì)量都得到提高。

[1]于思遠，等.國內(nèi)外先進陶瓷材料加工技術(shù)的進展[J].金剛石與磨料磨具工程，2001，4(124).

[2]談耀麟.石材加工機械發(fā)展趨勢[J].石材，2000(1):31-34.

[3]史慶南，林大超.材料加工發(fā)展的動向及探討[J]，昆明理工大學(xué)學(xué)報，1997，22(1):103-107.

TB30 【文獻標識碼】A 【文章編號】1009-5624（2018）02-0023-02