CN103264162A - 一种微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡及其制造方法 - Google Patents

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廖建龙
刘小康
吴凡
吴汝素
邱孝新
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Abstract

本发明公开了一种微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡及其制造方法，（1）用外圆车刀对铜棒表面进行车削外圆，以去除铜棒表面粗糙部分，使铜棒表面光洁无锈；（2）利用切削法加工出表面粗糙、尺寸均匀的铜纤维；（3）将铜纤维按长度要求剪成多段，得到铜纤维段；（4）根据孔隙率与质量之间的关系，针对实验所需要的孔隙率，用天平称取相应质量的铜纤维段；（5）将铜纤维段按照相应的方法均匀压制在模具的凹槽内；再把模具放进烧结炉进行烧结等过程，得到微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡。本发明工艺简单，生产效率高，成本低廉。应用领域广泛，具有导向性好，流体分布均匀，流动性好等优点。

Description

一种微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属纤维烧结毡，特别是涉及一种微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡及其制造方法。
背景技术
金属纤维烧结毡具有三维网状结构、高精度全连通的孔径和高达70%～99%的孔隙率,压力损失很低,优良的延展性，流通性好、阻力损失小、承压强度高等优越特性。适合作为各种催化反应的载体、过滤器材，隔音材料等的使用，在石油、化工、电子、汽车、机械等行业迅速得到了推广应用。金属纤维烧结毡与传统的粉末过滤材料相比具有高强度、高容尘量、使用寿命长等特点，与丝网过滤材料相比具有过滤精度高、透气性好、比表面积大和毛细管功能等特点，尤其适于高温、高粘度、有腐蚀介质等恶劣条件下的过滤。金属纤维烧结毡附加值高，具有优异的、独特的性能，具有很大市场潜力,有着广泛的应用前景。但是，目前常用的金属纤维烧结毡存在着导向性差，流体分布不均匀，流通能力差，有效利用率低等问题，严重影响了催化反应的性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了一种导向性好、流体分布均匀、流动性好的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡及其制造方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，包括如下步骤：
（1）用外圆车刀对铜棒表面进行车削外圆，以去除铜棒表面粗糙部分，使铜棒表面光洁、无锈；
（2）利用切削法，采用多齿状刃刀具加工出表面粗糙，尺寸均匀的铜纤维；
（3）将铜纤维，按长度要求剪成多段，得到铜纤维段；
（4）根据孔隙率与质量之间的关系，针对实验所需要的孔隙率，用天平称取相应质量的铜纤维段；
（5）模压，根据不同的要求，将铜纤维段按照相应的方法均匀压制在模具的凹槽内；
（6）然后把模具放进烧结炉，在加热温度900℃，保温时间60min的条件下进行烧结，炉温低于350℃时通入N2，炉温到达350℃时将N2换为H2通入，得到铜纤维烧结毡的毛坯；
（7）待铜纤维烧结毡的毛坯加热过程完毕后，使其在烧结炉中自然冷却，在烧结炉的炉温下降到350℃时将将H2换为N2通入，等到烧结炉的炉温自然冷却到200℃时取出，自然冷却即可得到微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡。
上述步骤（2）尺寸均匀的铜纤维是指直径为100um～150um、长度为200mm以上的铜纤维。
上述步骤（3）铜纤维段的长度为10mm～20mm。
上述步骤（4）孔隙率与质量之间的关系为：E=1-m∕pv，其中E为孔隙率，m为纤维毡质量，p为铜密度，这里铜采用紫铜，紫铜为8.9克/每立方厘米，v为纤维毡体积。
上述步骤（5）中所述根据不同的要求是指铜纤维烧结毡的结构是多梯度结构或者是微通道结构，或者是多梯度结构和微通道结构的组合；该多梯度结构是指具有两个或者两个以上不同孔隙率的铜纤维烧结毡；所述微通道结构是指表面或者内部具有微通道结构的铜纤维烧结毡，微通道形状为直线形、回字形或者放射形中的任意一种。
上述步骤（5）所述按照相应的方法是指压制多梯度结构与微通道结构时，分别采用不同的压制方法，具体是在压制具有不同孔隙率的多梯度结构烧结毡时：先用模具将凹槽的相应位置挡住，将其中一个孔隙率所对应的铜纤维均匀的放置于凹槽中其相应的位置，然后在两孔隙率分界处放置一片挡板，接着将前面所述的模具移开，用同样的方法将另外一个孔隙率所对应的铜纤维放置于凹槽中，如此类推，直至所有的铜纤维均放置入凹槽中，最后通过压制板压紧，并通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具夹紧。
上述制造方法，所制得的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡，可应用于催化剂载体。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明用切削办法制取铜纤维，利用铜纤维良好的烧结特性，所制得的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡。本发明采用的方法和设备要求低，制作方法简单，价格便宜，有利于大规模生产。通过切削加工工艺，制造出具有微观茸状结构特征的铜纤维，具有易通过烧结连结的特性，可以使本烧结毡的成型结构更均匀，综合性能更加出众。
本发明所公开的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡，利用烧结毡结构上区域化的孔隙率梯度差异化分布，同时通过流体压力的自修正作用，能够使流经以该烧结毡为载体的流体具有被动调节，提高其在载体中分布均匀化程度的独特性能。并以此提高烧结毡的利用效率及流体的反应及作用速率。
本发明所公开的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡，利用了烧结毡表面的通道的均匀分布，对流体具有导向作用，有利于流体的均匀分布。同时通过增加微通道结构的长度，延长流体与催化剂接触的时间，比如采用回字形微通道的烧结毡。
附图说明
图1为双梯度孔结构的铜纤维烧结毡压制示意图。
