CN113369476B - 具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 - Google Patents
具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113369476B CN113369476B CN202110604583.9A CN202110604583A CN113369476B CN 113369476 B CN113369476 B CN 113369476B CN 202110604583 A CN202110604583 A CN 202110604583A CN 113369476 B CN113369476 B CN 113369476B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal fiber
- porous material
- compressed
- ratio
- negative poisson
- 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 336
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 319
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 319
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims abstract description 141
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 72
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 52
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 229910000553 6063 aluminium alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 description 1
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 description 1
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 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
- B22F3/002—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
- B22F3/02—Compacting only
-
- 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
-
- 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)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，包括以下步骤：一、将多根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩；二、将压缩后的金属纤维束进行高温烧结；三、将热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材。本发明通过将波浪形金属纤维丝组成纤维束，然后进行压缩、烧结和压缩，显著减少了金属纤维多孔材料的结点密度，在室温下进行压缩金属纤维丝之间的接触点在压缩过程中没有发生冶金结合，在受到金属纤维丝长度方向的拉伸和压缩时金属纤维丝均发生横向的膨胀变形，制备了具有在拉伸和压缩状态下都产生横向膨胀的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料。
Description
技术领域
本发明属于多孔材料技术领域，具体涉及具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺。
背景技术
负泊松比材料是指在发生纵向伸长时会发生明显的横向伸长，发生纵向收缩时会发生明显的横向收缩，其泊松比<0，这种特性具有将纵向应变转化为较大的横向应变的效果，使其在应变传感器领域和高性能紧固件领域具有较大的应用价值。泊松比表达如下：vyz＝εz/εy，其中，vyz为泊松比，εz为弹性阶段沿厚度方向的横向应变，εy为弹性阶段沿面内方向的纵向应变。
目前大多数负泊松比材料都只具有二维效应，如公开号为CN107790721A的专利中公开了一种316L不锈钢纤维烧结毡的制备工艺，制备的316L不锈钢纤维烧结毡，具有显著拉伸负泊松比效应，但其负泊松比效应仅在厚度方向产生，即其只能在垂直于纵向方向的一个横向方向上发生负泊松比效应，因此是一种二维负泊松比材料，而很多应用需要其在垂直于纵向方向的平面内都具有负泊松比效应，即三维负泊松比效应。
而且目前一般的材料在拉伸和压缩时要么泊松比都为正，要么都为负，极少有在拉伸和压缩时泊松比相反的现象，因此需要一种发生纵向伸长时会发生明显的横向伸长，发生纵向收缩时会发生明显的横向伸长的具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料。
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，提供具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺。该工艺通过将多根波浪形金属纤维丝组成纤维束，然后依次进行压缩、烧结和压缩，显著减少了金属纤维多孔材料的结点密度，进行压缩时金属纤维丝之间的接触点在压缩过程中没有发生冶金结合，在受到金属纤维丝长度方向的拉伸时金属纤维丝容易发生横向的膨胀变形，在受到金属纤维丝长度方向的压缩时金属纤维丝容易发生横向的膨胀变形，制备了在拉伸和压缩下都产生横向膨胀的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
步骤一、将多根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为90％～99％；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料的孔隙度为80％～90％。
本发明通过将多根波浪形金属纤维丝大致平行排布组成金属纤维束，采用波浪形的金属纤维丝有一定弯曲度，这样制备的金属纤维束经压缩后内部的波浪形的金属纤维丝才能相互交叠，形成内凹结构，从而具有两个方向的泊松比效应；
本发明通过将金属纤维束先进行初步压缩，然后在松装状态下进行烧结后再进行压缩，即先将金属纤维丝松装堆积起来从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩，使金属纤维束体积初步缩小，波浪形金属纤维丝相互接触，控制孔隙度为90％～99％，然后在此状态下进行烧结，在波浪形金属纤维丝之间产生烧结结点，再将热处理金属纤维束从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩，控制孔隙度为80％～90％，通过依次进行压缩、烧结和压缩的过程显著减少金属纤维多孔材料的结点密度，金属纤维丝的接触点在压缩过程中没有发生冶金结合，结点密度较低，减少了内部的结点密度可以减少金属纤维多孔材料在横向膨胀时受到的阻力，在受到金属纤维丝长度方向的拉伸时金属纤维丝容易发生横向的膨胀变形，在垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向产生显著的拉伸负泊松比效应，在受到金属纤维丝长度方向的压缩时金属纤维丝容易发生横向的膨胀变形，在垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向产生显著的压缩正泊松比效应，因此制备了具有在拉伸和压缩状态下都产生横向膨胀的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料。
上述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述多根为大于100根。本发明通过控制波浪形金属纤维丝的数量，使得到的金属纤维多孔材料具有一定的体积，实现了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应。
上述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述波浪形金属纤维丝的丝径为50μm～200μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm～5cm。本发明通过控制波浪形金属纤维丝的丝径使波浪形金属纤维丝具有适宜的强度，保证了制备的金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应，通过控制金属纤维丝中波浪的曲率半径，保证了波浪形金属纤维丝既能形成金属纤维束，又可以使波浪形金属纤维丝之间相互交叠，形成内凹结构，保证了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应。
上述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述波浪形金属纤维丝的材质为铁合金纤维丝、铜合金纤维丝、铝合金纤维丝或钛合金纤维丝。本发明通过控制金属纤维丝的材质，在具有良好强度的条件下，在烧结后进行压缩又容易变形，保证了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应。
上述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤二中所述烧结处理的温度为700℃～1200℃，时间为10min～60min。本发明通过控制烧结处理的温度和时间，使波浪形金属纤维丝之间形成足够强度的烧结结点，又不产生过多收缩，保证了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应。
上述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一和步骤三中所述压缩均在室温条件下进行。本发明通过在室温下压缩，使波浪形金属纤维丝之间的接触点在压缩过程中不会发生冶金结合，结点密度较低，保证了金属纤维多孔材料内部的金属纤维在垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向都具有足够的弯曲程度，从而保证了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应。
上述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一和步骤三中所述压缩中每个方向的压缩应变均大于20％。本发明通过控制压缩中每个方向的压缩应变，保证了金属纤维多孔材料内部的波浪形金属纤维丝在每个方向都有一定的内凹形状，从而保证了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明通过将波浪形金属纤维丝组成纤维束，然后通过分步压缩和在两次压缩中间进行烧结，先使金属纤维束体积初步缩小，波浪形金属纤维丝相互接触，再进行烧结，在波浪形金属纤维丝之间产生烧结结点，再将热处理金属纤维束从两个横向方向进行压缩，通过分步压缩显著减少了金属纤维多孔材料的结点密度，金属纤维丝之间的接触点在压缩过程中没有发生冶金结合，结点密度较低，在受到金属纤维丝长度方向的拉伸时金属纤维丝容易发生横向的膨胀变形，在受到金属纤维丝长度方向的压缩时金属纤维丝容易发生横向的膨胀变形，制备了具有在拉伸和压缩状态下都产生横向膨胀的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料。
2、本发明制备的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料应用于高性能紧固件时，其优点在于将其固定进入需要紧固的孔隙内后，其不论受到压应力还是拉应力，都会发生膨胀，从而更加紧固的固定在孔隙中，不发生脱落，此外，由于其拉-压泊松比绝对值都很大，因此也可以应用于高灵敏度应变传感器。
3、本发明通过采用大于100根的波浪形金属纤维丝，使得到的金属纤维多孔材料具有一定的体积，实现了金属纤维多孔材料具有两个方向的泊松比效应，通过采用波浪形金属纤维丝有一定弯曲度，制备的金属纤维束经压缩后内部的金属纤维相互交叠，形成内凹结构，从而具有两个方向的泊松比效应，通过控制波浪形金属纤维丝的丝径，保证了金属纤维多孔材料的强度。
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1制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的变形示意图。
图2是本发明实施例1制备的金属纤维多孔材料压缩试样进行压缩时的变形示意图。
图3是本发明实施例1制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的应变曲线图。
图4是本发明实施例1制备的金属纤维多孔材料压缩试样进行压缩时的应变曲线图。
图5是本发明对比例1制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的变形示意图。
图6是本发明对比例1制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的应变曲线图。
具体实施方式
实施例1
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将150根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为99％，所述波浪形金属纤维丝的丝径为200μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm～5cm，所述波浪形金属纤维丝为316L不锈钢纤维丝，所述压缩在30℃的条件下进行，所述压缩中每个方向的压缩应变相等且为50％；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；所述烧结处理的温度为1200℃，时间为60min；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料的孔隙度为88％，所述压缩在30℃的条件下进行，所述压缩中每个方向的压缩应变相等且为71％。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×5mm×32mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料拉伸试样，将金属纤维多孔材料拉伸试样的长度方向定义为x方向，宽度方向定义为z方向，高度方向定义为y方向，所述金属纤维多孔材料拉伸试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向平行。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×4mm×8mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料压缩试样，将金属纤维多孔材料拉伸试样的长度方向定义为x方向，宽度方向定义为z方向，高度方向定义为y方向，所述金属纤维多孔材料压缩试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向平行。
图1是本实施例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的变形示意图，从图1中可以看出，在金属纤维多孔材料拉伸试样受到y方向的拉伸时，金属纤维多孔材料拉伸试样的z方向和x方向均发生膨胀，说明本实施例制备的金属纤维多孔材料在拉伸时具有三维负泊松比效应。
图2是本实施例制备的金属纤维多孔材料压缩试样进行压缩时的变形示意图，从图2中可以看出，在金属纤维多孔材料压缩试样受到y方向的压缩时，金属纤维多孔材料压缩试样的z方向和x方向均发生膨胀，说明本实施例制备的金属纤维多孔材料在压缩时具有三维正泊松比效应。
图3是本实施例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的应变曲线图，从图3中可以看出，横坐标为y方向的应变，纵坐标为z方向和x方向的应变，随着y方向的应变不断增大，x方向和z方向的应变增大，说明本实施例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行y方向的拉伸时，金属纤维多孔材料拉伸试样的z方向和x方向均发生膨胀，本实施例制备的金属纤维多孔材料在拉伸时具有三维负泊松比效应，并测得x方向的泊松比为-3.26，y方向的泊松比为-3.25。
图4是本实施例制备的金属纤维多孔材料压缩试样进行压缩时的应变曲线图，从图4中可以看出，横坐标为y方向的应变，纵坐标为z方向和x方向的应变，随着y方向的应变不断减小，x方向和z方向的应变增大，说明本实施例制备的金属纤维多孔材料压缩试样进行y方向的压缩时，金属纤维多孔材料压缩试样的z方向和x方向均发生膨胀，本实施例制备的金属纤维多孔材料在压缩时具有三维正泊松比效应，并测得x方向的泊松比为0.89，y方向的泊松比为0.47。
经检测，本实施例制备的金属纤维多孔材料在进行高度方向的拉伸时长度方向和宽度方向均具有负泊松比效应，在进行高度方向的压缩时长度方向和宽度方向均具有正泊松比效应，本实施例制备的金属纤维多孔材料具有三维正、负泊松比效应。
对比例1
本对比例包括以下步骤：
步骤一、将150根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从金属纤维丝的长度方向压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为99％，所述波浪形金属纤维丝的丝径为200μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm～5cm，所述波浪形金属纤维丝为316L不锈钢纤维丝，所述压缩在30℃的条件下进行，所述压缩中压缩应变为50％；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；所述烧结处理的温度为1200℃，时间为60min；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从金属纤维丝的长度方向压缩金属纤维束；所述金属纤维多孔材料的孔隙度为80％～90％，所述压缩在30℃的条件下进行，所述压缩中压缩应变为71％。
将本对比例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×5mm×32mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料拉伸试样，将金属纤维多孔材料拉伸试样的长度方向定义为x方向，宽度方向定义为z方向，高度方向定义为y方向，所述金属纤维多孔材料拉伸试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向平行。
图5是本对比例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的变形示意图，从图5中可以看出，在金属纤维多孔材料拉伸试样受到y方向的拉伸时，金属纤维多孔材料拉伸试样的x方向发生收缩，z方向均发生膨胀，说明本对比例制备的金属纤维多孔材料在拉伸时不具有三维负泊松比效应。
图6是本对比例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行拉伸时的应变曲线图，从图6中可以看出，横坐标为y方向的应变，纵坐标为z方向和x方向的应变，随着y方向的应变不断增大，x方向的应变减小，z方向的应变增大，说明本对比例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样进行y方向的拉伸时，本对比例制备的金属纤维多孔材料拉伸试样的x方向发生收缩，z方向发生膨胀，本对比例制备的金属纤维多孔材料在拉伸时不具有三维负泊松比效应，并测得x方向的泊松比为0.61，y方向的泊松比为-15.27。
经检测，本对比例制备的金属纤维多孔材料在进行高度方向的拉伸时长度方向和宽度方向的泊松比效应不一致，本对比例制备的金属纤维多孔材料不具有三维正、负泊松比效应。
通过对比例1与实施例1对比可以看出，当从金属纤维丝的长度方向压缩金属纤维束时，制备的金属纤维多孔材料不具有三维正、负泊松比效应，说明了从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束，才能使波浪形金属纤维丝相互接触，形成烧结结点，使金属纤维多孔材料的两个横向方向产生三维正、负泊松比效应。
实施例2
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将200根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为90％，所述波浪形金属纤维丝的丝径为50μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm～5cm，所述波浪形金属纤维丝为H65铜合金纤维丝，所述压缩在20℃的条件下进行，所述压缩中两个互相垂直方向的压缩应变分别为90％和80％；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；所述烧结处理的温度为1000℃，时间为30min；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料的孔隙度为80％，所述压缩在20℃的条件下进行，所述压缩中每个方向的压缩应变相等且为30％。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×5mm×32mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料拉伸试样，所述金属纤维多孔材料拉伸试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向平行，将金属纤维多孔材料拉伸试样沿金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向进行拉伸，测得其长度方向的泊松比为-1.2，宽度方向的泊松比为-1.3。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×4mm×8mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料压缩试样，所述金属纤维多孔材料压缩试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向平行，将金属纤维多孔材料压缩试样沿金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向进行压缩，测得其长度方向的泊松比为0.43，宽度方向的泊松比为0.65。
经检测，本实施例制备的金属纤维多孔材料在进行高度方向的拉伸时长度方向和宽度方向均具有负泊松比效应，在进行高度方向的压缩时长度方向和宽度方向均具有正泊松比效应，本实施例制备的金属纤维多孔材料具有三维正、负泊松比效应。
实施例3
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将130根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为95％，所述波浪形金属纤维丝的丝径为100μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm～5cm，所述波浪形金属纤维丝为6063铝合金纤维丝，所述压缩在25℃的条件下进行，所述压缩中两个互相垂直方向的压缩应变分别为50％和60％；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；所述烧结处理的温度为640℃，时间为10min；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料的孔隙度为90％，所述压缩在25℃的条件下进行，所述压缩中两个互相垂直方向的压缩应变分别为30％和40％。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×5mm×32mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料拉伸试样，所述金属纤维多孔材料拉伸试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向平行，将金属纤维多孔材料拉伸试样沿金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向进行拉伸，测得其长度方向的泊松比为-2.3，宽度方向的泊松比为-2.6。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×4mm×8mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料压缩试样，所述金属纤维多孔材料压缩试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向平行，将金属纤维多孔材料压缩试样沿金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向进行压缩，测得其长度方向的泊松比为2.5，宽度方向的泊松比为2.7。
经检测，本实施例制备的金属纤维多孔材料在进行高度方向的拉伸时长度方向和宽度方向均具有负泊松比效应，在进行高度方向的压缩时长度方向和宽度方向均具有正泊松比效应，本实施例制备的金属纤维多孔材料具有三维正、负泊松比效应。
实施例4
本实施例包括以下步骤：
步骤一、将170根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为93％，所述波浪形金属纤维丝的丝径为150μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm～5cm，所述波浪形金属纤维丝为TC4钛合金纤维丝，所述压缩在27℃的条件下进行，所述压缩中每个方向的压缩应变相等且为40％；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；所述烧结处理的温度为1200℃，时间为50min；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料的孔隙度为86％，所述压缩在27℃的条件下进行，所述压缩中每个方向的压缩应变相等且为30％。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×5mm×32mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料拉伸试样，所述金属纤维多孔材料拉伸试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向平行，将金属纤维多孔材料拉伸试样沿金属纤维多孔材料拉伸试样的高度方向进行拉伸，测得其长度方向的泊松比为-3.1，宽度方向的泊松比为-3.8。
将本实施例制备的金属纤维多孔材料通过线切割制成尺寸为4mm×4mm×8mm(长×宽×高)的金属纤维多孔材料压缩试样，所述金属纤维多孔材料压缩试样中金属纤维丝的长度方向与金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向平行，将金属纤维多孔材料压缩试样沿金属纤维多孔材料压缩试样的高度方向进行压缩，测得其长度方向的泊松比为1.2，宽度方向的泊松比为1.9。
经检测，本实施例制备的金属纤维多孔材料在进行高度方向的拉伸时长度方向和宽度方向均具有负泊松比效应，在进行高度方向的压缩时长度方向和宽度方向均具有正泊松比效应，本实施例制备的金属纤维多孔材料具有三维正、负泊松比效应。
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 (6)
1.具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
步骤一、将多根波浪形金属纤维丝平行排布组成金属纤维束，然后将金属纤维束进行压缩，得到压缩后的金属纤维束；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述压缩后的金属纤维束的孔隙度为90%~99%；所述波浪形金属纤维丝的丝径为50μm~200μm，所述波浪形金属纤维丝中波浪的曲率半径为2cm~5cm；
步骤二、将步骤一中得到的压缩后的金属纤维束进行高温烧结，得到热处理金属纤维束；
步骤三、将步骤二中得到的热处理金属纤维束进行压缩，得到具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料；所述压缩的过程为：从垂直于金属纤维丝长度方向的两个互相垂直的方向分别压缩金属纤维束；所述具有三维正、负泊松比效应的金属纤维多孔材料的孔隙度为80%~90%。
2.根据权利要求1所述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述多根为大于100根。
3.根据权利要求1所述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一中所述波浪形金属纤维丝的材质为铁合金纤维丝、铜合金纤维丝、铝合金纤维丝或钛合金纤维丝。
4.根据权利要求1所述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤二中所述烧结处理的温度为700℃~1200℃，时间为10min~60min。
5.根据权利要求1所述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一和步骤三中所述压缩均在室温条件下进行。
6.根据权利要求1所述的具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺，其特征在于，步骤一和步骤三中所述压缩中每个方向的压缩应变均大于20%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110604583.9A CN113369476B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110604583.9A CN113369476B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113369476A CN113369476A (zh) | 2021-09-10 |
| CN113369476B true CN113369476B (zh) | 2022-08-02 |
Family
ID=77575124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110604583.9A Active CN113369476B (zh) | 2021-05-31 | 2021-05-31 | 具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113369476B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106541568A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-29 | 常州工学院 | 一种三维负泊松比周期性多孔材料及其制作方法 |
| CN107790721A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-13 | 西北有色金属研究院 | 一种316l不锈钢纤维烧结毡的制备工艺 |
| CN109719296A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-05-07 | 南京航空航天大学 | 一种具有负泊松比特性的闭孔泡沫铝材料的粉末冶金制备方法 |
| CN110978667A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-10 | 西北有色金属研究院 | 一种具有奇异泊松比效应的丝网材料 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0418759D0 (en) * | 2004-08-23 | 2004-09-22 | Auxetix Ltd | Uses of auxetic fibres |
| GB0610272D0 (en) * | 2006-05-24 | 2006-07-05 | Auxetic Technologies Ltd | A composite material |
| CN110529480B (zh) * | 2019-09-30 | 2024-02-27 | 南京工业大学 | 一种具有多重负泊松比效应的多功能紧固件及其设计方法 |
-
2021
- 2021-05-31 CN CN202110604583.9A patent/CN113369476B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106541568A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-03-29 | 常州工学院 | 一种三维负泊松比周期性多孔材料及其制作方法 |
| CN107790721A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-03-13 | 西北有色金属研究院 | 一种316l不锈钢纤维烧结毡的制备工艺 |
| CN109719296A (zh) * | 2019-01-14 | 2019-05-07 | 南京航空航天大学 | 一种具有负泊松比特性的闭孔泡沫铝材料的粉末冶金制备方法 |
| CN110978667A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-10 | 西北有色金属研究院 | 一种具有奇异泊松比效应的丝网材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113369476A (zh) | 2021-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111859487B (zh) | 基于曲率设计的三维可控拉胀结构与材料 | |
| CN111063403B (zh) | 一种新型三维负泊松比蜂窝结构 | |
| CN107016220B (zh) | 一种含异形孔洞的低孔隙率负泊松比结构 | |
| CN103214728A (zh) | 一种仿生负泊松比材料及其制备方法 | |
| CN102720785A (zh) | 一种具有负泊松比特性的内空型金属橡胶隔振器 | |
| CN107790721B (zh) | 一种316l不锈钢纤维烧结毡的制备工艺 | |
| CN113369476B (zh) | 具有三维正、负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 | |
| CN110978667B (zh) | 一种具有奇异泊松比效应的丝网材料 | |
| CN109869431A (zh) | 一种具有负泊松比特性的三维抗冲击材料 | |
| CN113333750B (zh) | 一种具有三维负泊松比的金属纤维多孔材料的制备工艺 | |
| CN110947882B (zh) | 一种具有高负泊松比效应的金属丝网及其制备方法 | |
| CN210034261U (zh) | 一种具有负泊松比特性的三维抗冲击材料 | |
| CN108591335A (zh) | 一种具有拉胀特性的金属编织网缓冲结构及其制备方法 | |
| CN109033486A (zh) | 一种二维周期性负泊松比可控拉胀材料 | |
| Chopra et al. | Substructural development during strain cycling of alpha-iron | |
| CN112763106B (zh) | 一种高灵敏度与宽量程的复合导电纳米纤维气凝胶传感器及其制备方法 | |
| CN115340103B (zh) | 一种硼烯-铋烯衍生的微纳拓扑结构柔性电极、制备方法及其应用 | |
| CN112323524B (zh) | 一种镍钛合金丝绳及其生产工艺 | |
| CN114436247A (zh) | 一种增强碳纳米管宏观体电学性能的方法 | |
| CN113983096A (zh) | 一种弯曲主导型压簧式点阵结构 | |
| CN216663353U (zh) | 一种双芯双包缠结构拉胀复合纱 | |
| CN214459138U (zh) | 一种镍钛合金丝绳 | |
| CN117028464A (zh) | 一种负泊松比蜂窝超材料 | |
| CN1150339A (zh) | 复合结构泡沫镍及其制造方法 | |
| CN113430692B (zh) | 一种各向异性加捻纤维束及其制备方法和应用 |
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 |