CN109175363B - 一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法 - Google Patents
一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109175363B CN109175363B CN201811006980.0A CN201811006980A CN109175363B CN 109175363 B CN109175363 B CN 109175363B CN 201811006980 A CN201811006980 A CN 201811006980A CN 109175363 B CN109175363 B CN 109175363B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal fiber
- felt
- plasma sintering
- spark plasma
- sintering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 9
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 20
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 20
- -1 iron-chromium-aluminum Chemical compound 0.000 description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013386 optimize process Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/105—Sintering only by using electric current other than for infrared radiant energy, laser radiation or plasma ; by ultrasonic bonding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/002—Manufacture of articles essentially made from metallic fibres
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
- B22F3/10—Sintering only
- B22F3/11—Making porous workpieces or articles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于环保、化工、高温除尘、汽车尾气净化以及燃烧器等领域用金属纤维烧结毡的制备方法。所述制备方法为：将烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空；然后进行放电等离子烧结5～15min；冷却；得到产品；放电等离子体烧结时，控制烧结温度为900～1300℃。本发明首次尝试了直接采用放电等离子烧结法快速高效制备出了高孔隙率、高透气值和高力学性能的金属纤维烧结毡。所得产品质量稳定、可控；操作简单，便于大规模的工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于环保、化工、高温除尘、汽车尾气净化以及燃烧器等领域用金属烧结纤维毡的制备方法。
背景技术
金属纤维烧结毡是采用直径精确到微米的金属纤维经无纺铺制、叠配，再经高温烧结而成。目前普遍采用真空烧结的方法制备金属纤维烧结毡，这种烧结方法存在能耗较大，烧结时间过长等缺点。而放电等离子烧结法是一种新型的烧结方法，具备升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、烧结体更容易致密化等优点。但是到目前为止还未见直接采用放电等离子烧结制备多孔金属材料的记载；尤其未见直接采用放电等离子烧结制备具有多孔结构、透气性能优良且力学性能卓越的金属纤维烧结毡的记载。
发明内容
本发明的目的是开发一种直接采用放电等离子法快速制备金属纤维烧结毡的方法，同时通过合适的模具得到高孔隙率的金属纤维烧结毡。
本发明一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；包括下述步骤：
将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空；然后进行放电等离子烧结5～15min；冷却；得到产品；放电等离子体烧结时，控制烧结温度为1000～1200℃。
作为优选方案；在放电等离子烧结前，所述预烧结的金属纤维毡的铺设高度H大于导电垫片的高度d。在本发明中通过调整预烧结的金属纤维毡的铺设高度H与导电垫片的高度d来调整产品的孔隙率。
作为进一步的优选方案；在放电等离子烧结前，所述导电垫片的高度
d的单位为cm。其中，FAW为烧结前纤维毡克重，单位g/cm2.。
N为烧结毡的孔隙率，
ρ金属为该材料金属的理论密度，单位为g/cm3。
作为进一步的优选方案；本发明的烧结为松装烧结或半松装烧结。
作为优选方案；本发明一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；放电等离子烧结时，控制施加于预烧结的金属纤维毡和导电垫片的压力为2～5MPa。
作为优选；导电垫片为中空结构；预烧结的金属纤维毡的铺设于导电垫片的中空结构中，并控制铺设高度H大于导电垫片的高度d；放电等离子烧结时，轴向加压设备与导电垫片直接接触。本发明在烧结的石墨模具中加入合适高度的导电垫环，卸掉金属纤维毛毡在烧结过程中受到部分的压力；这有利于保证产品的孔隙率和通孔率。
作为优选方案；本发明一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；导电垫片的材质为金属材质或碳材质。优选为硬质石墨。或当导电垫片的材质为金属材质时，在导电垫片与填充的预烧结的金属纤维毡之间设置一层碳纸。这样操作可以尽可能的粘壁的情况降到最低。同时，大大延长垫片和模具的使用寿命。
作为进一步的优选；铺设好预烧结的金属纤维毡后，在其顶部铺设一层碳纸，等离子烧结时，碳纸和轴向加压设备接触。这样操作可以大大延长设备的使用寿命，并提高产品的质量。采用碳质材料包裹预烧结的金属纤维毡可以尽可能的保证产品的表面不出现堵孔现象。这为得到高通孔率的产物，提供了必要了条件。
作为优选方案；本发明一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空至炉内气压小于等于5×10-2Pa后；然后进行放电等离子烧结5～15min；以100～150℃/min的冷却速度冷却；得到产品。在工业上应用时，可采用水冷。
本发明一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；所得产品的孔隙率大于等于80％。透气值与同系列真空烧结产品相比持平，抗拉强度大于同系列真空烧结产品。
原理和优势
本发明首次尝试了直接采用放电等离子烧结法快速高效制备出了高孔隙率、高透气值和高力学性能的金属纤维烧结毡。
本发明通过采用导电垫片；尤其是优化控制垫片和预烧结的金属纤维毡的高度比；结合适当的压力；通过SPS烧结，得到了孔隙高且可控；高透气值和高力学性能的产品。同时通过优化设计还解决了模具寿命短、模具和金属毡易粘接、金属毡采用SPS烧结时表面易出现闭孔的问题。
附图说明
附图1为本发明装炉后，待烧结金属纤维毡和模具的位置结构示意图。
当然，作为优化工艺，还可以在上模冲、下模冲、金属环三者与待烧结金属毡接触面或与接触面上放置碳纸。
具体实施方式
本发明提出了一种放电等离子法烧结制备金属纤维烧结毡的方法。将准备好的金属纤维毡与金属圆环垫片一起放入石墨模具中，再放入放电等离子烧结炉中进行烧结。
实施例1
本实施例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为300g/m2不锈钢纤维毛毡，其纤维直径为20μm，纤维长度30mm，不锈钢纤维密度为8.00g/cm3。
步骤二、将步骤一的不锈钢纤维毛毡与0.31mm厚不锈钢金属圆环垫片一起放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。其中不锈钢纤维毛毡的堆叠厚度为0.60～0.80mm。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力为2MPa)，进行抽真空，100℃/min升温到1000℃，保温10min，烧结结束后水冷到室温，取出不锈钢纤维烧结毡。
本实施例制备的不锈钢纤维毡的孔隙率为88％，透气值与同规格真空烧结产品基本相同，最大拉力值为50N，大于真空烧结产品30N。
实施例2
其他条件和实施例1一致，不同之处在于在上冲模、下冲模、金属环三者与待烧结金属毡接触面或与接触面上放置碳纸。
本实施例制备的不锈钢纤维毡的孔隙率为90％，透气值、最大拉力值与实施例1所得产品基本相同。
重复实施例1和实施例2各500次；实施例2在重复过程中模具不需更换，且产品质量稳定；但实施例1重复150次后，产品质量开始出现波动；200次后模具基本无法使用，只能更换模具。同时实施例1在重复150次的过程中，金属毡粘接于模具上的次数为5次；而实施例2不存在这一现象。
实施例3
本实施例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为450g/m2铁铬铝纤维毛毡，其纤维直径为30μm，纤维长度30㎜，铁铬铝纤维密度为7.20g/cm3。
步骤二、将步骤一的铁铬铝纤维毛毡与0.63mm不锈钢金属圆环垫片一起放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。其中不锈钢纤维毛毡的堆叠厚度为1.00～1.20mm。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力为2MPa)，进行抽真空，100℃/min升温到1100℃，保温8min，烧结结束后水冷到室温，取出铁铬铝纤维烧结毡。
本实施例制备的铁铬铝纤维毡的孔隙率为90％，透气值与真空烧结产品基本相同，最大拉力值为240N，大于真空烧结产品(180N)。
对比例1
本对比例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为300g/m2不锈钢纤维毛毡，其纤维直径为20μm，纤维长度30mm。
步骤二、将步骤一的不锈钢纤维毛毡直接放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力和实施例1一致)，进行抽真空，100℃/min升温到1000℃，保温10min，烧结结束后水冷到室温，取出不锈钢纤维烧结毡。
本对比例制备的不锈钢纤维毡的孔隙率为68％，最大拉力值大于真空烧结产品，透气值低于真空烧结产品。
对比例2
本对比例的金属烧结毡的制备工艺包含以下几个步骤：
步骤一、原料采用克重为450g/m2铁铬铝纤维毛毡，其纤维直径为30μm，纤维长度30mm。
步骤二、将步骤一的铁铬铝纤维毛毡直接放入石墨模具中，一起送入放电等离子烧结炉中。
步骤三、关闭炉膛，预压处理(压力和实施例3一致)，进行抽真空，100℃/min升温到1100℃，保温8min，烧结结束后水冷到室温，取出铁铬铝纤维烧结毡。本实施例制备的铁铬铝纤维毡的孔隙率为76％，最大拉力值大于真空烧结产品，透气值低于真空烧结产品。
Claims (9)
1.一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于；包括下述步骤：
将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空；然后进行放电等离子烧结5～15min；冷却；得到产品；放电等离子烧结时，控制烧结温度为1000～1200℃；预烧结的金属纤维毡的克重为30-300g/m2；所得产品的孔隙率大于80％。
2.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：在放电等离子烧结前，所述预烧结的金属纤维毡的铺设高度H大于导电垫片的高度d。
3.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：
导电垫片的高度
其中，FAW为烧结前纤维毡克重，单位g/cm2；
N为烧结毡的孔隙率；
ρ金属为该金属材料的理论密度，单位g/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：放电等离子烧结时，控制施加于预烧结的金属纤维毡和导电垫片的压力为0.01～5MPa。
5.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：导电垫片为中空结构；预烧结的金属纤维毡的铺设于导电垫片的中空结构中，并控制铺设高度H大于导电垫片的高度d；放电等离子烧结时，轴向加压设备与导电垫片直接接触。
6.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：导电垫片的材质为金属材质或碳材质。
7.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：当导电垫片的材质为金属材质时，在导电垫片与填充的预烧结的金属纤维毡之间设置一层碳纸。
8.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：铺设好预烧结的金属纤维毡后，在其顶部铺设一层碳纸，放电等离子烧结时，碳纸和轴向加压设备接触。
