CN1974011A - 一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法 - Google Patents

一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法。该方法首先是对紫铜棒表面处理；再采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出铜纤维；收集好铜纤维后，将其按一定规律把铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中，并将其压紧；把压紧好的铜纤维放在容器中，并用Al2O3粉末覆盖铜纤维，再密封好容器；密封好后将容器放在烧结炉中在850℃～950℃温度下烧结30～60分钟；最后将密封容器从烧结炉中去出来，自然冷却；清洗干燥后就可以得到厚度均匀、比表面积大、压力损失低、孔隙率高的定向铜纤维烧结毡。本发明工艺简单，生产效率高，成本低廉，定向铜纤维烧结毡可以广泛用于石油化工、冶金、化纤等行业。

Description

一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法
                         技术领域
本发明涉及一种金属纤维毡，特别是涉及一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法。
                         背景技术
金属纤维烧结毡是近几年发展起来的一种最新的多孔金属材料，它具有三维网状结构、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，过滤精度高、流通能力大、阻力损失小、承压强度高等优越特性。适合作为各种催化剂的载体、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。目前一般采用金属薄片或泡沫孔隙材料作为催化剂载体，存在着压力损失严重，材料的孔隙率低，比表面积不高，流通能力差等问题，严重影响了催化剂的性能。
                         发明内容
本发明的目的在于针对在催化剂载体中存在着压力损失严重，材料的孔隙率低，比表面积不高，流通能力差等一些不足之处，提出了一种压力损失小，比表面积高，孔隙率高的用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡。
本发明的另一目的在于提供上述用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，包括如下步骤和工艺条件：
(1)对紫铜棒表面除锈，清洗，采用机械加工的方法去除表面粗糙材料；
(2)利用切削法，采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出铜纤维；
(3)将铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中，实现铜纤维的定向的布置，并将其夹紧，压实；
(4)把压紧好的铜纤维放在容器中，并用Al2O3粉末覆盖铜纤维，再密封容器；
(5)将密封好的容器后放在高温箱形烧结炉中，在850℃～950℃温度下烧结30-60分钟；
(6)将密封容器从烧结炉中取出来，在空气中自然冷却至室温后取出金属纤维毡，用蒸馏水冲洗清除表面的Al2O3粉末，经过风冷干燥后，得到一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡。
所述步骤(2)铜纤维的加工是指在车床上，利用采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出长铜纤维，加工的纤维的直径50-100μm，纤维的长度为200mm以上，铜纤维表面具有茸状形貌粗糙异型结构，纤维的截面形状为近似圆形。
所述采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出长铜纤维，刀具是用线切割的方式加工制成，由钼丝的轨迹控制切削刃的形状，使主切削刃由多个小刀齿组成。根据所需要的纤维直径的大小，选择具有合适的齿距和齿高的刀具来加工。
所述步骤(3)铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中是指铜纤维按照线性，正弦或余弦规律排列，形成按照一定规律排列的定向铜纤维。
所述步骤(3)将铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中，纤维毡的厚度可以根据不锈钢板的凹槽的深度来确定，纤维毡的数量也可以通过不锈钢板和压板的数量来调整。
所述步骤(4)密封不锈钢容器是指盖上容器盖子，用耐火泥和糖浆的混合物密封住箱盖和箱体的连接处，并放入烧结炉中在100℃～150℃的温度下哄干密封连接处，检查的密封质量，若有裂纹存在，利用耐火泥和糖浆的混合物修补裂纹进行二次密封，再进行哄干，直到不产生裂纹为止。
由上述方法制备的用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡，定向铜纤维烧结毡铜纤维按照线性，正弦或余弦规律排列，定向铜纤维烧结毡具有茸状形貌粗糙异型结构特征，比表面积大，孔隙率可以高达70-90％，流通能力强，可以大大提高了催化剂的负载量和催化反应的速度。
相对于现有技术，本发明具有如下特点：
本发明以切削加工的方法加工出铜纤维，再利用铜纤维良好的烧结特性，提出了一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法。采用此方法的生产成本低，工艺过程比较简单，设备要求不高，相比用集束拉拔法制作的金属纤维，省去了大量的热处理的工艺和复杂的装备，采用此种方法所制备的定向铜纤维烧结毡由于铜纤维的表面具有茸状形貌粗糙异型结构相互粘结，构成细小的微沟槽，同时由于定向铜纤维的导向作用，与传统的粉末烧结多孔滤材和金属丝编织网相比，使得铜纤维烧结毡具有了高的孔隙率，在过滤精度高、流通能力、阻力损失、承压强度、孔道均匀稳定、比表面积等方面有了明显的提高。具有目前用作催化剂载体的金属薄片或泡沫孔隙材料无法比拟的优越性，将大大提高催化剂的性能。同时该金属纤维烧结毡能够广泛用于石油化工、冶金、化纤，机械等行业的流体过滤与分离、催化剂载体、汽车安全气囊以及高性能的隔音材料，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。
