先进制造技术

材料加工工程在先进制造技术中占有重要地位，是发展高新技术产业和传

统工业更新换代的重要科学基础和共性技术。其中包括高效、精密的加工工艺、装
备和检测技术，低能耗、低成本产品的流程制造，集成、柔性、智能化制造系统，
是工程可持续发展与绿色制造体系的重要组成部分。

材料合成与加工新技术研究包含纳米结构材料和金属加工、聚合物加工、陶

瓷加工、复合材料加工、快速凝固、超纯材料、近终型加工等各类合成和加工的基
础研究。根据材料的服役效能来调整成分、组织、结构、进而对材料的制备工艺进
行设计，将使材料在强韧性、抗摩擦、抗冲击、抗腐蚀等方面的性能大大提高，对
材料科学的全面发展起关键的促进作用。

材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的性质是决定材料使

用性能的最基本的三大要素。一般而言，材料需要经历制备、成型加工、零件或结
构的后处理等工序才能进入实际应用。

下面将分别介绍新材料加工技术的研究现状、工作原理、特点及发展趋势。

1、

研究现状

新材料成形加工技术的研究开发，是近二、三十年来材料科学技术领域最为

活跃的方向之一。先进制备与成型加工技术的出现与应用，加上了新材料的研究
开发、生产和应用进程，促成了诸如微电子和生物医用材料等新兴产业的形成，
促进了现代航天航空，交通运输，能源环保等高技术产业的发展。

先进工业国家对材料制备与成型加工技术的研究开发十分重视。美国制定了

“为了工业材料发展计划”，其核心是开放先进的制备与成型加工技术，提高材
料性能，降低生产成本，满足未来工业发展对材料的需求。德国开展的

“21 世纪

新材料研究计划

”将材料制备与成型加工技术列为六个重点内容之一。在欧盟的

“第六框架”计划中，先进制备技术时新材料领域的研究重点之一。日本在 20 世
纪

90 年代后期，先后实施了

“超级金属”、“超钢铁”计划，重点是发展先进的制

备加工技术，精确控制组织，大幅度提高材料的性能，达到减少材料用量、节省
资源和能源的目的。同时开展本科学领域色前沿和基础研究，并综合利用相关学
科基础理论和科技发展成果，提供预备新材料的新原理新方法，也是材料科学
与工程学科自身发展的需求。

一大批先进技术和工艺不断发展和完善，并逐步获得实际应用，如快速凝

固、定向凝固、连续铸轧、连续铸挤、精密铸造、半固态加工、粉末注射成型、陶瓷胶
态成型、热等静压、无模成型、微波烧结、离子束制备、激光快速成型、激光焊接、表
面改性等，促进了传统材料的升级换代，加速了新材料的研究开发、生产和应用
解决了高技术领域发展对特种高性能材料的制备加工与组织性能精确控制的急
需。

现在将主要的先进材料加工技术分别介绍如下：

1.   快速凝固

快速凝固技术的发展，把液态成型加工推进到远离平衡的状态，极大地推

动了非晶、细晶、微晶等非平衡新材料的发展。传统的快速凝固追求高的冷却速度
而限于低维材料的制备，如非晶丝材、箔材的制备。近年来快速凝固技术主要在
两个方面得到发展：

①利用喷射成型、超高压、深过冷，结合适当的成分设计，