专利名称：一种金属纤维烧结毡的制备方法
技术领域：
本发明属于金属材料加工工程技术领域，具体涉及一种金属纤维烧结毡的制备方法。
背景技术：
金属纤维烧结毡是金属纤维多孔材料的一种，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、孔隙可控、渗透性能好、强度高等优点，金属纤维烧结毡作为一种多功能材料在吸声降噪、过滤分离、传热等领域具有广泛应用前景。材料的微结构，如纤维丝径、纤维的结合状态、孔径均是影响性能的关键因素。
0003]在金属纤维烧结毡的成形和烧结过程中，根据其组成丝径的不同，其烧结温度不同，为获得较好的烧结状态，可采取降低纤维丝径和提高烧结温度两种方案，但前者会降低材料孔径，后者会减小孔隙度，极大限制了材料可控的孔结构范围，影响其应用推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种制备工艺简单、方案简便可行、可操作性强的金属纤维烧结毡的制备方法。利用该方法制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细丝径纤维分布比例高于下层，使得金属纤维烧结毡在烧结前就有了特殊的微结构组成，该微结构组成能够使金属纤维在较低的烧结温度便可实现良好的冶金结合，大大提高了金属纤维烧结毡的整体强度，显著降低了生产成本。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤一、选取2 4种丝径规格的金属纤维，分别送入纤维牵切机中牵切得到长度为10_ 50_的金属纤维；步骤二、将步骤一中牵切后的金属纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤二中分散后的金属纤维一起送入气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在气流压力为760Pa IOOOPa的条件下进行铺制，得到单重为100g/m2 500g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于烧结炉中，在保护气氛或真空条件下烧结，得到金属纤维烧结毡。上述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属纤维为不锈钢纤维、铜纤维、钛纤维或FeCrAl纤维。上述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属纤维的丝径为5 μ m 50 μ m。上述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述保护气氛为氢气气氛、氩气气氛或氮气气氛。
上述的ー种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述真空条件的真空度为 I X KT2Pa I X l(T3Pa。上述的ー种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述烧结的温度为850°C 1150°C，烧结的时间为Ih 3h。本发明与现有技术相比具有以下优点(I)本发明选用2 4种丝径规格的金属纤维，利用不同丝径规格金属纤维的组合搭配，使得后续的烧结过程中，细丝径的金属纤维更易烧结形成烧结结点，解决了粗丝径金属纤维难以形成烧结结点，使金属纤维烧结毡整体达到冶金结合的状态；本发明通过粗、细丝径金属纤维的互补搭配，能够在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果。
(2)本发明所制备的金属纤维毛毡和金属纤维烧结毡均能够制备具有较高孔隙度的金属纤维多孔材料，解决了粗丝径金属纤维不易制备高孔隙度多孔材料的难题。本发明在金属纤维烧结毡的制备领域中是一大突破，不仅使金属纤维烧结毡材料的高温成形エ艺得到改善，也解决了粗丝径金属纤维不易制备高孔隙度多孔材料的难题，而且显著降低了生产成本。(3)本发明选取2 4种丝径规格的金属纤维，首先将金属纤维进行牵切并分散为絮状，然后在气流铺毡机中铺毡，分散为絮状的金属纤维在空气气流的作用下混合均匀，又在重力作用下缓慢沉积下来，由于相同长度且相同材质的条件下，较粗丝径的金属纤维比较细丝径的金属纤维重量大，因此会较快沉积下来，较细丝径的金属纤维则较慢沉积，因此铺制得到的金属纤维毛毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，这使得金属纤维烧结毡在烧结前就有了特殊的微结构组成，该微结构能够使得金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果；采用本发明制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度比単一丝径规格的金属纤维烧结毡提高了5MPa 15MPa。(5)本发明制备エ艺简单，方案简便可行，可操作性强，使金属纤维烧结毡的制备方法不仅仅局限于单ー丝径的范围内。(6)本发明所制备的金属纤维毛毡和金属纤维烧结毡均可广泛用于各应用领域，如过滤分离、吸声降噪、传热、轻质结构件等。下面结合实施例对本发明作进ー步详细说明。
具体实施例方式实施例I本实施例的金属纤维烧结毡的制备方法包括以下步骤步骤一、选取丝径分别为8 μ m和12 μ m的不锈钢纤维，分别送入纤维牵切机中牵切至不锈钢纤维的长度为20mm ；步骤ニ、将步骤一中牵切后的不锈钢纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤ニ中分散后的丝径为8 μ m的不锈钢纤维和丝径为12 μ m的不锈钢纤维按质量比I : 2同时送入美国Rando(兰多)公司生产的气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在空气气流压カ为850Pa的条件下铺制得到单重为300g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为lX10_2Pa的条件下进行烧结，烧结温度为1150°C，烧结时间为2h，得到金属纤维烧结毡。本实施例制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，特殊的微结构组成使金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果，本实施例制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度比単一丝径规格的不锈钢金属纤维烧结毡提高了 6MPa。实施例2本实施例的金属纤维烧结毡的制备方法包括以下步骤步骤一、选取丝径分别为10 μ m和25 μ m的铜纤維，分别送入纤维牵切机中牵切至 铜纤维的长度为IOmm ；步骤ニ、将步骤一中牵切后的铜纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤ニ中分散后的丝径为10 μ m的铜纤维和丝径为25 μ m的铜纤维按质量比I : I同时送入美国Rando (兰多)公司生产的气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在空气气流压カ为760Pa的条件下铺制得到单重为500g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于真空烧结炉中，在真空度为lX10_3Pa的条件下进行烧结，烧结温度为850°C，烧结时间为3h，得到金属纤维烧结毡。本实施例制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，特殊的微结构组成使金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果，本实施例制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度比単一丝径规格的铜金属纤维烧结毡提高了 8MPa。实施例3本实施例的金属纤维烧结毡的制备方法包括以下步骤步骤一、选取丝径分别为10 μ m、30 μ m和50 μ m的钛纤維，分别送入纤维牵切机中牵切至钛纤维的长度为50mm ；步骤ニ、将步骤一中牵切后的钛纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤ニ中分散后的丝径为10 μ m的钛纤维、丝径为30 μ m的钛纤维和丝径为50 μ m的钛纤维按质量比I : 3 2同时送入美国Rando (兰多)公司生产的气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在空气气流压カ为IOOOPa的条件下铺制得到单重为500g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于气氛烧结炉中，在氢气气氛保护下进行烧结，烧结温度为1000°c，烧结时间为lh，得到金属纤维烧结毡。本实施例制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，特殊的微结构组成使金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果，本实施例制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度比単一丝径规格的钛金属纤维烧结毡提高了 8MPa。实施例4本实施例的金属纤维烧结毡的制备方法包括以下步骤
步骤一、选取丝径分别为10 μ m、20 μ m和40 μ m的FeCrAl纤维，分别送入纤维牵切机中牵切至FeCrAl纤维的长度为30mm ；步骤ニ、将步骤一中牵切后的FeCrAl纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤ニ中分散后的丝径为ΙΟμπι的FeCrAl纤维、丝径为20 μ m的FeCrAl纤维和丝径为40 μ m的FeCrAl纤维按质量比1:1:2同时送入美国Rando (兰多)公司生产的气流铺租机中，同时向气流铺租机中通入空气气流，将金属纤维在空气气流压カ为IOOOPa的条件下铺制得到单重为500g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于气氛烧结炉中，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度为1000°c，烧结时间为lh，得到金属纤维烧结毡。本实施例制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向均呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，特殊的微结构组成使金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果，本实施例制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度 比単一丝径规格的FeCrAl金属纤维烧结毡提高了 15MPa。实施例5本实施例的金属纤维烧结毡的制备方法包括以下步骤步骤一、选取丝径分别为10 μ m、15 μ m和20 μ m的铜纤維，分别送入纤维牵切机中牵切至铜纤维的长度为25mm ；步骤ニ、将步骤一中牵切后的铜纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤ニ中分散后的丝径为10 μ m的铜纤维、丝径为15 μ m的铜纤维和丝径为20 μ m的铜纤维按质量比2 3 4同时送入美国Rando (兰多)公司生产的气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在空气气流压カ为IOOOPa的条件下铺制得到单重为100g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于气氛烧结炉中，在氮气气氛保护下进行烧结，烧结温度为850°C，烧结时间为2h，得到金属纤维烧结毡。本实施例制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，特殊的微结构组成使金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果，本实施例制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度比単一丝径规格的铜金属纤维烧结毡提高了 8MPa。实施例6本实施例的金属纤维烧结毡的制备方法包括以下步骤步骤一、选取丝径分别为10 μ m、15 μ m和50 μ m的钛纤維，分别送入纤维牵切机中牵切至钛纤维的长度为50mm ；步骤ニ、将步骤一中牵切后的钛纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状；步骤三、将步骤ニ中分散后的丝径为10 μ m的钛纤维、丝径为15 μ m的钛纤维和丝径为50 μ m的钛纤维按质量比I : 2 2同时送入美国Rando (兰多)公司生产的气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在空气气流压カ为IOOOPa的条件下铺制得到单重为300g/m2的金属纤维毛毡；步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于气氛烧结炉中，在氩气气氛保护下进行烧结，烧结温度为1100°c，烧结时间为lh，得到金属纤维烧结毡。
本实施例制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向均呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于纤维毡下层，特殊的微结构组成使金属纤维在较低的烧结温度即可获得较多的烧结结点，容易达到冶金结合的效果，本实施例制备的金属纤维烧结毡的抗拉强度比単一丝径规格的钛金属纤维烧结毡提高了 12. 5MPa。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技 术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤一、选取2 4种丝径规格的金属纤维，分别送入纤维牵切机中牵切得到长度为IOmm 50_的金属纤维； 步骤二、将步骤一中牵切后的金属纤维分别置于纤维分散机中分散为絮状； 步骤三、将步骤二中分散后的金属纤维一起送入气流铺毡机中，同时向气流铺毡机中通入空气气流，将金属纤维在气流压力为760Pa IOOOPa的条件下进行铺制，得到单重为100g/m2 500g/m2的金属纤维毛租； 步骤四、将步骤三中所述金属纤维毛毡置于烧结炉中，在保护气氛或真空条件下烧结，得到金属纤维烧结毡。
2.根据权利要求I所述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属纤维为不锈钢纤维、铜纤维、钛纤维或FeCrAl纤维。
3.根据权利要求I所述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤一中所述金属纤维的丝径为5 μ m 50 μ m。
4.根据权利要求I所述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述保护气氛为氢气气氛、IS气气氛或氮气气氛。
5.根据权利要求I所述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述真空条件的真空度为I X IO-2Pa I X 10 O
6.根据权利要求I所述的一种金属纤维烧结毡的制备方法，其特征在于，步骤四中所述烧结的温度为850°C 1150°C，烧结的时间为Ih 3h。
全文摘要
本发明提供了一种金属纤维烧结毡的制备方法，包括以下步骤一、选取2～4种丝径规格的金属纤维，分别送入纤维牵切机中牵切；二、分别置于纤维分散机中分散为絮状；三、同时送入气流铺毡机中铺制得到金属纤维毛毡；四、将金属纤维毛毡在保护气氛或真空条件下烧结，得到金属纤维烧结毡。本发明制备工艺简单，方案简便可行，可操作性强；利用本发明制备的金属纤维烧结毡的纤维丝径在厚度方向呈梯度分布，上层的细纤维分布比例高于下层，使金属纤维烧结毡在烧结前就有了特殊的微结构组成，能够在较低的烧结温度便可实现良好的冶金结合，解决了大丝径纤维不易制备高孔隙度孔材料的难题，大大提高了金属纤维烧结毡的整体强度，显著降低了生产成本。
文档编号B22F3/11GK102861912SQ20121035580
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月23日 优先权日2012年9月23日
发明者敖庆波, 汤慧萍, 朱纪磊, 王建忠, 支浩, 马军 申请人:西北有色金属研究院