一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于不銹鋼材料技術(shù)領域，具體涉及一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 不銹鋼纖維燒結(jié)氈是一種多功能化輕質(zhì)多孔材料，廣泛應用于過濾分離、吸聲降 噪、沖擊能量吸收等領域，其拉伸以及壓縮性能直接影響服役過程中的可靠性。然而目前這 種材料存在斷裂強度低、壓縮能量吸收能力差等缺點，制約著其在各種苛刻服役條件下的 應用。
[0003] 不銹鋼纖維燒結(jié)氈的關(guān)鍵制作過程包括氣流鋪氈過程以及高溫燒結(jié)過程，后者是 保證金屬纖維間形成冶金結(jié)合，保證金屬纖維氈力學性能的關(guān)鍵步驟。不銹鋼纖維燒結(jié)氈 的常規(guī)燒結(jié)工藝是將未經(jīng)壓縮的不銹鋼纖維毛氈直接放置于真空爐中，在溫度為1200°c~ 1300°C的條件下保溫2h~3h，使其燒結(jié)成為具有一定孔隙度的纖維燒結(jié)氈。由于該工藝 的燒結(jié)溫度過高，保溫時間過長，不銹鋼纖維內(nèi)部的晶粒容易粗化，顯著降低了不銹鋼纖維 燒結(jié)氈的力學性能。除此之外，由于不銹鋼纖維氈中纖維的長徑比大，互相纏繞約束，致使 纖維氈在燒結(jié)過程中整體收縮緩慢，難以在燒結(jié)過程中收縮到設定的孔隙度，特別是當設 定的孔隙度小于85%時，一般都需要將燒結(jié)后獲得的金屬纖維燒結(jié)氈用液壓機繼續(xù)壓縮至 設定的孔隙度，這進一步降低了材料的力學性能，增加了生產(chǎn)工序，降低了材料性能的穩(wěn)定 性。例如，中國專利文獻號CN102068857A記載了一種金屬纖維氈的生產(chǎn)方法，其特征在于 直接將金屬纖維毛氈疊加后放入真空燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1100 °C~1500 °C，保溫時 間為Ih~5h，冷卻降溫后得到一定孔隙度的金屬纖維氈，最后將燒結(jié)后的金屬纖維氈經(jīng)過 乳機壓制后調(diào)節(jié)厚度，得到規(guī)定厚度的金屬纖維氈成品。中國專利文獻號CN104289717A記 載了一種銅纖維氈的預壓縮燒結(jié)方法，將纖維裝入模具并手工預壓縮至設定孔隙度然后真 空燒結(jié)，獲得燒結(jié)金屬纖維氈。雖然這種方法適用于切削態(tài)纖維多孔材料的制備，但由于集 束拉拔態(tài)的不銹鋼纖維具有較大的彈性，壓縮抗力較大，難以手工直接壓縮，并且壓縮力卸 除后材料會發(fā)生反彈，導致模具變形。因此該方案不能應用于不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備。

【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，提供一種不銹鋼纖維 燒結(jié)氈的制備方法。該方法不僅能實現(xiàn)不銹鋼纖維之間牢固的冶金結(jié)合，還能夠有效地避 免纖維內(nèi)部晶粒的粗化，從而使不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學性能顯著提高。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備 方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
[0006] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度<1X102Pa的條件下， 將所述不銹鋼纖維毛氈升溫至300°C~600°C后保溫30min~120min進行低溫燒結(jié)處理， 自然冷卻后得到低溫燒結(jié)氈；
[0007] 步驟二、采用液壓機將步驟一中所述低溫燒結(jié)氈壓縮至孔隙率為60%~95%，然 后將壓縮后的低溫燒結(jié)氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度<IXio2Pa的條件下，將壓縮后的 低溫燒結(jié)毯升溫至900°C~1000°C后保溫Imin~30min進行高溫燒結(jié)處理，自然冷卻后得 到不銹鋼纖維燒結(jié)氈。
[0008] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法，其特征在于，步驟一中所述不銹鋼纖 維毛氈中的不銹鋼纖維為采用集束拉拔法制備的纖維。
[0009] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法，其特征在于，步驟一中所述不銹鋼纖 維毛毯中不銹鋼纖維的絲徑為8ym~60um。
[0010] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法，其特征在于，步驟一中所述不銹鋼纖 維毛氈為316L不銹鋼纖維毛氈。
[0011] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法，其特征在于，步驟一中所述低溫燒結(jié) 處理的溫度為400 °C~500 °C。
[0012] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法，其特征在于，步驟二中所述壓縮后的 低溫燒結(jié)氈的孔隙率為80 %~85 %。
[0013] 上述的一種不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法，其特征在于，步驟一和步驟二中所述 升溫的速率均為5°C/min~20°C/min。
[0014] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：
[0015] 1、本發(fā)明在對不銹鋼纖維毛氈進行高溫燒結(jié)前，預先將不銹鋼纖維毛氈進行低溫 燒結(jié)處理，低溫燒結(jié)處理的溫度嚴格限制在300°C~600°C之間，保溫時間限制在0. 5h~2h 之間，這是由于，溫度過低/時間過短無法有效消除纖維內(nèi)部彈性應力，溫度過高/時間過 長則材料發(fā)生回復再結(jié)晶，纖維內(nèi)部的高密度位錯消失，無法保證材料在較低溫度下完成 燒結(jié)。
