CN101942710A - 一种金属纤维的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种生产金属纤维的方法，所述方法包括以下步骤：a)使用真空系统对金属熔化系统和保温加压系统提供真空环境；b)使用所述金属熔化系统对金属进行进行熔化；c)将熔化的金属浇注到所述保温加压系统进行保温加压；d)将熔化的金属垂直喷射至纤维冷却系统产生金属纤维。使用该方法满足净化和保护熔液需要，并能控制纤维成型，达到稳定生产、制备出高质量的金属纤维的目的。
Description
技术领域
本发明涉及金属纤维的生产方法，尤其涉及低熔点活泼金属的净化及生产高质量金属纤维的方法。
背景技术
金属纤维是一种集多种特殊性能于一体的新型材料，具有高强度、高弹性模量，以及优异的导电性、导热性、耐磨性。因此，金属纤维的用途不断扩大，用量在迅速增长，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等行业中。
金属纤维的制造方法主要有三种：切削法，拉拔法和熔抽法。目前国内使用的纤维相当一部分是切削法生产的，这种纤维尺寸精度差，形状不规则，质量较差，严重影响了使用效果。拉拔法生产的纤维虽然表面质量较好，但只适用于塑性高的材料，而且中间经过多道热处理，工艺比较复杂，成本较高。熔抽法采用熔化金属喷吹法生产的纤维方法简单，既可制取短纤维也可制取长纤维，一般适用于低熔点金属(主要是铝和铜)。但采用该方法中熔液的净化难度较大，纤维成型的表面质量不易控制，工艺不稳定，这些限制了熔抽法的进一步应用。
目前，国外一般应用熔抽法制造低熔点无纺金属纤维，利用该法制备纤维，有些是将金属熔化直接加压喷出，即熔化后直接在加热体内加压，有些是熔化后直接大气下熔液进行转移。其最大缺点在于金属熔体得不到有效净化，而且对于活泼金属不能有效保护，导致生产的纤维质量不高。而且由于氧化和夹杂的大量存在导致喷嘴易堵，工作效率很低。随着科技发展对纤维纯净度和综合性能要求的提高，现有技术已经不能满足生产高质量纤维的需要。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是要解决上述问题，发明一种金属纤维生产方法，满足净化和保护熔液需要，并能控制纤维成型，达到稳定生产、制备出高质量的金属纤维的目的。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种生产金属纤维的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)使用真空系统对金属熔化系统和保温加压系统提供真空环境；
b)使用所述金属熔化系统对金属进行进行熔化；
c)将熔化的金属浇注到所述保温加压系统进行保温加压；
d)将熔化的金属垂直喷射至纤维冷却系统产生金属纤维。
根据上述的方法，其特征在于，所述步骤a)的步骤包括：
将金属块放入所述金属熔炼系统的真空熔炼炉内的坩埚内，经过熔化金属、搅拌除气、静置精炼。
根据上述的方法，其特征在于，所述步骤b)的步骤包括：
熔化坩埚倾倒并通过连接真空熔炼炉和所述保温加压系统的保温加压炉的浇道浇注，熔化的金属浇注到所述保温加压炉内的保温坩埚中，所述浇道上移，关闭水冷阀密封所述保温加压炉，关闭隔离阀将所述保温加压炉和真空系统隔离，所述保温加压炉内升温，待熔液达到720-900℃后，由设在所述保温加压炉上的充气口充入惰性气体，加压喷吹，并保持炉内的压力稳定。
根据上述的方法，其特征在于，所述步骤c)的步骤包括：
金属从所述保温坩埚底部的喷嘴喷出进入所述冷却系统的冷却仓进行冷却，从所述冷却仓上的纤维出口排出。
根据上述的方法，其特征在于，在真空环境中充入惰性气体。
根据上述的方法，其特征在于，仅使用所述冷却仓内壁上部的冷却管进行冷却。
