CN107790721A - 一种316l不锈钢纤维烧结毡的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，包括以下步骤：一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为90％～95％；二、将预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；三、将冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率不大于80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。本发明在室温下分别对烧结前后的316L不锈钢纤维毡进行预压缩和压缩处理，在使纤维产生足够弯曲程度的同时有效控制了烧结结点的数量，最终得到具有显著负泊松比效应的316L不锈钢纤维烧结毡；本发明工艺简单，过程可控，易于推广。

Description

一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺
技术领域
本发明属于金属纤维毡制备技术领域，具体涉及一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺。
背景技术
泊松比是指材料受力形变时横向应变与纵向应变比值的负数，反应了材料抵抗外部载荷的能力。316L不锈钢纤维烧结毡是一种负泊松比多孔材料，在发生纵向伸长(或收缩)时会发生明显的横向伸长(或收缩)，这种负泊松比效应可将纵向应变转化为横向应变，在应变传感器领域具有较大的应用价值。泊松比的绝对值越大，应变转化效率越高，因此需要具有显著负泊松比效应的316L不锈钢烧结纤维毡。
316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应受其纤维的弯曲程度和烧结结点的显著影响。在孔隙率不大于80％时，316L不锈钢纤维烧结毡中纤维的弯曲程度越高，负泊松比效应越显著。而当316L不锈钢烧结纤维毡中的烧结结点过多时，纤维不易发生横向变形，即使孔隙率不超过80％，其负泊松比效应也不明显；烧结结点过少时，纤维在变形时缺少足够的支撑点，其负泊松比效应也较弱。因此，控制纤维的弯曲程度及烧结结点数量是制备具有显著负泊松比效应的316L不锈钢纤维烧结毡的关键。
申请公布号为CN102861917A的发明专利“一种金属纤维烧结毡的制备方法”中披露了一种不锈钢纤维烧结毡的制备方法，先将粗、细丝径的不锈钢纤维在厚度方向上沿梯度分布铺制，然后在保护气氛或真空条件中850℃～1150℃烧结1h～3h，得到的不锈钢纤维烧结毡具有较高孔隙度，但其纤维相互接触的地方均形成了冶金结合，导致烧结结点过多，抑制了产品的负泊松比效应。
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316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺。该工艺分别对烧结前后的316L不锈钢纤维毡进行预压缩和压缩处理，有效控制了316L不锈钢纤维毡中纤维的弯曲程度和烧结结点的数量，降低了烧结温度和时间，最终得到具有显著负泊松比效应的316L不锈钢纤维烧结毡。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为90％～95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率不大于80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
上述的一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为8μm～100μm。
上述的一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，步骤二中所述真空烧结的真空度为1×10-2Pa，温度为900℃～1200℃，时间为10min～60min。
上述的一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，步骤三中所述316L不锈钢纤维烧结毡的泊松比小于-8。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在室温下分别对烧结前后的316L不锈钢纤维毡进行预压缩和压缩处理，先在室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向压缩至其孔隙率为90％～95％，使纤维具备一定的初始弯曲度，然后进行烧结，产生烧结结点，最后在室温下沿厚度方向压缩至其孔隙率不超过80％，使纤维产生足够的弯曲程度，由于压缩步骤在室温下进行，纤维的接触点没有发生冶金结合，有效控制了烧结结点的数量，最终得到具有显著负泊松比效应的316L不锈钢纤维烧结毡。
2、本发明中采用较短的烧结时间，一方面使预压缩后纤维的接触点之间产生烧结结点，为纤维变形提供足够的变形支持点，另一方面避免了高温长时间烧结带来的变形，维持316L不锈钢纤维毡烧结前后的孔隙率不变，最终保证产品具备显著负泊松比效应。
3、本发明在烧结前后进行预压缩和压缩工艺，便可达到提高316L不锈钢纤维毡的负泊松比效应的目的，工艺简单，过程可控，易于推广。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例8制备的316L不锈钢纤维烧结毡的照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为90％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-8.5。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向压缩至其孔隙率为85％；所述面内方向为压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温，得到316L不锈钢纤维烧结毡；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本对比例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-1.6。
将对比例1与实施例1比较可以看出，当预压缩的孔隙率小于90％时，316L不锈钢纤维毡内部的弯曲度过高，纤维之间的接触点过多，真空烧结后，接触点之间发生程度较高的冶金结合，严重抑制了316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应。
对比例2
本对比例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向压缩至其孔隙率为97％；所述面内方向为压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温，得到316L不锈钢纤维烧结毡；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本对比例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-1.1。
将对比例2与实施例1比较可以看出，当预压缩的孔隙率大于95％时，316L不锈钢纤维毡内部的弯曲度过低，纤维之间的接触点过少，真空烧结后，接触点之间发生较低程度的冶金结合，烧结结点较少，纤维在变形时缺少足够的支撑点，316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应较弱。