                         附图说明
下面对说明书的附图进一步说明。
图1为本发明的金属纤维压紧装置结构示意图；
图2为图1金属纤维压紧装置俯视图；
图3为本发明的密封容器的横断面结构示意图；
图4本发明的多齿刀具的基本形状示意图；
图5本发明实施例1的为铜纤维扫描电镜图。
                       具体实施方式
下面本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
第一步原材料加工。首先是对60×400mm的紫铜棒原材料表面除锈、清洗，然后将紫铜棒放在CM6140的机床，采用机械加工的方法去除表面粗糙材料。
第二步加工纤维。选择大刃倾角多齿状刃刀具，其安装角θ为45°角，安装在刀架上面，并调整好刀具的高度。如图4所示，刀具材料为高速钢，刀具是用线切割的方式加工制成，由钼丝的轨迹控制切削刃的形状，钼丝的轨迹为S形，使主切削刃由多个小刀齿组成，齿距m＝0.3mm，齿高h＝0.2mm。在CM6140车床上加工纤维，切削厚度为0.1mm，切削宽度为1.25mm，进给量0.08mm/r，切削速度为11.9m/min，干切削。利用车削加工的方法制造铜纤维直径在50-100μm范围。
第三步纤维收集和压紧。如图1、2所示，收集好铜纤维2后，将其按线性的规律并排的缠绕在不锈钢板凹槽3中，使得铜纤维并列布置，凹槽的深度为2mm，并用压板1和相应的垫片4、螺母5和螺栓6施加一定的预应力将其压紧。
第四步密封容器。如图3所示，把压紧好的铜纤维装置10放在不锈钢容器箱体9中，并用一定数量的Al2O3粉末11覆盖铜纤维2。再盖上不锈钢容器箱盖8，用耐火泥和糖浆的混合物7密封好不锈钢容器箱盖和箱体9的连接处。
第五步密封检查。烧结炉中在100℃的温度下哄干密封连接处，检查的密封质量，若有裂纹存在，利用耐火泥和糖浆的混合物7修补裂纹进行二次密封，再进行哄干，直到不产生裂纹为止。
第六步纤维烧结。先将密封好的不锈钢容器后放在高温箱形烧结炉中，在900℃温度下烧结一段时间45分钟。
第七步容器冷却。将密封容器从烧结炉中取出来，自然冷却至室温。
第八步清洗，干燥。利用蒸馏水反复冲洗金属纤维毡表面的Al2O3粉末，经风冷干燥后就可以得到厚度为2mm的定向铜纤维烧结毡。
采用该方法所制取的定向铜纤维烧结毡铜纤维按线性规律定向烧结形成，定向铜纤维烧结毡具有如图5所示铜纤维表面的茸状形貌粗糙异型结构特征，比表面积大，孔隙率可以高达70-90％，流通能力强，可以大大提高了催化剂的负载量和催化反应的速度。
实施例2：
第一步原材料加工。首先是对55×400mm的紫铜棒原材料表面除锈、清洗，然后将紫铜棒放在CM6140的机床，采用机械加工的方法去除表面粗糙材料。
第二步加工纤维。选择大刃倾角多齿状刃刀具，其安装角θ为45°角，安装在刀架上面，并调整好刀具的高度。如图4所示，刀具材料为高速钢，刀具是用线切割的方式加工制成，由钼丝的轨迹控制切削刃的形状，钼丝的轨迹为S形，使主切削刃由多个小刀齿组成，齿距m＝0.3mm，齿高h＝0.2mm。在CM6140车床上加工纤维，切削厚度为0.15mm，切削宽度为1.25mm，进给量0.1mm/r，切削速度为10.4m/min，干切削。利用车削加工的方法制造铜纤维直径在50-100μm范围。
第三步纤维收集和压紧。如图1、2所示，收集好铜纤维2后，将其按线性的规律并排的缠绕在不锈钢板凹槽3中，使得铜纤维并列布置，凹槽的深度为1.5mm，并用压板1和相应的垫片4、螺母5和螺栓6施加一定的预应力将其压紧。
第四步密封容器。如图3所示，压紧好的铜纤维装置10放在不锈钢容器箱体9中，并用一定数量的Al2O3粉末11覆盖铜纤维2。再盖上不锈钢容器箱盖8，用耐火泥和糖浆的混合物7密封好不锈钢容器箱盖和箱体9的连接处。
第五步密封检查。烧结炉中在150℃的温度下哄干密封连接处，检查的密封质量，若有裂纹存在，利用耐火泥和糖浆的混合物7修补裂纹进行二次密封，再进行哄干，直到不产生裂纹为止。
第六步纤维烧结。先将密封好的不锈钢容器后放在高温箱形烧结炉中，在850℃温度下烧结一段时间60分钟。
第七步容器冷却。将密封容器从烧结炉中取出来，自然冷却。
第八步清洗，干燥。利用蒸馏水反复冲洗金属纤维毡表面的Al2O3粉末干燥后就可以得到厚度为1.5mm的定向铜纤维烧结毡。
采用该方法所制取的定向铜纤维烧结毡铜纤维按线性规律定向烧结形成，定向铜纤维烧结毡相似图5所示铜纤维表面的茸状形貌粗糙异型结构特征，比表面积大，孔隙率可以高达70-90％，流通能力强，可以大大提高了催化剂的负载量和催化反应的速度。
实施例3
第一步原材料加工。首先是对50×400mm的紫铜棒原材料表面除锈、清洗，然后将紫铜棒放在CM6140的机床，采用机械加工的方法去除表面粗糙材料。
第二步加工纤维。选择大刃倾角多齿状刃刀具，其安装角θ为45°角，安装在刀架上面，并调整好刀具的高度。如图4所示，刀具材料为高速钢，刀具是用线切割的方式加工制成，由钼丝的轨迹控制切削刃的形状，钼丝的轨迹为S形，使主切削刃由多个小刀齿组成，齿距m＝0.3mm，齿高h＝0.2mm。在CM6140车床上加工纤维，切削厚度为0.2mm，切削宽度为1.25mm，进给量0.12mm/r，切削速度为9.9m/min，干切削。利用车削加工的方法制造铜纤维直径在50-100μm范围。
第三步纤维收集和压紧。如图1、2所示，收集好铜纤维2后，将其按线性的规律并排的缠绕在不锈钢板凹槽3中，使得铜纤维并列布置，凹槽的深度为1mm，并用压板1和相应的垫片4、螺母5和螺栓6施加一定的预应力将其压紧。
第四步密封容器。如图3所示，压紧好的铜纤维装置10放在不锈钢容器箱体9中，并用一定数量的Al2O3粉末11覆盖铜纤维2。再盖上不锈钢容器箱盖8，用耐火泥和糖浆的混合物7密封好不锈钢容器箱盖8和箱体9的连接处。
第五步密封检查。烧结炉中在120℃的温度下哄干密封连接处，检查的密封质量，没有裂纹存在。
第六步纤维烧结。先将密封好的不锈钢容器后放在高温箱形烧结炉中，在950℃温度下烧结一段时间30分钟。
第七步容器冷却。将密封容器从烧结炉中取出来，自然冷却至室温。
第八步清洗，干燥。利用蒸馏水反复冲洗金属纤维毡表面的Al2O3粉末，经风冷干燥后就可以得到厚度为1mm的定向铜纤维烧结毡。
采用该方法所制取的定向铜纤维烧结毡铜纤维按线性规律定向烧结形成，定向铜纤维烧结毡相似图5所示铜纤维表面的茸状形貌粗糙异型结构特征，比表面积大，孔隙率可以高达70-90％，流通能力强，可以大大提高了催化剂的负载量和催化反应的速度。

Claims (7)

1、一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
(1)对紫铜棒表面除锈，清洗，采用机械加工的方法去除表面粗糙材料；
(2)利用切削法，采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出长的金属铜纤维；
(3)将铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中，实现铜纤维的定向的布置，并将其夹紧，压实；
(4)把压紧好的铜纤维放在容器中，并用Al2O3粉末覆盖铜纤维，再密封容器；
(5)将密封好的容器后放在高温箱形烧结炉中，在850℃～950℃温度下烧结30-60分钟；
(6)将密封容器从烧结炉中取出来，在空气中自然冷却至室温后取出金属纤维毡，用蒸馏水冲洗清除表面的Al2O3粉末，经过风冷干燥后，得到一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡。
2、根据权利要求1所述用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤(3)铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中是指铜纤维按照线性、正弦或余弦规律排列，形成按照一定规律排列的定向铜纤维。
3、根据权利要求1所述用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤(2)铜纤维的加工是指在车床上，利用采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出长铜纤维，加工的铜纤维的直径50-100μm，纤维的长度为200mm以上，铜纤维表面具有茸状形貌粗糙异型结构，纤维的截面形状为近似圆形。
4、根据权利要求3所述的所述用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于采用大刃倾角多齿状刃刀具加工出长的金属铜纤维，刀具是用线切割的方式加工制成，由钼丝的轨迹控制切削刃的形状，使主切削刃由多个小刀齿组成。
5、根据权利要求1所述用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤(3)将铜纤维缠绕在不锈钢板凹槽中，纤维毡的厚度根据不锈钢板的凹槽的深度确定，纤维毡的数量通过不锈钢板和压板的数量调整。
6、根据权利要求1所述用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡的制造方法，其特征在于所述步骤(4)密封容器是指盖上容器盖子，用耐火泥和糖浆的混合物密封住箱盖和箱体的连接处，并放入烧结炉中在100℃～150℃的温度下哄干密封连接处，检查的密封质量，若有裂纹存在，利用耐火泥和糖浆的混合物修补裂纹进行二次密封，再进行哄干，直到不产生裂纹为止。
7、由权利要求1～6任意项所述方法制备的用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡，其特征在于所述定向铜纤维烧结毡中的铜纤维按照线性、正弦或余弦规律排列，表面具有茸状形貌粗糙异型结构，比表面积大，孔隙率为70-90％。
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