根据上述的方法，其特征在于，使用所述冷却管进行一级水冷，并使用所述冷却仓内下部的气流喷嘴喷出的气体进行二级冷却。
根据上述的方法，其特征在于，喷吹的同时所述真空熔炼炉开始下一炉材料的熔化，当所述保温坩埚中的熔液下降到一定位置时，停止喷吹，泄压，然后关闭密闭阀，关闭水冷阀，打开隔离阀抽真空，当所述保温加压炉与所述真空熔炼炉真空度相同后，打开水冷阀，浇道下移浇注，实现半连续工作。
使用该方法满足净化和保护熔液需要，并能控制纤维成型，达到稳定生产、制备出高质量的金属纤维的目的。
附图说明
图1是本发明的金属纤维生产装置的结构图。
具体实施方式
参见图1，本发明的金属纤维的生产装置包括金属熔化系统1，保温加压系统2、纤维冷却系统3和真空系统4。金属熔化系统1用以熔化金属。保温加压系统2连接于金属熔化系统1，用以将熔化的金属进行保温加压。纤维冷却系统3连接于保温加压系统2，用以接收并冷却从保温加压系统喷射出的熔化金属，所述真空系统连接于所述金属熔化系统和所述保温加压系统，为其提供真空环境。金属熔化系统1和保温加压系统2共用一套真空系统4，通过阀门5控制隔离或连同真空系统5和保温加压系统2。
金属熔化系统1具体结构包括：真空熔炼炉6、熔化坩埚8、浇道9、粗孔滤网10。测温机构7从真空熔炼炉6上端插入，用以测量真空熔炼炉6内的温度。熔化坩埚8位于真空熔炼炉6内，并可以倾斜移动(沿图1中箭头所示的方向)。浇道9(或称溜槽)穿过真空熔炼炉6底部通到保温加压系统3中。并且在浇道9上端安装一个粗孔滤网10。
金属铸锭通过感应加热，真空熔化与精炼，之后，熔液真空条件下经过一级粗网过滤浇注到保温加压炉中，整个过程在真空条件或惰性气氛保护下进行，这能够最大限度避免了金属氧化产物生成或其他加渣的进入。
保温加压系统2的具体结构包括：保温加压炉11、保温坩埚12、水冷阀13、充气口14、喷嘴15、密闭阀16、细孔滤网17。
保温坩埚12位于保温加压炉11内，用以对熔化的金属进行保温。水冷阀13固定在保温坩埚12的开口上方。充气口14位于保温加压炉11上，用以充入或排出惰性气体。喷嘴15位于保温坩埚12的底端，并且喷嘴15上面分布规则排列的小孔。密闭阀16位于喷嘴15下方，用以控制开启或关闭喷嘴15。保温坩埚12上安装有细孔滤网17。
熔液流过浇道，经过二级细网过滤进入保温坩埚12内，保温坩埚12采用电阻加热保温能够达到精确控制熔体温度的目的，误差在±5℃。通过自动控制气体施压与泄压，精确控制工作压力。保温加压炉11内通入0.1-2.0MPa的惰性气体(氮气或氩气)，保证纤维的顺利喷出与成型。
纤维冷却系统3具体结构包括：冷却仓18，冷却仓18上部内壁上设有水冷管19，下部通入气流喷嘴20，并且在下部开有纤维出口21。
冷却仓18即要保证纤维的成型又要使其充分冷却和有序下落。因此，冷却仓18中设计了二级冷却，即一级缓冷和二级快冷。考虑到快速冷却不利于纤维成型，在纤维行程的前半部分的冷却仓内壁缠绕水冷管19(可以是钢管、铝管或者铜管)实施一级冷却，通过水冷管与气体，气体与纤维之间的间接热交换达到对纤维的冷却，该段冷速较慢。当纤维成型后，进入二级冷却，这里直接通入室温或低温循环气体，气体直接冷却纤维。仓壁上分布着方向与流量可调的气流喷嘴20，一方面冷却，另一方面能够改变纤维的行进方向，以利于收集。根据纤维材料的不同，可以实时调整每级冷却装置的相关参数，例如管子的材质，水的流量，以及气流温度、流量和方向等，来达到最佳的冷却效果，获得高质量的金属纤维。经过冷却系统后，形成直径大于0.05mm，长度大于20mm的金属纤维。
总的实施工艺流程：真空熔化金属—净化除渣—浇注—保温—加压—喷出纤维—纤维冷却。