图2为压制板的结构示意图。
图3为挡板的结构示意图。
图4为直线形通道模具的结构示意图。
图5为回字形通道模具的结构示意图。
图6为放射形通道模具的结构示意图。
图7为采用夹紧机构压制示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
本发明微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，包括如下步骤：
（1）用外圆车刀对铜棒表面进行车削外圆，以去除铜棒表面粗糙部分，使铜棒表面光洁、无锈；
（2）利用切削法（转速105r/min，每次进给量0.15），采用多齿状刃刀具加工出表面粗糙，尺寸均匀的铜纤维；铜纤维直径为100um～150um、长度为200mm以上。
（3）将铜纤维，按长度要求剪成多段，得到铜纤维段；铜纤维段的长度为10mm～20mm。
（4）根据孔隙率与质量之间的关系，针对实验所需要的孔隙率，用天平称取相应质量的铜纤维段；所述孔隙率与质量之间的关系为：E=1-m∕pv，其中E为孔隙率，m为纤维毡质量，p为铜密度，这里铜采用紫铜，紫铜为8.9克/每立方厘米，v为纤维毡体积。
（5）模压，根据不同的要求，将铜纤维段按照相应的方法均匀压制在模具的凹槽内；根据不同的要求是指铜纤维烧结毡的结构是多梯度结构或者是微通道结构，或者是多梯度结构和微通道结构的组合。
所述多梯度结构是指具有两个或者两个以上不同孔隙率的铜纤维烧结毡。
所述微通道结构是指表面或者内部具有微通道结构的铜纤维烧结毡，微通道形状为直线形（见图4）、回字形（见图5）或者放射形（见图6）中的任意一种。
如图1、图2、图3。按照相应的方法是指压制多梯度结构与微通道结构时，分别采用不同的压制方法，压制具有不同孔隙率的多梯度结构烧结毡时：先用模具将凹槽的相应位置挡住，将其中一个孔隙率所对应的铜纤维均匀的放置于凹槽中其相应的位置，然后在两孔隙率分界处放置一片挡板2，接着将前面所述的模具移开，用同样的方法将另外一个孔隙率所对应的铜纤维放置于凹槽中，如此类推，直至所有的铜纤维均放置入凹槽中，最后通过压制板1压紧，并通过拧紧夹紧机构（见图7；夹紧机构为现有技术）的螺丝将模具夹紧。
（6）然后把模具放进烧结炉，在加热温度900℃，保温时间60min的条件下进行烧结，炉温低于350℃时通入N2，炉温到达350℃时将N2换为H2通入，得到铜纤维烧结毡的毛坯；
（7）待铜纤维烧结毡的毛坯加热过程完毕后，使其在烧结炉中自然冷却，在烧结炉的炉温下降到350℃时将将H2换为N2通入，等到烧结炉的炉温自然冷却到200℃时取出，自然冷却即可得到微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡。
采用上述方法，所制得的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡，可应用于催化剂载体。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）用外圆车刀对铜棒表面进行车削外圆，以去除铜棒表面粗糙部分，使铜棒表面光洁、无锈；
（2）利用切削法，采用多齿状刃刀具加工出表面粗糙，尺寸均匀的铜纤维；
（3）将铜纤维，按长度要求剪成多段，得到铜纤维段；
（4）根据孔隙率与质量之间的关系，针对实验所需要的孔隙率，用天平称取相应质量的铜纤维段；
（5）模压，根据不同的要求，将铜纤维段按照相应的方法均匀压制在模具的凹槽内；
（6）然后把模具放进烧结炉，在加热温度900℃，保温时间60min的条件下进行烧结，炉温低于350℃时通入N2，炉温到达350℃时将N2换为H2通入，得到铜纤维烧结毡的毛坯；
（7）待铜纤维烧结毡的毛坯加热过程完毕后，使其在烧结炉中自然冷却，在烧结炉的炉温下降到350℃时将将H2换为N2通入，等到烧结炉的炉温自然冷却到200℃时取出，自然冷却即可得到微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡。
2.根据权利要求1所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤（2）尺寸均匀的铜纤维是指直径为100um～150um、长度为200mm以上的铜纤维。
3.根据权利要求1所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤（3）铜纤维段的长度为10mm～20mm。
4.根据权利要求1所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于步骤（4）所述孔隙率与质量之间的关系为：E=1-m∕pv，其中E为孔隙率，m为纤维毡质量，p为铜密度，这里铜采用紫铜，紫铜为8.9克/每立方厘米，v为纤维毡体积。
5.根据权利要求1所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤（5）中所述根据不同的要求是指铜纤维烧结毡的结构是多梯度结构或者是微通道结构，或者是多梯度结构和微通道结构的组合。
6.根据权利要求5所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述多梯度结构是指具有两个或者两个以上不同孔隙率的铜纤维烧结毡。
7.根据权利要求5所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述微通道结构是指表面或者内部具有微通道结构的铜纤维烧结毡，微通道形状为直线形、回字形或者放射形中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤（5）所述按照相应的方法是指压制多梯度结构与微通道结构时，分别采用不同的压制方法。
9.根据权利要求8所述的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于分别采用不同的压制方法，压制具有不同孔隙率的多梯度结构烧结毡时：先用模具将凹槽的相应位置挡住，将其中一个孔隙率所对应的铜纤维均匀的放置于凹槽中其相应的位置，然后在两孔隙率分界处放置一片挡板，接着将前面所述的模具移开，用同样的方法将另外一个孔隙率所对应的铜纤维放置于凹槽中，如此类推，直至所有的铜纤维均放置入凹槽中，最后通过压制板压紧，并通过拧紧夹紧机构的螺丝将模具夹紧。
10.根据权利要求1～9中任一项所述微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡的制造方法，所制得的微通道梯度孔结构的铜纤维烧结毡，应用于催化剂载体。
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