[0016] 2、本發(fā)明研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼纖維毛氈，尤其是集束拉拔態(tài)纖維制成的不銹鋼纖維 毛氈，能在低溫短時保溫下完成燒結(jié)，其主要原因是由于在拉拔過程中纖維內(nèi)部產(chǎn)生了高 密度位錯，在燒結(jié)時通過位錯滑移等機制使得纖維燒結(jié)結(jié)點周圍的原子快速流動促進了燒 結(jié)結(jié)點的快速生長。通過上述的低溫燒結(jié)工藝既降低了預壓縮需要的壓制力，又防止了卸 壓后材料的反彈變形，還保證了后續(xù)低溫短時燒結(jié)過程中纖維內(nèi)部高密度位錯對燒結(jié)的促 進作用。從而實現(xiàn)了材料的低溫短時燒結(jié)。
[0017] 3、本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)纖維之間牢固的冶金結(jié)合，還避免了纖維內(nèi)部晶粒的粗 化，從而提高了不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學性能。
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明實施例1-2以及對比例1-2制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應 力-應變曲線對比圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明實施例1-2以及對比例1-2制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應 力-應變曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0021] 實施例1
[0022] 本實施例不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法包括以下步驟：
[0023] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度< 1X10 2Pa的條件下， 將不銹鋼纖維毛氈以10°c/min的升溫速率升溫至400°C后保溫60min進行低溫燒結(jié)處理， 自然冷卻后得到低溫燒結(jié)氈；所述不銹鋼纖維毛氈中的不銹鋼纖維優(yōu)選為采用集束拉拔法 制備的316L不銹鋼纖維，纖維絲徑為28ym;
[0024] 步驟二、采用液壓機將步驟一中所述低溫燒結(jié)氈壓縮至孔隙率為83%，然后將壓 縮后的低溫燒結(jié)氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度<IXio2Pa的條件下，將壓縮后的低溫燒 結(jié)氈以10°C/min的升溫速率升溫至900°C后保溫30min進行高溫燒結(jié)處理，自然冷卻后得 到不銹鋼纖維燒結(jié)氈。
[0025] 將本實施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈裁制成拉伸試樣（規(guī)格130mmX20mmX3mm) 和壓縮試樣（規(guī)格IOmmX10_X20mm)，然后進行拉伸性能和壓縮性能檢測，測試結(jié)果見表 1。本實施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應力-應變曲線如圖1中的曲線A所示。本 實施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的壓縮應力-應變曲線如圖2中的曲線M所示。由此可 知，采用本實施例制備不銹鋼纖維燒結(jié)氈，不僅實現(xiàn)了不銹鋼纖維之間牢固的冶金結(jié)合，還 避免了纖維內(nèi)部晶粒的粗化，從而提高了不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學性能。
[0026] 實施例2
[0027] 本實施例不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法包括以下步驟：
[0028] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度< 1X10 2Pa的條件下， 將不銹鋼纖維毛氈以10°c/min的升溫速率升溫至500°C后保溫30min進行低溫燒結(jié)處理， 自然冷卻后得到低溫燒結(jié)氈；所述不銹鋼纖維毛氈中的不銹鋼纖維優(yōu)選為采用集束拉拔法 制備的316L不銹鋼纖維，纖維絲徑為28ym;
[0029] 步驟二、采用液壓機將步驟一中所述低溫燒結(jié)氈壓縮至孔隙率為83%，然后將壓 縮后的低溫燒結(jié)氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度<IXio2Pa的條件下，將壓縮后的低溫燒 結(jié)氈以10°C/min的升溫速率升溫至KKKTC后保溫IOmin進行高溫燒結(jié)處理，自然冷卻后 得到不銹鋼纖維燒結(jié)氈。
[0030] 將本實施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈裁制成拉伸試樣（規(guī)格130mmX20mmX3mm) 和壓縮試樣（規(guī)格IOmmX10_X20mm)，然后進行拉伸性能和壓縮性能檢測，測試結(jié)果見表 1。本實施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的拉伸應力-應變曲線如圖1中的曲線C所示。本 實施例制備的不銹鋼纖維燒結(jié)氈的壓縮應力-應變曲線如圖2中的曲線N所示。由此可 知，采用本實施例制備不銹鋼纖維燒結(jié)氈，不僅實現(xiàn)了不銹鋼纖維之間牢固的冶金結(jié)合，還 避免了纖維內(nèi)部晶粒的粗化，從而提高了不銹鋼纖維燒結(jié)氈的力學性能。
[0031] 實施例3
[0032] 本實施例不銹鋼纖維燒結(jié)氈的制備方法包括以下步驟：
[0033] 步驟一、將不銹鋼纖維毛氈置于真空燒結(jié)爐中，在真空度< 1X10 2Pa的條件下， 將不銹鋼纖維毛氈以20°C/min的升溫速率升溫至600°C后保溫30min進行低溫燒結(jié)處理， 自然冷卻后得到低溫燒結(jié)氈；所述不銹鋼纖維毛氈中的不銹鋼纖維優(yōu)選為