一種防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種防止金屬纖維多孔材料晶粒異 常長大的燒結(jié)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬纖維是金屬材料領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，是材料科學(xué)和纖維科學(xué)交叉發(fā)展的結(jié) 果。由金屬纖維燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料是當(dāng)前材料科學(xué)中迅速發(fā)展，并兼具功能和結(jié) 構(gòu)雙重屬性的性能優(yōu)異的新型工程材料，其輕質(zhì)、高強(qiáng)的特點(diǎn)使之具有良好的應(yīng)用前景，目 前已廣泛應(yīng)用于航空航天、冶金機(jī)械、石油化工、電子通訊、化工化學(xué)、建筑交通、能源環(huán)保、 國防軍工、生物制藥、核技術(shù)和海陸空武器裝備等諸多領(lǐng)域。
[0003] 燒結(jié)是影響金屬纖維多孔材料微結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素之一。與金屬粉末多孔材料相 比，金屬纖維多孔材料中的金屬纖維大多處于松裝狀態(tài)，金屬纖維之間的搭橋現(xiàn)象嚴(yán)重，會 造成纖維間真實(shí)接觸的機(jī)會大幅度減小，使得金屬纖維的燒結(jié)十分困難。采用傳統(tǒng)的固相 燒結(jié)法很難形成足夠的結(jié)點(diǎn)，不能保證適宜的力學(xué)和物理化學(xué)性能。另外，與金屬粉末多孔 材料相比，由于金屬纖維獨(dú)特的外部幾何特性和內(nèi)部富含大量的變形儲能，燒結(jié)結(jié)點(diǎn)的形 成過程更為復(fù)雜，而且采用傳統(tǒng)方法燒結(jié)后，金屬纖維晶粒異常長大呈竹節(jié)狀分布，致使金 屬纖維多孔材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能急劇下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種防止金屬纖 維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法。采用該方法燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料在形成足夠 的燒結(jié)結(jié)點(diǎn)的同時(shí)，能夠有效地控制纖維骨架晶粒形態(tài)，防止出現(xiàn)纖維骨架晶粒異常長大 現(xiàn)象，從而大大提高了金屬纖維多孔材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，進(jìn)一步擴(kuò)大了金屬纖 維多孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種防止金屬纖維多孔材料晶 粒異常長大的燒結(jié)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0006] 步驟一、采用液壓機(jī)對金屬纖維多孔材料進(jìn)行壓制處理，直至使金屬纖維多孔材 料的孔隙率達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止，再將壓制處理后的金屬纖維多孔材料放入石英玻璃管中， 然后將石英玻璃管的一端封堵，將石英玻璃管的另一端與真空栗連接，之后進(jìn)行抽真空處 理，直至使石英玻璃管內(nèi)的真空度為1. 〇X10 5Pa~I. 0X10 3Pa為止，最后采用氫氧焰對抽 真空處理后的石英玻璃管進(jìn)行熔封處理；
[0007] 步驟二、將步驟一中熔封處理后的石英玻璃管放入溫度恒定為950°C~1150°C的 馬弗爐中，待馬弗爐內(nèi)的溫度再次恒定為950°C~1150°C后保溫2min~lOmin，然后將石英 玻璃管取出，自然冷卻后拆封，得到燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料。
[0008] 上述的一種防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法，其特征在于，步驟 一中所述金屬纖維多孔材料的材質(zhì)為不銹鋼或FeCrAl合金。
[0009] 上述的一種防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法，其特征在于，步驟 一中所述金屬纖維多孔材料中金屬纖維的絲徑為8ym~50ym。
[0010] 上述的一種防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法，其特征在于，步驟 一中壓制處理后的金屬纖維多孔材料的厚度為IOmm~15_。
[0011] 上述的一種防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法，其特征在于，步驟 一中壓制處理后的金屬纖維多孔材料的孔隙率為70%~90%。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 1、本發(fā)明通過真空熔封、趁高溫送入使迅速升溫、趁高溫取出使自然冷卻等工藝 的巧妙設(shè)計(jì)，能夠有效防止纖維骨架晶粒異常長大的現(xiàn)象發(fā)生。具體機(jī)理為：金屬纖維多 孔材料中的金屬纖維一般是由金屬絲采用集束拉拔工藝進(jìn)行多道次拉拔制備而成的，經(jīng)集 束拉拔加工后金屬絲的直徑由0. 5mm~0. 8mm減少至8ym~50ym，由于金屬絲經(jīng)歷了大 變形，使得金屬纖維骨架內(nèi)部儲存了大量的變形儲能。而采用傳統(tǒng)燒結(jié)工藝制備金屬纖維 多孔材料時(shí)，在隨爐升溫過程中，金屬纖維骨架內(nèi)部的變形儲能將逐步得到釋放，金屬纖維 骨架內(nèi)部的晶粒經(jīng)歷了回復(fù)、再結(jié)晶和異常長大三個(gè)階段，使得燒結(jié)后的金屬纖維多孔材 料的金屬纖維骨架晶粒異常長大，多呈竹節(jié)狀，竹節(jié)狀晶粒形成后，其晶界部位是最薄弱環(huán) 節(jié)，所制備的金屬纖維多孔材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能急劇下降。而采用本發(fā)明制備金 屬纖維多孔材料時(shí)，金屬纖維骨架內(nèi)部的變形儲能將大部分用于金屬纖維之間燒結(jié)結(jié)點(diǎn)的 形成，從而可以降低燒結(jié)溫度；另外，本發(fā)明方法燒結(jié)時(shí)間短，金屬纖維骨架的晶粒只經(jīng)歷 了回復(fù)、再結(jié)晶兩個(gè)階段，不會出現(xiàn)異常長大階段，所以采用本發(fā)明制備的金屬纖維多孔材 料的金屬纖維骨架晶粒細(xì)小且分布均勻，極大地提高了金屬纖維多孔材料的力學(xué)性能和耐 腐蝕性能。
