把粉末状的原材料放进打印机，在激光的魔力作用下，你便能获得你想要的——从玩具、模型、文物赝品、汽车部件，直到人体器官。这梦幻的一幕，便是风靡全球、被英国《经济学人》认为“将推动实现第三次工业革命”的3D打印技术。

人们普遍认为，美国引领着这场工业革命。而近期，从中国曝光的几则消息，却令世人大吃一惊。

把这些消息综合起来，证实了一个事实——中国已经成为目前世界上唯一掌握激光成型难熔金属飞机零部件制造技术、并付诸实际应用的国家。

凭借着难熔金属飞机零部件3D打印技术，中国在航空材料领域，第一次走到了世界先进水平的前列。
　　
近日，在中国北京国际科技产业博览会上，中航工业与北京航空航天大学联合展示了获得2012年度“国家技术发明奖一等奖”的飞机钛合金大型整体关键构件激光成型技术，以及通过其生产出的一个5平方米钛合金加强框。

据外媒报道，3D打印技术正在被大面积用于中国正在研发中的首款航母舰载机歼-15、多用途战机歼-16、第五代重型战斗机歼-20、第五代中型战斗机歼-31，以及商飞的民用大飞机C919上。

据央视新闻频道报道，歼-15总设计师孙聪在两会期间透露，钛合金和M100钢的3D打印技术，已被广泛用于歼-15的主承力部分，包括整个前起落架。

3D打印技术的应用，大大加速了国产尖端战机的研发进度。依托难熔金属飞机零部件3D打印技术造价低、速度快的特点，沈阳飞机工业集团在一年之内连续组装出歼-15、歼-16、歼-31等多型战斗机，并进行试飞。

据专家估计，F-22的难熔金属飞机零部件，如果使用中国的3D打印技术制造，在强度相当的情况下，重量最多可以减少40%。这将大大提高战机的推重比，令战机性能获得巨大提升。

因此在理论上，中国现有的涡扇发动机，如果用在广泛应用3D打印技术生产的歼-20等第五代战机上，与F-22的推重比差距不会太大。这样一来，我国相对落后的发动机技术，就不会过于“拖后腿”了。


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简介

应用

优势

特点

烧结工艺

PCD拉丝模由微米级金刚石微粒与结合剂在高温高压条件下烧结而成，PCD拉丝模具有硬度高、耐磨性好、抗冲击能力强等优点，PCD拉丝模模具使用过程中体现出磨损均匀、寿命长的优势，适用于高速拉拔。由于PCD在宏观上呈现各向同性，因此它不会像单晶金刚石那样出现模孔磨损不均匀和模孔不圆的现象发生。另外由于PCD的价格比单晶金刚石低得多，因此在拉丝行业中获得了广泛应用。目前，绝大部分金刚石拉丝模均使用PCD拉丝模芯。

金刚石拉丝模的材料金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好的特点，与有色金属摩擦系数低、抗粘结性好、抗腐蚀性和化学稳定性优良，在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。金刚石拉丝模拉制的线材表面光洁度很高，但由于结构上具有各向异性，导致其硬度也呈现各向异性，使模孔的磨损不均匀，制品不圆整，加之资源稀少，价格昂贵，一般用作表面质量要求高的细线拉线模或成品拉线模。 

电子器件、雷达、电视、仪表及航天等所用的高精度丝材以及常用的钨丝、钼丝、不锈钢丝、电线电缆丝和各种合金丝都是用金刚石拉丝模拉制出来的，金刚石拉丝模由于采用天然金刚石作原料，从而具有极强的耐磨性，使用寿命极高。

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CVD金刚石又称化学气相沉积金刚石，是含碳气体在高温低压条件下，在固态衬底表面上沉积生长的纯净金刚石。CVD金刚石硬度高，耐磨性好，摩擦系数低，表面光洁度高，可以制成0.02-1.0mm孔径的CVD金刚石拉丝模，用于拉制不锈钢丝、钨丝、钼丝、铜丝、铝丝等。

由于CVD金刚石中不含任何结合剂，因此与PCD相比，CVD金刚石拉丝模表现出更高耐磨性、耐腐蚀性、热导率以及热稳定性等优点。CVD金刚石拉丝模的缺点在于韧性不如PCD拉丝模，抗冲击性较弱、易裂，拉丝模制备中的技术条件也比拉丝模严格。 

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与硬质合金拉丝模相比，使用PCD模拉丝模具有以下明显的优点：
1. 拉拔效率高。PCD模拉丝模在使用过程中必要的保养对PCD模拉丝模的使用寿命和线材的表面质量都非常重要，通常建议对PCD模拉丝模每24小时进行一次保养。在24小时内PCD模拉丝模具的孔径变化小，拉拔出的线材线径变化率也很小。对于整个生产过程来说，每一只PCD模拉丝模的线径压缩率都比较稳定，投入和产出的比值大。

2. PCD模拉丝模耐磨性好，寿命长。PCD模拉丝模寿命约为硬质合金模的30~50倍，这样在拉拔过程中就不需要经常停机更换模具。PCD模拉丝模孔径在单位时间内变化很小，拉拔出的线材尺寸变化小，这对卷筒绕丝非常有利。一般拉拔出的线材缠绕圈数是固定的，若线材成品尺寸很快变大，缠绕圈数相对迅速减少，这就需要不断改变卷筒尺寸，不利于生产效率的提高。

3. 节约原材料。如果拉制表面镀有金属的线材，停止拉拔过程中电镀过程并没有停止，这就导致正在电镀的线材表面电镀层厚度超标，重新开始拉拔时需将厚度超标的线材剪掉，造成极大的浪费，停机次数越多浪费越大。采用PCD模拉丝模则可以大大减少这种浪费。

4. 减少劳动强度。由于PCD模拉丝模寿命长，扩号慢，不需要经常更换模具，也不像用硬质合金拉丝模必须要时刻注意线材尺寸的变化，大大减少了工人的劳动强度，一个工人在生产过程中能兼顾4~5台拉丝机。

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PCD拉丝模比硬质合金拉丝模有更多的优点，因为，与硬质合金相比，PCD的抗拉强度仅为常用硬质合金的70%，但比硬质合金硬250%。使得PCD拉丝模比硬质合金拉丝模有更多的优点。用PCD制成的拉丝模耐磨性能好，内孔磨损均匀，抗冲击能力强，拉丝效率高。因此目前PCD拉丝模在金属线材拉拔行业中开始逐渐被重视。

PCD拉丝模主要用于拉细线时，而拉制钢丝（钢线）一般采用硬质合金拉丝模。硬质合金拉丝模的典型结构为一个圆柱形（或略带锥度）的硬质合金模芯紧密地镶嵌在一个圆形钢套中，模芯内孔中有喇叭口、入口锥、变形（工作）锥、定径带及出口角。 

PCD拉丝模与硬质合金拉丝模加工对象： 
不同材质的拉丝模都有其相对合理的加工对象。拉拔加工的合理性主要指拉丝模与线材两者的力学、物理和化学性能相互匹配，以获得最长的模具使用寿命。
例如， 在拉拔相同直径的铜丝时，PCD拉丝模的使用寿命是硬质合金拉丝模寿命的300～500倍，拉拔镍丝时仅为80～100倍，拉拔钼丝时，PCD拉丝模寿命只有硬质合金拉丝模寿命的50～80倍，而拉拔碳钢时，PCD拉丝模的寿命只有硬质合金拉丝模的20～60倍。

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戒指是每个男人或女人结婚的纪念物。碳化钨首饰表面耐磨，配带舒适，永久锃新。与传统婚戒相比，碳化钨戒指在结婚者或订婚者中越来越流行。对情侣来说，钨戒指是非常理想的选择。钨戒指和其他钨制首饰成为市场上最合人心意的抛光戒指和日常配饰。硬质合金戒指基本上永不磨损，只有极大的力和极硬的材料才能破坏它们，比如用金刚石或刚玉。

所以，佩戴者要想戒指或首饰不被磨损，钨戒指或硬质合金戒指将是非常好的选择。

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药型罩材料是聚能效应能量的载体，其性能直接影响射流质量，如射流密度、射流速度和连续射流 长度等。因此希望药型罩具有破碎性好、侵彻力强、渗透率高等特点，从而要求药型罩材料密度高、延展性好，以便使射流在侵彻之前能允许拉长而不断裂。而常用的粉末药型罩材料有铜粉、钨粉、钼粉、钽 粉、 锡粉、铋粉等。用高密度新材料制造破甲弹药型罩，提高破甲弹的威力，进而取代传统的紫铜药型罩材料，为适应未来战争的需要，许多研究者正在探索研究。复合药型罩是把不同性能的金属或合 金按照药型罩的设计复合来发挥综合优势，与单金属药型罩相比，其能量转换与吸收机制更合理，化学能的利用率更充分，破甲性能更优越，造价也更低廉，具有广泛的开发应用前景。多相复合材料如W- Cu、Ta-Cu、Re-Cu等制备的药型罩既有高的密度，又有良好的射流性能，因此受到重视，尤其是钨铜合金由于综合具有钨的高密度和铜的高韧性而受到重视。

钨铜合金药型罩的聚能效果明显高于纯铜罩，关键是钨铜复合粉的制备。通常采用机械合金化法，将金属钨粉和铜粉在高能量磨球的撞击下，粉体间发生反复的破碎-冷焊-破碎过程，从而发生固态反应，得到高均匀分布的钨铜合金粉体。但是由于钨粉颗粒硬度大，难压制，钨铜密度差大，在常规的粉末冶金过程中， 液压时极易形成比重偏析造成药型罩密度分布不均匀，从而严重影响药型罩的使用性能。同时对粉体制备和粉末成型等工艺过程的要求，首先是如何获得高纯度、均匀细小的钨铜粉，然后是高致密度制造工艺，并实现材料微区密度均匀并且无缺陷。目前采用细化晶粒的方法来提高 钨合金的综合力学性能和穿、破甲能力。采用纳米技术制备钨合金材料是研究发展新型高强韧钨合金的发展方向。一些研究者正在着手研究具有超细晶粒结构的高密度钨合金破甲药型罩和纳米钨合金穿甲弹弹芯，以进一步提高穿、破甲威力。

爆炸粉末烧结技术是利用冲击波对粉末绝热压缩瞬间所产生的高温、高压使粉末材料致密并烧结的工艺方法。该工艺最显著的特点是：由于爆炸烧结在极短的时间内完成，因此复合界面几乎没 有扩散或仅有程度很小的扩散。所以对机械合金化工艺制备的钨铜合金粉爆炸烧结，不仅可以克服钨铜合金偏析，而且由于在极短时间内完成，晶粒来不及长大，可以保留机械合金化粉的初始特征，这样可以得到晶粒细小、成分分布均匀的合金组织，提高药型罩的性能。


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难熔钨基合金包括钨基高比重合金(如W—Ni—Fe，W—Ni—Cu，W—Cu等)、钨基化合物及其复合材料(如Wc—Co硬质合金)以及其他含钨的钨基合金。它们所共有的特性是高熔点、高强度和高耐磨性，除此之外，还具有诸多其他的优异性能，如密度高(16．5—19.0g／cm3)、延性好(指W—Ni—Fe高比重合金)、热膨胀系数小，抗蚀性和抗氧化性能好，导电导热性能好，因此在尖端科学领域、国防工业和民用工业中都已得到了非常广泛的应用，如利用高比重合金的密度高、强度高、塑性好(与硬质合金相比)等特点，用作陀螺转子及飞机上的配重和减震材料，在军工中用作穿甲弹和子母弹等，在医疗行业中用作防X射线屏蔽材料，在民用工业中用作手机上的高比重合金振子、电热镦粗钻块和电极材料等。

当今世界难熔材料的研究已由传统的“高纯、超细、均匀”演变为“纳米、复合设计和集成制定”。通过这些先进技术，难熔钨基复合材料不但可以保留自身诸如高熔点、耐腐蚀等优良性能，而且可以大幅度提高综合力学性能。因此，超细和微晶难熔钨合金材料的制备技术必将成为该行业21世纪最热门最有前途的新技术。

随着科学技术的发展，对难熔钨基合金的性能要求也不断地提高。为了达到高的力学性能，采用超细和微晶难熔钨合金材料越来越成为难熔钨基合金及其复合材料的发展趋势。超细和微晶难熔钨合金材料不仅可以大幅度地提高材料的力学性能，而且还可以提高烧结中钨的扩散速率和烧结致密度以及控制烧结样品的变形等。


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现代国防军工领域的先进武器装备对钨基合金材料提出了更高要求，要求钨基合金具有更高的性能和更多的功能。近年来，国内外研究者围绕组织细化、形变强化、异形件成形加工技术以及钨合金局部绝热剪切性开展了深入的研究，获得了钨基合金制备的新理论，开发了多种钨基合金制备新技术和新材料并拓展了钨基合金的新应用。

超细/纳米钨基复合粉末不仅有助于改善粉末 的烧结特性，提高钨基合金的致密度，而且还能细化合金组织，改善组织均匀性，提高钨基合金的性能。近年来，中南大学等相继研究开发了机械合金化、喷雾干燥法和溶胶-凝胶法制备超细、纳米钨基复合粉末新技术。针对机械合金化过程中易于产生球磨夹杂，发展了多组元过程控制剂的多相膜机械合金化原理方法，利用有机物在粉末颗粒表面形成多相膜而产生的空间位阻效应避免粉末颗粒接触而团聚，细化粉末颗粒，同时减少球磨杂质。利用机械合金化时元素粉末颗粒之间的高速碰撞,粉末颗粒之间不断发生冷焊撕裂从而加速原子间的扩散，并形成超饱和固溶体和非晶相，粉末成分达到超均匀分布，在烧结过程中，粉末中形成的超饱和固溶体和非晶相会促进固相烧结并达到近全致密化。与此同时，针对机械合金化粉末成形性非常差的难题，研制开发了溶胶-喷雾干燥-多步氢还原技术制备超细/纳米钨基复合粉末原理和技术。利用低分子有机物在胶体粒子表面产生的空间位阻效应和溶胶体粒子的静电位阻效应构成的协调稳定机制对胶体粒子进行均匀分散，实现元素成分的原位复合与粉末颗粒超细/纳米化，粉末颗粒呈球形或近球形，粒度在200nm以下，晶粒度在50nm以下，具有良好的流动性、成形性以及烧结特性，解决了机械合金化复合粉末成形性差以及注射成形装载量低的问题，同时还根据纳米钨基复合粉末的烧结特性，建立了纳米钨基复合粉末的固相烧结理论，解决了钨基复合材料液相烧结易变形的问题。以上成果已形成了具有独立知识产权的制备技术体系，获多项国家发明专利，目前制备技术已达到国际先进水平。


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