近日，由广州市科学技术局主办，广东科学中心和羊城晚报社联合承办的珠江科学大讲堂第128讲，邀请了广东省科学院新材料研究所副所长刘辛走进了广州科学城中学，为师生们作《凝聚粉末的力量》的科普讲座。

　　刘辛说，本质上来说，沙子是粉末的一种表现形式，而在科学上，对于粉末的定义是：尺寸小于1毫米的离散颗粒的集合体。在日常生活中，粉末是无处不在。譬如说面粉、奶粉、药物等。而在工业领域，金属粉末可是一类非常非常重要的工业原材料。根据统计，70%以上的工业成品或者中间品是以颗粒形式存在的。

　　无论是哪种粉末，在其堆积的状态时都呈现为松散的圆锥体，通过微观观察不难发现，不同的粉末颗粒有各种各样的形状，譬如球形、圆柱形、针状等。

　　刘辛介绍说，第一种简单而“粗暴”——就是用机械的方式来进行粉碎，将一块整体的金属材料变成不规则的粉末，用这样的方式来制备粉末产量大，成本也较低，但是问题就在于形状不规则。

　　第二种方式则是化学的方法，利用还原剂将金属氧化物和金属盐类还原。而这一方法也是目前工业生产里很常见的方法。最后一种方式则采用了物理的方法，如工业上常常使用二流雾化法去制备球形粉末，所谓的“二流”是指用高压水或者气体击碎金属的液流，得到球形的粉末。

　　刘辛说，目前，金属粉末呈现了高纯化发展的趋势，对于粉末的纯度要求慢慢的升高，其中最大的挑战就是要在控制其中的氧含量。

　　此外，粉末的尺寸也在变得超细化（纳米化）。对此，刘辛进一步解释道，纳米粉末在未来会有十分普遍的应用场景，譬如在芯片中就会用到纳米镍粉或者纳米银粉。

　　“纳米粉末能够极大提升材料或者器件的性能。并且，科学家们也在不断探索将粉末进行复合化。”刘辛说，复合化就是用两种以上的材料复合在一起，带来更多功能化的作用。譬如，在碳化钨粉末的表面包裹上一层镍粉，能提高材料的耐磨性，因此在钻头等耐磨材料领域得到了广泛应用。

　　虽然通过种种方式得到了金属粉末，但是毕竟“一盘散沙”依然没法使用，那么， 如何将粉末变成具有一定强度和性能的工业零部件？刘辛说，这就要使用到粉末冶金技术。

　　刘辛说，传统的制造工艺往往是以金属锭为原料，通过熔炼、铸造、锻造、机械加工等手段来制造出所需要的零部件。但这样的方法整一个流程很长，而且许多原材料被浪费了，其浪费的成本还可以达到总成本的80%以上。而通过粉末冶金技术，将作为原料的金属粉末，经过成形烧结后，制造出金属零部件。这样的方式，大大节约了原材料，而且生产流程也快速缩短，同时还能制造出一些结构特别复杂的零部件。

　　在粉末冶金流程中，有一个很重要的环节“烧结颈”，通过，在微观尺度上实现了粉末颗粒之间的相互紧密连接，凝聚成坚固可用的材料。

　　刘辛说，其实粉末冶金技术的历史非常悠久，3000年前的古埃及人就曾经用碳还原铁的方法制备出了海绵铁。在20世纪初，发明家爱迪生采用了粉末冶金技术制造出了电灯的钨丝后，才将人类带入了电气照明的时代。

　　刘辛说，粉末冶金技术最大的应用市场其实是在汽车领域，在汽车的零部件中，超过半数都是利用粉末冶金技术制造出来的。有多个方面数据显示，美国生产的一辆普通的轿车中，至少要使用230种、近750个粉末冶金的零件。从20世纪90年代开始，粉末冶金钛合金构件也慢慢的开始出现在了汽车生产中，相比起钢质构件，这种钛合金构件的重量能减轻55%，而强度更大，堪称“超级钢”。如果了解电动汽车，会听到“永磁电机”的概念，刘辛说，这个“永磁”材料的学名叫铝铁硼，同样是用粉末冶金技术生产的原材料。

　　近十年来，3D打印技术成为一项非常热门的领域，并被认为是推动人类第三次工业革命的代表性技术。刘辛说，3D打印技术的原理是以数字模型为基础，通过逐层堆积的方式，将二维材料“堆”出三维的材料。

　　将这一技术与粉末冶金技术相结合，形成金属粉末3D打印技术，在工业领域大显身手。

　　“在商业航天领域，火箭发动机的很多零部件都可以用3D打印技术来制造。相比起传统生产流程，其效率是惊人地提升。”刘辛说，在2003年，美国的一个企业成功发射了一艘箭体均由3D打印而成的火箭。而根据统计，3D打印技术能使零件的质量和成本降低30%。

　　刘辛还介绍说，其所在单位和医院合作，以钽合金粉为原材料，利用3D打印技术打印出人体的髋关节，并完成了国内首例的置换手术。钽比钛合金对人体的生物相容性更好，被认为是人体最亲和金属。

　　刘辛还特别提到，除了3D打印技术外，还有一项被称为“粉末注射成形”的技术，也很适合制作一些复杂的零部件。

　　“华为刚刚推出了三折叠手机，这部折叠手机的转轴，实际上的意思就是用了粉末注射成形技术来实现的。这一技术比3D打印技术的效率更加高，产量更大，而且成本更低。”