[0014] 2、采用本發(fā)明燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料在形成足夠的燒結(jié)結(jié)點(diǎn)的同時(shí)，能夠有 效地控制纖維骨架晶粒形態(tài)，防止出現(xiàn)纖維骨架晶粒異常長大的現(xiàn)象，從而大大提高了金 屬纖維多孔材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，進(jìn)一步擴(kuò)大了金屬纖維多孔材料的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0015] 3、本發(fā)明能夠顯著地降低燒結(jié)溫度、縮短保溫時(shí)間，極大地節(jié)約了能源。
[0016] 4、本發(fā)明工藝簡單，可操作性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料的纖維骨架OM組織圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明對比例1燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料的纖維骨架OM組織圖。
【具體實(shí)施方式】[0020] 實(shí)施例1
[0021] 本實(shí)施例防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法包括以下步驟：
[0022] 步驟一、采用液壓機(jī)對材質(zhì)為不銹鋼，絲徑為30ym的金屬纖維多孔材料進(jìn)行壓 制處理，直至使金屬纖維多孔材料的孔隙率達(dá)到設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)孔隙率為70 % )，壓制處理 后的金屬纖維多孔材料的厚度為1〇_，再將壓制處理后的金屬纖維多孔材料放入石英玻璃 管中，將石英玻璃管的一端封堵，將石英玻璃管的另一端與真空栗連接，之后開啟真空栗對 進(jìn)行石英玻璃管抽真空處理，直至使石英玻璃管內(nèi)的真空度為I.Ox10 4Pa為止，最后采用 氫氧焰對石英玻璃管的端部進(jìn)行熔封；
[0023] 步驟二、將馬弗爐升溫至1050°C并保持恒溫，然后將步驟一中熔封后的石英玻璃 管放入溫度恒定為1050°C的馬弗爐中，由于該操作會使馬弗爐的溫度出現(xiàn)小范圍波動，因 此待馬弗爐內(nèi)的溫度再次恒定為1050 °C后計(jì)時(shí)保溫5min，之后將石英玻璃管從馬弗爐中 取出，自然冷卻后拆封，得到燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料。
[0024] 本實(shí)施例燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料的纖維骨架OM組織如圖1所示，如圖1可 知，經(jīng)本實(shí)施例燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料的纖維骨架晶粒細(xì)小且分布均勻。對本實(shí)施例 燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料進(jìn)行拉伸性能測試，測試結(jié)果見表1，對本實(shí)施例燒結(jié)后的金屬 纖維多孔材料進(jìn)行耐腐蝕性能測試，測試結(jié)果見表2。
[0025] 實(shí)施例2
[0026] 本實(shí)施例防止金屬纖維多孔材料晶粒異常長大的燒結(jié)方法包括以下步驟：
[0027] 步驟一、采用液壓機(jī)對材質(zhì)為不銹鋼，絲徑為20ym的金屬纖維多孔材料進(jìn)行壓 制處理，直至使金屬纖維多孔材料的孔隙率達(dá)到設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)孔隙率為75 % )，壓制處理 后的金屬纖維多孔材料的厚度為1〇_，再將壓制處理后的金屬纖維多孔材料放入石英玻璃 管中，將石英玻璃管的一端封堵，將石英玻璃管的另一端與真空栗連接，之后開啟真空栗對 進(jìn)行石英玻璃管抽真空處理，直至使石英玻璃管內(nèi)的真空度為1. 〇X10 4Pa為止，最后采用 氫氧焰對石英玻璃管的端部進(jìn)行熔封；
[0028] 步驟二、將馬弗爐升溫至1000°C并保持恒溫，然后將步驟一中熔封后的石英玻璃 管放入溫度恒定為l〇〇〇°C的馬弗爐中，由于該操作會使馬弗爐的溫度出現(xiàn)小范圍波動，因 此待馬弗爐內(nèi)的溫度再次恒定為l〇〇〇°C后計(jì)時(shí)保溫8min，之后將石英玻璃管從馬弗爐中 取出，自然冷卻后拆封，得到燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料。
[0029] 通過對本實(shí)施例燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料的纖維骨架進(jìn)行OM組織分析可知， 經(jīng)本實(shí)施例燒結(jié)后的金屬纖維多孔材料的纖維骨架晶粒細(xì)小且分布均勻。對本實(shí)施例燒結(jié) 后的金屬纖維多孔材料進(jìn)行拉伸性能測試，測試結(jié)果見表1，對本實(shí)施例燒結(jié)后的金屬纖維 多孔材料進(jìn)行耐腐蝕性能測試，測試結(jié)果見表2。
[0030] 實(shí)施例3
[0031