9.根据权利要求1所述的一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法；其特征在于：将预烧结的金属纤维毡、导电垫片置于烧结腔内；抽真空至炉内气压小于等于5×10-2Pa后；然后进行放电等离子烧结5～15min；以100～150℃/min的冷却速度冷却；得到产品。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811006980.0A CN109175363B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811006980.0A CN109175363B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109175363A CN109175363A (zh) | 2019-01-11 |
| CN109175363B true CN109175363B (zh) | 2021-02-02 |
Family
ID=64917007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811006980.0A Active CN109175363B (zh) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | 一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109175363B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112387969B (zh) * | 2020-10-28 | 2022-09-16 | 西部金属材料股份有限公司 | 一种电阻烧结制备金属纤维毡的方法、金属纤维毡及应用 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697791A (en) * | 1985-12-31 | 1987-10-06 | Arcair Company | Exothermic cutting electrode |
| JP4475615B2 (ja) * | 2000-06-01 | 2010-06-09 | Ｓｐｓシンテックス株式会社 | 放電プラズマ焼結方法および装置 |
| JP5116082B2 (ja) * | 2007-04-17 | 2013-01-09 | 住友精密工業株式会社 | 高熱伝導複合材料 |
| CN100540715C (zh) * | 2008-01-25 | 2009-09-16 | 湖南惠同新材料股份有限公司 | 一种耐高温铁铬铝纤维丝及制备工艺 |
| CN102068857A (zh) * | 2010-11-26 | 2011-05-25 | 王东伟 | 一种金属纤维毡的生产方法 |
| CN104557097B (zh) * | 2014-12-24 | 2016-06-22 | 中南大学 | 一种碳/碳复合材料的快速致密方法 |
| CN105057668B (zh) * | 2015-09-22 | 2017-06-23 | 西北有色金属研究院 | 一种不锈钢纤维毡的烧结方法 |
| CN108165859B (zh) * | 2018-01-22 | 2019-08-30 | 合肥工业大学 | 一种大尺寸无粘结相纯碳化钨硬质合金的sps烧结方法 |
-
2018
- 2018-08-31 CN CN201811006980.0A patent/CN109175363B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109175363A (zh) | 2019-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101948327B (zh) | 一种高温炉用可加工硬化保温毡的制备方法 | |
| TW464611B (en) | Carbon-carbon composite material made from densified carbon foam | |
| CN104230368B (zh) | 沥青基碳纤维无纺毡保温板及其制造方法 | |
| CN109437943B (zh) | 一种Cf/C-SiC-ZrB2复合材料及其制备方法 | |
| CN108439983B (zh) | 一种石墨陶瓷复合管成型方法 | |
| CN103922777A (zh) | 一种轴承用炭/炭-碳化硅复合材料的制备方法 | |
| GB2089774A (en) | Activated carbon | |
| CN105712730B (zh) | 一种净尺寸c/c复合保温硬毡的制备方法 | |
| CN108585917B (zh) | 氮化硅-碳化硅复相多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN103449818A (zh) | 一种碳纤维/碳化硅梯度层状复合材料的制备方法 | |
| CN101608338A (zh) | 一种支撑坩埚及其制备 | |
| CN114379115A (zh) | 一种碳碳埚托及其制备方法 | |
| CN109175363B (zh) | 一种放电等离子烧结制备金属纤维烧结毡的方法 | |
| CN114164557B (zh) | 一种碳纤维硬质毡及其制备方法 | |
| CN108129156A (zh) | 一种碳陶复合材料及其先驱体浸渍制备方法 | |
| CN106966741A (zh) | 碳纤维增强碳‑碳化硅双基体复合材料的制备方法 | |
| WO2023096124A1 (ko) | 고인성, 고강도 질화규소 볼 제조방법 | |
| CN114702328A (zh) | 一种SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法 | |
| CN107573075A (zh) | 利用碳纤维预浸带制备C/SiC材料刹车盘的方法 | |
| JP2019011238A (ja) | 焼成用道具材 | |
| CN108129159B (zh) | 一种碳纤维保温筒及其制备方法 | |
| CN105236988B (zh) | 一种高纯高密重结晶碳化硅器件及其制备方法 | |
| CN109456063A (zh) | 一种单晶硅拉制炉的CF/Si3N4复合材料埚帮及其制备方法 | |
| CN117401986A (zh) | 一种碳陶刹车盘熔融渗硅装置及方法 | |
| CN113026349A (zh) | 一种保温隔热的碳毡及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |