CN105057668B - 一种不锈钢纤维毡的烧结方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不锈钢纤维毡的烧结方法，该方法为：将不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，先在无微波条件下升温至300℃～600℃后保温0.5h～2h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡，然后将所述预烧结毡在微波条件下升温至700℃～900℃后保温10min～30min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。本发明不仅能实现不锈钢纤维之间牢固的冶金结合，还能够有效地避免纤维内部晶粒的粗化，从而使不锈钢纤维烧结毡的力学性能显著提高。
Description
技术领域
本发明属于金属多孔材料制备技术领域，具体涉及一种不锈钢纤维毡的烧结方法。
背景技术
烧结金属纤维毡是一种结构功能一体化材料。这种材料有望应用于能量吸收，过滤，燃料电池，热交换器等多种领域。在烧结金属纤维毡的制备中，烧结是关键过程，其保证了纤维烧结结点的冶金结合，直接影响力学性能和腐蚀性能。316L不锈钢纤维毡的常规烧结工艺是将未经压缩的纤维毛毡直接放置于真空炉中在1200℃～1300℃下保温2h～3h使其烧结成为具有一定孔隙度的纤维烧结毡。例如中国专利文献号CN102068857A,记载了一种金属纤维毡的生产方法，其特征在于直接将金属纤维毛毡叠加后放入真空烧结炉中烧结，烧结温度为1100℃～1500℃，保温时间为1～5h，冷却降温后得到一定孔隙度的金属纤维毡，最后将烧结后的金属纤维毡经过轧机压制后调节厚度，得到规定厚度的金属纤维毡成品。由于传统工艺的烧结温度过高，保温时间过长，金属纤维内部晶粒容易粗化，显著降低了金属纤维烧结毡的力学性能。
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，提供一种不锈钢纤维毡的烧结方法。该方法不仅能实现不锈钢纤维之间牢固的冶金结合，还能够有效地避免纤维内部晶粒的粗化，从而使不锈钢纤维烧结毡的力学性能显著提高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，该方法为：将不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，先在无微波条件下升温至300℃～600℃后保温0.5h～2h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡，然后将所述预烧结毡在微波条件下升温至700℃～900℃后保温10min～30min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述预烧结处理和烧结处理均在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体为氦气和氢气的混合气体。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述保护性气体为氦气和氢气按体积比9∶1混合均匀而成的混合气体。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述预烧结处理和烧结处理均在真空条件下进行。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述预烧结毡的升温速率为45℃/min～90℃/min。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述不锈钢纤维毡为316L不锈钢纤维毡。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至60％～85％。
上述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述不锈钢纤维毡中不锈钢纤维的丝径为8μm～200μm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明首先对不锈钢纤维毡在300℃～600℃低温进行预烧结处理，用以去除纤维内部弹性应力，保证后续处理时纤维间能够充分接触。低温烧结处理的温度严格限制在300℃～600℃之间，保温时间限制在0.5h～2h之间，这是由于，温度过低/时间过短无法有效消除纤维内部弹性应力，温度过高/时间过长则材料内部晶粒过大，力学性能降低。
2、本发明将预处理后的不锈钢纤维毡在700℃～900℃进行微波烧结处理，由于微波场在金属纤维之间产生放电，使纤维接触区域熔化形成液相，通过液相烧结加快了纤维之间烧结结点的形成，纤维表面有熔化产生的斑点痕迹。因此纤维在较低温度下就可以形成良好的冶金结合，而且由于微波加热的升温速度较快，保温时间短，烧结温度低，避免了纤维内部晶粒的粗化，因此提高了单根纤维的强度，材料整体拉伸强度也由此提高。
3、本发明不仅能实现不锈钢纤维之间牢固的冶金结合，还能够有效地避免纤维内部晶粒的粗化，从而使不锈钢纤维烧结毡的力学性能显著提高。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1烧结后的不锈钢纤维毡的表面形貌SEM照片。
图2为本发明对比例1烧结后的不锈钢纤维毡的表面形貌SEM照片。
具体实施方式
本发明中所述的微波烧结炉为现有常见设备，本发明实施例中所采用的微波烧结炉是生产厂家为长沙隆泰微波热工有限公司、型号为HAMiLab-V型的微波气氛烧结炉，其最大功率为3kW，频率为2.45GHz。
实施例1
本实施例不锈钢纤维毡的烧结方法为：将纤维丝径为28μm的316L不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，首先关闭微波功能，使不锈钢纤维在无微波条件下升温至400℃后保温0.5h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡；然后打开微波功能，将所述预烧结毡在微波条件下以50℃/min的速率升温至800℃后保温20min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
优选地，为防止不锈钢纤维毡发生氧化，本实施例在对其进行预烧结处理和烧结处理时均在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体为氦气和氢气的混合气体，优选由氦气和氢气按体积比9∶1混合均匀而成的混合气体。为保证产品孔隙率满足相关技术要求，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至83％。
将本实施例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。图1为本实施例烧结后的不锈钢纤维毡的表面形貌SEM照片。由图1可知，经本实施例烧结后的不锈钢纤维毡，其纤维结点附近在微波场中产生高温放电，局部融化，促使纤维在远低于常规烧结温度就实现冶金结合。
实施例2
本实施例不锈钢纤维毡的烧结方法为：将纤维丝径为28μm的316L不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，首先关闭微波功能，使不锈钢纤维在无微波条件下升温至400℃后保温2h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡；然后打开微波功能，将所述预烧结毡在微波条件下以90℃/min的速率升温至800℃后保温10min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