具体来说，首先将切好的金属块放入真空炉的坩埚内，抽真空(连续工作时每次需要打开真空炉阀门)，通电熔化金属，搅拌除气，静置精炼，待测温达到要求后，坩埚8倾倒浇注，经过双级过滤(粗孔滤网10装在浇道口)后浇铸到保温坩埚i(细孔滤网装17在保温坩埚顶部)中，浇道9上移(通过液压装置22的动作)，关闭水冷阀13和隔离阀5。保温炉内升温，待熔液达到一定的温度后，由充气口14充入惰性气体，加压喷吹，通过自动控制和调节保持炉内的压力稳定。与此同时，真空熔炼炉开始下一炉材料的熔化，在装料之前清理粗孔滤网和熔化坩埚(如需要可以更换)。当保温坩埚中的熔液下降到一定位置时，停止喷吹，泄压，打开炉盖清理细孔滤网的渣子或者更换，然后关闭阀门16，关闭水冷阀13，打开隔离阀5抽真空，与真空炉真空度相同后，打开阀门13，浇道下移浇注，实现半连续工作。
当纤维喷出进入冷却仓1后，根据制造纤维的规格和质量需要调整一级和二级冷却条件。
对于容易形成表面氧化保护膜的铝，可以利用上述的净化，过滤，保持5阀门一直关闭，阀门16一直打开，在非真空条件下浇注，然后施压喷出。
对于容易氧化的金属和材料，在上述过程实施的基础上，可以对冷却仓进行改造，通入惰性气体保护，并进行循环冷却。
对于需要生产尺寸在20mm以下的高纯净度纤维短节或者金属粉末，同样是在该设备的基础上，参考制粉的冷却仓设计对该仓进行改造。
针对不同金属材质和纤维规格的要求，可以调节循环水流量，水管材质和排布来实现一级冷却的参数改变；调节底部吹气孔气流的流量和方向来控制二级冷却效果和纤维飞行方向，这样保证纤维既有利于成型又能迅速冷却，并形成一定长度、有序下落。
Claims (8)
1.一种生产金属纤维的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)使用真空系统对金属熔化系统和保温加压系统提供真空环境；
b)使用所述金属熔化系统对金属进行熔化；
c)将熔化的金属浇注到所述保温加压系统进行保温加压；
d)将熔化的金属垂直喷射至纤维冷却系统产生金属纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)的步骤包括：
将金属块放入所述金属熔炼系统的真空熔炼炉内的坩埚内，经过熔化金属、搅拌除气、静置精炼。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤b)的步骤包括：
熔化坩埚倾倒并通过连接真空熔炼炉和所述保温加压系统的保温加压炉的浇道浇注，熔化的金属浇注到所述保温加压炉内的保温坩埚中，所述浇道上移，关闭水冷阀密封保温加压炉，关闭隔离阀将所述保温加压炉和真空系统隔离，所述保温加压炉内升温，待熔液达到720-900℃后，由设在所述保温加压炉上的充气口充入惰性气体，加压喷吹，并保持炉内的压力稳定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤c)的步骤包括：
金属从所述保温坩埚底部的喷嘴喷出进入所述冷却系统的冷却仓进行冷却，从所述冷却仓上的纤维出口排出。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在真空环境中充入惰性气体。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仅使用所述冷却仓内壁上部的冷却管进行冷却。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用所述冷却管进行一级水冷，并使用所述冷却仓内下部的气流喷嘴喷出的气体进行二级冷却。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，喷吹的同时所述真空熔炼炉开始下一炉材料的熔化，当所述保温坩埚中的熔液下降到一定位置时，停止喷 吹，泄压，然后关闭密闭阀，关闭水冷阀，打开隔离阀抽真空，当所述保温加压炉与所述真空熔炼炉真空度相同后，打开水冷阀，浇道下移浇注，实现半连续工作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |