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材料成形加工技术科技前沿概览

摘要：

论述了材料成形加工技术的作用及地位，介绍了快速产品与工艺开发系

统、新一代制造工艺与装备、模拟与仿真3项关键先进制造技术，指出轻量化、

精确化、高效化将是未来材料成形加工技术的重要发展方向。

关键词：先进制备技术材料成形加工精确成形模拟仿真并行工程

正文：

一、引言：

材料先进制备与成型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。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。

二、历史沿革：

从人类社会的发展和历史进程的宏观来看，材料是人类赖以生存和发展的物

质基础，也是社会现代化的物质基础和先导。而材料和材料技术的进步和发展，

首先应归功于金属材料制备和成型加工技术的发展。人类从漫长的石器时代进化

到青铜时代（有学者称之为“第一次材料技术革命”），首先得益于铜的熔炼以及

铸造技术进步和发展，而由铜器时代进入到铁器时代，得益于铁的规模冶炼技术、

锻造技术的进步和发展（所谓“第二次材料技术革命”）。直到16世纪中叶，冶

金（金属材料的制备与成型加工）才由“技艺”逐渐发展成为“冶金学”，人类

开始注重从“科学”的角度来研究金属材料的组成、制备与加工工艺、性能之间

的关系，迎来了所谓的“第三次材料技术革命”——人类从较为单一的青铜、铸

铁时代进入到合金化时代，催生了人类历史的第一次工业革命，推动了近代工业

的快速发展。

进入20世纪以后，材料合成技术、符合技术的出现和发展，推动了现代工

业的快速发展，而电子信息、航天航空等尖端技术的发展，反过来对高性能先进

材料的研究开发提出了更高的要求，起到了强大的促进作用，促成了一系列新材

料和新材料技术的出现和发展。

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，因此，材料制备与成型加工技术，与材料的成分和结构、材料的

性质一起，构成了决定材料使用性能的最基本的三大要素。

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

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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。

新材料的研究、开发与应用，综合反应了一个国家的科学技术与工业化水平，

而先进制备与成型加工技术的发展，对于新材料的研制、应用和产业化具有决定

性的作用。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