优选地，为防止不锈钢纤维毡发生氧化，本实施例在对其进行预烧结处理和烧结处理时均在真空条件下进行。为保证产品孔隙率满足相关技术要求，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至83％。
将本实施例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。
实施例3
本实施例不锈钢纤维毡的烧结方法为：将纤维丝径为28μm的316L不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，首先关闭微波功能，使不锈钢纤维在无微波条件下升温至400℃后保温1h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡；然后打开微波功能，将所述预烧结毡在微波条件下以60℃/min的速率升温至900℃后保温20min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
优选地，为防止不锈钢纤维毡发生氧化，本实施例在对其进行预烧结处理和烧结处理时均在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体为氦气和氢气的混合气体，优选由氦气和氢气按体积比9∶1混合均匀而成的混合气体。为保证产品孔隙率满足相关技术要求，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至75％。
将本实施例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。
实施例4
本实施例不锈钢纤维毡的烧结方法为：将纤维丝径为200μm的316L不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，首先关闭微波功能，使不锈钢纤维在无微波条件下升温至300℃后保温2h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡；然后打开微波功能，将所述预烧结毡在微波条件下以90℃/min的速率升温至700℃后保温30min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
优选地，为防止不锈钢纤维毡发生氧化，本实施例在对其进行预烧结处理和烧结处理时均在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体为氦气和氢气的混合气体，优选由氦气和氢气按体积比9∶1混合均匀而成的混合气体。也可在真空条件下进行。为保证产品孔隙率满足相关技术要求，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至85％。
将本实施例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。
实施例5
本实施例不锈钢纤维毡的烧结方法为：将纤维丝径为200μm的316L不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，首先关闭微波功能，使不锈钢纤维在无微波条件下升温至600℃后保温0.5h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡；然后打开微波功能，将所述预烧结毡在微波条件下以45℃/min的速率升温至900℃后保温10min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
优选地，为防止不锈钢纤维毡发生氧化，本实施例在对其进行预烧结处理和烧结处理时均在真空条件下进行。为保证产品孔隙率满足相关技术要求，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至60％。
将本实施例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。
对比例1
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：烧结处理未在微波条件下进行。
将本对比例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。图2为本对比例烧结后的不锈钢纤维毡的表面形貌SEM照片。由图2可知，本对比例烧结后的不锈钢纤维毡试样表面未发生放电导致的融化，不能促使材料在低温下烧结。
对比例2
本对比例与实施例1的不同之处仅在于：未进行预烧结处理，且烧结处理的温度为1200℃。
将本对比例烧结后的不锈钢纤维毡切割成长8cm、宽2cm、高0.5cm的块状试样，然后将块状试样进行拉伸试验，测得其拉伸性能见表1。
表1烧结后的不锈钢纤维毡拉伸性能
由表1可知，按本发明方法烧结后的不锈钢纤维毡的拉伸性能明显优于常规试样。由此说明本发明不仅能实现不锈钢纤维之间牢固的冶金结合，还能够有效地避免纤维内部晶粒的粗化，从而使不锈钢纤维烧结毡的力学性能显著提高。
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。
Claims (8)
1.一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，该方法为：将不锈钢纤维毡置于微波烧结炉中，先在无微波条件下升温至300℃～600℃后保温0.5h～2h进行预烧结处理，自然冷却后得到预烧结毡，然后将所述预烧结毡在微波条件下升温至700℃～900℃后保温10min～30min进行烧结处理，自然冷却后得到烧结后的不锈钢纤维毡。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述预烧结处理和烧结处理均在保护性气体的保护下进行，所述保护性气体为氦气和氢气的混合气体。
3.根据权利要求2所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述保护性气体为氦气和氢气按体积比9∶1混合均匀而成的混合气体。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述预烧结处理和烧结处理均在真空条件下进行。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述预烧结毡在微波条件下的升温速率为45℃/min～90℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述不锈钢纤维毡为316L不锈钢纤维毡。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，在对所述预烧结毡进行烧结处理前，预先采用油压机将所述预烧结毡的孔隙率压制至60％～85％。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢纤维毡的烧结方法，其特征在于，所述不锈钢纤维毡中不锈钢纤维的丝径为8μm～200μm。
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