将对比例1、对比例2与实施例1比较可以看出，控制预压缩的孔隙率为90％～95％，使纤维具备一定的初始弯曲度，然后进行真空烧结，纤维的接触点之间发生合适程度的冶金结合，有效控制了烧结结点的数量，使纤维变形时有了足够支撑点，增强了316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为92％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-8.1。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为90％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为75％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-8.8。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为90％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为100μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-9。
对比例3
本对比例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为100μm；
步骤二、将步骤一中压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温，得到316L不锈钢纤维烧结毡；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min。
采用线切割法在本对比例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-0.9。
将对比例3与实施例4比较可以看出，相对于直接对烧结前的316L不锈钢纤维毡进行压缩，分别在室温下对烧结前后的316L不锈钢纤维毡进行预压缩和压缩处理的工艺可以在保持相同孔隙率的条件下，有效控制烧结结点的数量，提高316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应。
实施例5
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为100μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-12。
实施例6
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为8μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-10。
对比例4
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为8μm；
步骤二、将步骤一中压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温，得到316L不锈钢纤维烧结毡；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为800℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本对比例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-0.2。
将对比例4与实施例6比较可以看出，真空烧结的温度过低，会使316L不锈钢纤维接触点之间发生较低程度的冶金结合，形成的烧结结点较少，纤维在变形时缺少足够的支撑点，316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应较弱。
实施例7
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为8μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为60min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-8.5。
对比例5
本对比例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为8μm；
步骤二、将步骤一中压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温，得到316L不锈钢纤维烧结毡；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为120min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本对比例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-1.2。
将对比例5与实施例7比较可以看出，真空烧结的时间过长，会使316L不锈钢纤维过热软化并且发生变形，导致纤维之间的接触点增多，形成过多的烧结结点，冶金结合的程度较高，抑制了316L不锈钢纤维烧结毡的负泊松比效应。
将对比例4、对比例5与实施例6和实施例7比较可以看出，控制真空烧结的温度和时间，使316L不锈钢纤维接触点之间发生合适程度的冶金结合，可有效控制烧结结点的数量，使纤维变形时有了足够支撑点，增强了产品的负泊松比效应，最终得到具有显著负泊松比效应的316L不锈钢纤维烧结毡。
实施例8
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为900℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
本实施例制备的一种316L不锈钢纤维烧结毡如图1所示。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-14。
实施例9
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为900℃，时间为60min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-12.6。
实施例10
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1100℃，时间为30min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-11.8。
实施例11
本实施例包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为28μm；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；所述真空烧结的真空度1×10-2Pa，温度为1200℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率为70％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
采用线切割法在本实施例制备的316L不锈钢纤维烧结毡上选取130mm×20mm×3mm的长方体样品，通过拉伸实验测得该样品的泊松比为-14.5。
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 (4)

1.一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
步骤一、室温下将316L不锈钢纤维毡沿面内方向预压缩至其孔隙率为90％～95％；所述面内方向为预压缩之前的316L不锈钢纤维毡平铺层的方向；
步骤二、将步骤一中预压缩后的316L不锈钢纤维毡进行真空烧结，然后冷却至室温；
步骤三、将步骤二中冷却至室温的316L不锈钢纤维毡沿厚度方向压缩至其孔隙率不大于80％，得到316L不锈钢纤维烧结毡。
2.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述316L不锈钢纤维毡中纤维的丝径为8μm～100μm。
3.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，步骤二中所述真空烧结的真空度为1×10-2Pa，温度为900℃～1200℃，时间为10min～60min。
4.根据权利要求1所述的一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，其特征在于，步骤三中所述316L不锈钢纤维烧结毡的泊松比小于-8。
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